铁路信号设备防雷分析与维护.docx

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铁路信号设备防雷分析与维护

毕业设计（论文）

中文题目：

铁路信号设备防雷分析与维护

学习中心（函授站）：

黑龙江交通职业技术学院

专业：

自动化（信号与控制方向）

姓名：

学号：

指导教师：

北京交通大学远程与继续教育学院

2019年2月

毕业设计（论文）承诺书与版权使用授权书

本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。

除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者签名：

__2016_年____6___月_11_日

指导教师签名：

__2016_年____6___月_20_日

北京交通大学

毕业设计（论文）成绩评议

年级

14秋

层次

本科

专业

自动化

姓名

淡淡的

题目

铁路信号设备防雷分析与维护

指

导

教

师

评

阅

意

见

该学员能根据所学专业理论知识，对铁路信号设备防雷分析与维护进行论证，具有一定的实用性，论证过程认真并且真实。

成绩评定：

优良指导教师：

淡淡的

2016年6月20日

答

辩

小

组

意

见

答辩小组负责人：

年月日

北京交通大学

毕业设计（论文）任务书

本任务书下达给：

14秋级自动化（信号与控制方向）专业学生淡淡的

设计（论文）题目：

一、毕业设计（论文）基本内容

随着现代化科技飞速发展，铁路信号设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。

雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直接威胁铁路正常的安全生产。

所以，加强信号设备防雷工作尤为重要。

二、基本要求：

1铁路信号设备雷电防护分析

2铁路信号综合防雷整治的原则

3铁路信号综合防雷整治方案

4综合防雷整治施工中应注意的问题

三、重点研究的问题：

1雷害

2雷电侵入信号设备的主要途径

3纵向电压和横向电压

4信号设备的防雷

5分流（保护）。

四、主要技术指标：

铁路六大干线所有车站和其他线路计算机联锁车站防雷整治工作正在紧张进行，内容包括雷击防护、机房屏蔽、地线整治、加装防雷保安器等。

五、其他要说明的问题

1.及时提交开题报告，中期报告，按照进度计划要求完成相应的设计任务。

2.设计说明书要把涉及到的技术标准和要求以及维护的方式进行具体的说明。

3.参考书目：

范继义主编油库安全工程技术北京中国石化出版社2009.1

郭建新主编安全技术与管理北京中国石化出版社2008.4

王祥郑发正石油库防雷技术及案例剖析中国石化出版社2007.6

林瑜筠主编铁路信号基础北京中国铁道出版社2007

铁运铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见（2006）26号

《铁道通信信号》2007年10期　　出版日期：

2007年10月

下达任务日期：

2016年7月3日

要求完成日期：

2016年7月8日

指导教师：

淡淡的

开题报告

题目：

铁路信号设备防雷分析与维护

学生姓名：

淡淡的学号：

淡淡的2016年7月15日

一、文献综述

针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。

二、选题的目的和意义

意义：

随着现代化科技飞速发展，铁路信号设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。

雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直接威胁铁路正常的安全生产。

所以，加强信号设备防雷工作尤为重要。

三、研究方案（框架）

1既有机房建筑物直击雷防护和屏蔽

信号机械室的建筑物采用法拉第笼进行电磁屏蔽，法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带、引下线和接地系统构成。

计算机联锁机房采用室内发拉第笼屏蔽。

2室外信号设备直击雷防护和屏蔽

包含信号设备的箱、盒、柜等壳体应具有良好的电气贯通和电磁屏蔽性能，壳体内设专用接地端子（板）。

室外信号设备的金属箱、盒壳体必须接地，屏蔽电缆的金属屏蔽层应接地。

3接地系统

4接地汇集线及等电位连接

5设置信号设备专用防雷保安器

四、进度计划

1收集收集铁道信号防雷的相关资料。

2查看各种相关文件

3捋顺设计思路

4防雷分析与研究

5撰写毕业论文

五、指导教师意见

题目符合当前铁路的发展要求，研究方案可行，进度安排合理，可以进行下一步工作。

指导教师：

淡淡的

2016年7月15日

中期报告

题目：

铁路信号设备防雷分析与维护

学生姓名：

淡淡的学号：

淡淡的

一、进展情况

已经完成相关资料的搜集，各种相关文件都已经查阅，其他部分还不能汇总，资料搜集不齐，只有个别部分成形，后面还需继续努力。

二、指导教师意见

论文按照进度计划进行，确定的整体思路符合任务书的要求，框架结构合理，可以进行论文的撰写工作。

指导教师：

淡淡的

2016年9月6日

结题验收

一、完成日期

2016年9月18日

二、完成质量

论文基本上符合要求，结构较完整，层次较清楚。

能运用所学专业理论知识结合铁路企业特点完成论文，具有一定的分析问题解决问题的能力。

三、存在问题

如能多增加实际运用中具体案例说明问题会更好。

四、结论

毕业论文进行过程中，态度较认真，基本按照任务书的要求查找资料，总结现场存在的问题，并能够与老师联系、沟通。

按时完成了开题报告、中期报告、初稿的写作，并对初稿进行了反复修改，基本上达到了论文的写作要求。

经检查可以结题。

指导教师：

淡淡的

2016年9月20日

中文摘要

摘要：

随着现代化科技飞速发展，铁路信号设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。

雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直接威胁铁路正常的安全生产。

所以，加强信号设备防雷工作尤为重要。

ABSTRACT

Title:

Lightning protection of railway signal equipment analysis and maintenance

ABSTRACT:

Withtherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,therailwaysignalequipmentelectroniclevelisgreatlyimproved,advancedequipmentinthethunderstormseasoncanbesafeandstableuse,istobeplacedbeforeusanewtopic.Lightningelectromagneticpulsedischargeinducedovervoltageandovercurrentofthepowersystem,signaltransmissionchannelandotherpathwaysaredamagedsignalequipment,adirectthreattothesafetyandproductionoftherailway.Therefore,tostrengthenthesignalequipmentlightningprotectionworkisveryimportant..

目录

中文摘要ix

ABSTRACTx

绪论13

1简介14

1.1国内现状14

1.2国外现状14

2铁路信号设备防雷的重要性15

2.1发生有关雷击事故案例15

2.1.1各地须加强防雷工作16

2.1.2加强防雷宣传16

2.2信号设备防雷的重要意义16

3铁路信号设备防雷的分析18

3.1雷害18

3.1.1直接雷18

3.1.2感应雷18

3.2雷电侵入信号设备的主要途径18

3.2.1由交流电源侵入18

3.2.2轨道电路18

3.2.3由电缆侵入18

3.3纵向电压和横向电压18

3.4信号设备的防雷19

3.4.1信号设备的防雷要求19

3.4.2信号设备雷电防护的原则19

3.4.3信号设备防雷元件的安装和设备的要求19

4防雷装置21

4.1防雷装置的构成21

4.2防雷设备的工作原理21

4.2.1传统的防雷方法21

4.2.2现代防雷保护的原理及方法21

5铁路信号设备综合防雷整治措施及维护23

5.1铁路信号设备雷电防护分析23

5.2铁路信号综合防雷整治的原则23

5.3铁路信号综合防雷整治方案24

5.3.1既有机房建筑物直击雷防护和屏蔽24

5.3.2室外信号设备直击雷防护和屏蔽24

5.3.3接地系统24

5.3.4接地汇集线及等电位连接24

5.3.5设置信号设备专用防雷保安器25

5.4综合防雷整治施工中应注意的问题26

5.4.1隐蔽工程质量26

5.4.2各级防雷器的参数要匹配26

5.4.3组合架的连接26

5.4.4关于既有机房防雷贴面柜施工27

5.4.5信号设备雷电防护的原则27

5.4.6信号设备防雷元件的安装和设备要求27

5.5机房电磁环境防护28

5.5.1法拉第笼28

5.5.2安装电子设备的机房的法拉第笼屏蔽29

5.6室外信号设备直接雷防护和屏蔽29

结论30

参考文献31

绪论

针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全应使其具有良好的防雷性能是电气化铁道安全运营的基本条件之一，在工程实践中应根据雷电活动情况，结合运营经验，因地制宜，采取相应的防护措施。

吸收国外高速铁路设计标准和成熟经验的同时，应组织有关部门进行理论研究及综合试验

铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全.对铁路防雷设施的认知，对未来铁路安全运行积极研究与学习

1简介

1.1国内现状

我国电气化铁道防雷设计主要依据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009--2005）和《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》（铁建设[2007]39号）的相关规定。

根据雷电日的数量分为4个等级的区域：

年平均雷电日在20天及以下地区为少雷区，年平均雷电日在20天以上、40天及以下地区为多雷区，年平均雷电日在40天以上、60天及以下地区为高雷区，年平均雷电日在60天以上地区为强雷区。

接触网的防雷措施主要是安装避雷器和架设架空避雷线，同时做好必要的接地。

具体规定为：

（1）吸流变压器的原边应设避雷装置；

（2）高雷及强雷区下列位置设避雷装置：

分相和站场端部的绝缘关节、长度2000m及以上隧道的两端、长度大于200m的供电线或AF线连接到接触网上的连接处；（3）强雷区设置独立避雷线，保护角为0-450。

1.2国外现状

德国铁路防雷现状德国铁路经实际测量表明，欧洲中部地区每100km接触网在1年的时间内可能遭受1次雷电冲击。

雷电对接触网的直接冲击会导致雷电冲击过电压，其在设计中考虑过采用过电压保护装置限制雷电过电压，一般应用避雷器。

同时他们也认为避雷器只能对过电压进行有限的保护，一般只用于有频繁雷电存在的地段，在其它区段，无论是从经济方面还是防护效益方面一般不考虑设置防雷装置，这也是我们在欧洲的电气化铁道中很少见到接触网避雷装置的原因。

日本铁路防雷现状日本由于其特殊的地理条件和气象条件，在电气化铁道接触网设计中，根据雷击频度及线路重要程度，将国土的防雷等级划分为A、B、C区域并规定了相应的防雷措施：

A级区的雷害严重且线路重要，需要进行全面防雷保护，全线接触网架设架空避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器；B级区雷害比较严重且线路重要，对部分特别需要的场所沿接触网架设架空避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器；C级区一般在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处设置避雷器

2铁路信号设备防雷的重要性

针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。

据悉，进入汛期，由雷击造成设备故障影响铁路运输安全的现象较多。

仅6月份，全路因雷击造成信号设备故障147件，故障延时117个小时。

提高信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本。

铁道部在原有铁路防雷标准基础上，发布了《铁路信号设备电磁兼容及雷电电磁脉冲防护实施意见》。

《意见》吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性。

同时，《意见》还规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。

目前，铁道部已经发布了《信号设计规范》，正在抓紧制定《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术规范》，努力提高信号设备防雷的设计和建设水平，进一步减少雷害发生。

雷害发生的重点地区是微电子设备和微电子设备集中的区段。

为防止汛期雷害损坏信号设备，铁道部将防雷工作列入今年专项整治内容，拨出专款用于六大干线1078个站场和其他干线上829个计算机联锁站场的防雷整治。

目前，铁路六大干线所有车站和其他线路计算机联锁车站防雷整治工作正在紧张进行，内容包括雷击防护、机房屏蔽、地线整治、加装防雷保安器等。

针对《意见》中提出的因防雷设施维护或管理不当造成信号设备发生雷害必须列管理单位责任的规定，铁路部门将继续建立防雷逐级负责制和雷害应急预案，明确雷电防护装置的设计、施工、维护和管理等单位及人员的责任，做到铁路局、电务段逐级负责，尽最大限度减少雷害对铁路运输生产的影响。

2.1发生有关雷击事故案例

铁路防雷在当今时代也是刻不容缓，随着铁道电气化的推行，铁路雷击事件愈演愈烈。

2011年7月23日，杭深线永嘉至温州南间，北京南至福州D301次列车与杭州至福州南D3115次列车发生追尾事故。

铁道部7月24日称，初步了解，事故原因是由于D3115次动车遭雷击失去动力停车造成后车D301次列车追尾。

中国铁路自2005年至2011年期间，曾发生8起因雷击发生的火车事故。

以下是自2005年至2011年因雷击造成火车事故一览，

事故时间列车类型事发路段事故简介2011年7月23日动车甬温铁路追尾事故。

前车D315次动车遭雷击失去动力停车，后车D301次列车追尾，截至7月25日共造成39死192伤。

2011年7月23日动车甬温铁路7.23事故发生同时，对向车道厦门开往杭州的D312次动车同样遭雷击，致列车停驶，但无人伤亡。

2011年7月10日高铁京沪高铁京沪高铁曲阜、滕州、枣庄区段供电线路遭雷击，造成接触网故障，北京开往上海方向的G151次等12趟列车不同程度延误。

事故时间列车类型事发路段事故简介2010年7月3日普通列车京广线广铁路上行线孝昌县境内的花园至卫店段，供电设施遭雷击，供电中断，致武昌发往西宁的K642次列车中途停车3小时。

2009年8月22日动车上海—杭州接触网可能遭到雷击出现断裂，上海开往杭州的D5673次晚点1小时36分后发车，途中又停车近半小时。

2007年7月10日动车上海—南京上海开往南京的D406次动车被雷击中，受电弓受损致列车停驶，致晚点70分钟。

2006年8月3日普通列车京广线汉口至黄陂横店段铁路供电设施遭雷击，致该线中断一个多小时。

20余趟南下客车武汉晚点，其中晚点最长达5小时。

2005年5月2日普通列车京广线铁路电网在广东韶关遭雷击，造成京广铁路南段20多公里电网全线断电100分钟，至少十多列火车瘫痪在铁路上。

从以往的案例可以看出，雷电灾害主要原因是因为缺少避雷措施和设备以及避雷知识导致出现人员伤亡事故。

所以就必须从以下两个方面入手来避免雷电灾害。

2.1.1各地须加强防雷工作

尽可能在各类建筑物上安装相应的防雷设备，特别是野外的简易建筑物等更要安装防雷设施。

各企业单位要严格执行有关防雷法规，通过正规机构来检测、完善本单位的防雷设施，切莫贪图省事和便宜请不法机构来检测和完善防雷设施。

2.1.2加强防雷宣传

在雷雨天气里，人不宜在开阔地活动，不能到草棚、金属棚中、树下等地避雨，以免遭直接雷击和感应雷击；雷雨天不宜靠近建筑物的外墙以及使用电器设备。

如果有单位或居民遭遇雷击意外后，应该及时上报气象部门，不可瞒报

2.2信号设备防雷的重要意义

现代的安防监控产品均系微电子化产品，这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性。

其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感，这就使得监控系统设备极易遭受雷击/过电压破坏，其后果可能会使整个监控系统运行失灵，并造成难以估计的经济损失和安全方面的风险。

因此，提高信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本。

铁道部在原有铁路防雷标准基础上，发布了《铁路信号设备电磁兼容及雷电电磁脉冲防护实施意见》。

《意见》吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性。

同时，《意见》还规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。

目前，铁道部已经发布了《信号设计规范》，正在抓紧制定《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术规范》，努力提高信号设备防雷的设计和建设水平，进一步减少雷害发生

3铁路信号设备防雷的分析

3.1雷害

3.1.1直接雷

直接侵入设备或与设备相关联的传输线上的雷电。

但袭击信号设备的概率很小。

3.1.2感应雷

由于电磁感应作用，在电气设备上感应出的雷电压，在设备中流过感应电流。

其又分为纵向和横向感应雷两种。

感应雷发生机率高，袭击信号的次数相当频繁。

3.2雷电侵入信号设备的主要途径

3.2.1由交流电源侵入

雷电冲击波侵入高压电线路传至高压变压器，若未装设避雷器或其失效，容易侵入低压设备。

3.2.2轨道电路

轨道电路用钢轨作为传输线，它一般高出地面，容易遭雷击。

3.2.3由电缆侵入

铁路信号的室内、室外设备通过电缆连接起来，雷电从电缆侵入，并传输至室内设备。

3.3纵向电压和横向电压

纵向电压指导线或设备对地电压，每条导线上的折射电压或反射电压。

横向电压指两导线间的电位差。

这两种电压对人身安全和信号设备的正常运行都会带来极大的危害。

纵向过电压将使设备绝缘闪络、击穿，甚至起火。

横向过电压回击穿、烧毁信号设备尤其是电子器件。

3.4信号设备的防雷

3.4.1信号设备的防雷要求

在有雷电活动的地区，交流电源外线、电子设备、轨道检查装置、遥信遥控设备等与外线连接的信号设备必须装设防雷装置。

不同雷电活动地区，应采取相应的防雷措施。

3.4.2信号设备雷电防护的原则

防雷装置和被防护设备之间绝缘应匹配，将雷电感应电压限制到被保护的冲击耐压水平以下。

正常情况下，防雷装置不应影响被防护设备的工作，受雷电干扰时，应保证信号设备不得错误动作。

采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。

3.4.3信号设备防雷元件的安装和设备的要求

外部防护用防雷元件宜安装在线路终端。

安装应牢固可靠，便于检测，集中安装。

现代防雷保护包括外部防雷保护（建筑物或设施的直击雷防护）和内部防雷保护（雷电电磁脉冲的防护）两部份，外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接雷击引起火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压以及系统操作过电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的。

防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治——接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。

3.4.3.1接闪

接闪装置就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网，接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。

3.4.3.2均压

接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。

为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。

室内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。

这样在闪电电流通过时，室内的所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。

完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。

为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，并最后与等电位连接母排相连。

3.4.3.3屏蔽

屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。

所有的屏蔽套、壳等均需要接地。

屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。

3.4.3.4接地

接地就是让已经内入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。

过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。

90年代以前，部队的通