客運專線信號雷電防護和電磁兼容初探

國際標準IEC 62305-4《雷電防護 第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)》的2008年修訂版認為，限壓型SPD的Up/f=UP+ΔU。SPD流過雷電流時，若連接導(dǎo)線的長度≤1m，每米長度的導(dǎo)線電感為1μH，對于電源SPD，當流過雷電流時，1m線路上的ΔU可以達到1kV，對于智能電源屏，1kV ΔU加上1kV以上的UP可能是災(zāi)難性的。只有在充分滿足Up/f≤UW，即SPD與設(shè)備間的導(dǎo)線長度可以忽略時，內(nèi)部系統(tǒng)才得到保護。因此，除了在電源線進入建筑物處安裝第1級電源SPD外，在智能電源屏內(nèi)盡量靠近被保護單元或器件還要設(shè)置一級UP極低的SPD，連接線應(yīng)當極短。

二、集裝箱中繼站的防雷考慮

在客運專線，信號系統(tǒng)大量的采用了集裝箱中繼站。集裝箱中繼站為鐵質(zhì)，由于鐵磁物質(zhì)對磁場的良好衰耗，鐵質(zhì)集裝箱成了一個較好的磁屏蔽體。集裝箱內(nèi)的信號設(shè)備處于良好的雷電電磁環(huán)境中，集裝箱的雷電防護主要防止直擊雷對集裝箱的機械損壞和傳導(dǎo)雷對箱內(nèi)信號設(shè)備的損害。

為了防止雷電直擊集裝箱中繼站，條件許可時，應(yīng)盡量將集裝箱安置不易遭受直擊雷的位置，如高架橋下，安置在空曠地帶的集裝箱應(yīng)當在箱體上設(shè)置避雷帶和在箱體頂面設(shè)置小短避雷針，以避免雷擊箱面時造成機械損壞。一般采用滾球法計算小短避雷針的設(shè)置位置和高度。小短避雷針的高度應(yīng)滿足集裝箱中繼站的運輸條件。

進入箱體的電源線應(yīng)當設(shè)置符合能量配合要求的SPD，由于客運專線電源線都為地下電纜引入，根據(jù)國家標準“GB/T 21714.1—2008雷電防護1部分：總則”的描述，建筑物附近雷擊在電源線上的感應(yīng)電流或雷電傳導(dǎo)進入建筑物內(nèi)電源線的電流期望最大值為5kA(8/20μs波形)，因此，集裝箱中繼站的第1級電源防雷設(shè)備可選用8/20μs波形測試時標稱電流為10kA的SPD，在雷害嚴重地區(qū)最多選用8/20μs波形測試時標稱電流為20kA的SPD。由于集裝箱面積狹小，電源系統(tǒng)不適于多位置安裝防雷設(shè)備，因此選用Up低的SPD至為關(guān)鍵。信號線進入集裝箱時的分線柜，應(yīng)當采用防雷型分線柜，同樣的理由，防雷型分線柜的SPD不宜選用標稱電流大的SPD，而特別要注意按照電子設(shè)備的雷電耐受能力UW選用信號設(shè)備用SPD的Up。

集裝箱應(yīng)安置在有良好地網(wǎng)臺墩上，集裝箱四角必須地網(wǎng)連接，集裝箱地網(wǎng)應(yīng)當與綜合接地系統(tǒng)在地下連接。集裝箱內(nèi)應(yīng)當設(shè)備供SPD接地的接地匯流排，進入箱內(nèi)的第1級電源防護SPD接地，應(yīng)當單獨設(shè)置接地匯流排。集裝箱內(nèi)的信號機柜可以直接固定在集裝箱箱體上。

三、綜合接地系統(tǒng)

鐵路設(shè)備及設(shè)施的接地系統(tǒng)工程十分復(fù)雜，過去普速鐵路都是各專業(yè)地線分別設(shè)置。而客運專線牽引電流高，車流密度大，其高牽引電流要有一定的連續(xù)性。因此在客運專線，將沿線一定范圍內(nèi)的牽引供電系統(tǒng)、電力供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及其他電子信息系統(tǒng)、建筑物、道床、站臺、橋梁、隧道、聲屏障等設(shè)備的接地系統(tǒng)，通過貫通地線連成一體化的接地系統(tǒng)，即綜合接地系統(tǒng)。由于客運專線的綜合接地系統(tǒng)是一個整體，它提高了接地系統(tǒng)的標準，接地性能好，能夠滿足各系統(tǒng)設(shè)備防雷、電磁兼容、人身保護、計算機邏輯等電位連接等要求。目前，歐洲鐵路普遍采用綜合接地系統(tǒng)。

將各子系統(tǒng)連為一體的貫通地線的敷設(shè)，應(yīng)便于設(shè)備、設(shè)施就近接入和工程實施，并根據(jù)不同區(qū)段回流的分布情況綜合考慮貫通地線截面積，正常情況下應(yīng)滿足流過貫通地線最大牽引回流需要和接觸網(wǎng)短路(短路時間按不大于100ms計)時通過瞬間大電流熱穩(wěn)定的要求。貫通地線應(yīng)有良好的導(dǎo)電性和可靠性，耐腐蝕并符合環(huán)保要求。

四、結(jié)束語

客運專線的綜合防雷和普速鐵路比較，信號設(shè)備系統(tǒng)的耐雷電能力更弱，考慮的防護重點也有差異，有一定的特殊性。因此應(yīng)當有一套客運專線的電磁兼容和綜合防雷的規(guī)范(目前已有防雷箱和防雷分線柜標準)相信我們在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，一定能將客運專線的電磁兼容和綜合防雷做的更好，確保客運專線的安全運行。