雷击区信号设备防雷整治的探索
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摘要:铁路运输的飞速发展,要求铁路信号不断更新改进。根据地理位置、天气状况等因素合理选择避雷设施,保证铁路信号不被破坏,是保证铁路安全运营的关键所在。
关键词:雷区;避雷器;雷害调查
中图分类号:C93 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)13-0180-02
铁路跨越式发展开通长大重载列车、万吨列车势必要求铁路信号不断更新改进。各种电子元件,电子技术在信号设备中,也有了大量的应用。由于电子元件耐压低,耐流小,容易被雷电击坏,成为设备较薄弱部分。在一定的范围内,信号设备的雷害件数,每年次数是不一样的。有些车站和地区信号设备的雷害频次要大大地高于其他车站和地区,这样的地区被称为“雷区”,也就是选择性雷击区。当然,根据大气不稳定理论,其他地区也是会发生雷害的,只是频次要相对低得多。
一、雷雨天气的形成
在雷雨季节,雷雨天气与中小尺度天气系统有直接关系,强风、暴雨、雷电等较强烈天气现象大多出现于几十到二三百公里的范围内(气象学上称之为中小尺度天气系统)。它们均产生于一定的大尺度环境背景下,并且与大型环流的发展变化有着相当密切的关系,雷暴雨产生于大气层结不稳定,动力化强,有强烈上升气流的条件下,在高空流场中,当高层气流辐散,低层气流辐合,特别是低层气流辐合强烈时,气流上升是比较强烈的,这时易产生雷电和暴雨。尤其是那些范围较小的,产生的雷暴和能量并不轻。这种雷暴和雨一般生命史较短,多数在几个小时,但有时一天中可以出现几次。冷空气活动与中小尺度的雷暴雨的形成和发展关系很大。因素有:(1)山地、地形。(2)日变化――热力作用,雷云的发展与强度有明显的日变化,它的时间和强度与日照增温明显相关,一般下午旺盛,日暮渐消,夜间的雷暴雨多是白昼所形成的暴雨的延续或增强,而这种增强还有夜间云顶部发热使层结不稳定的影响。(3)不稳定的能量积蓄作用,与河面、湖面等水汽条件有关。
二、防雷针的防护作用
哈尔滨铁路局齐齐哈尔电务段管内继承站是滨洲线西部的一个五等小站,该站线路走向和信号设备的分布是东西方向,南侧是较缓的长坡,北侧2公里左右是海拉尔河,河与车站及线路间是半沙化草原。该站信号设备为电气集中,站内轨道电路为JZXC―480型,接近区段也为JZXC―480型轨道电路。1996年以前,该站每年的雷害件数在5～10件左右,主要击坏的设备有:灯丝继电器、轨道继电器、整流器的二极管、BZ-4变压器、熔丝、电源屏报警板等。雷害均为感应雷。
1996年8月末,广播电视部门在该站南侧1 100m处建一微波传达铁塔。塔高从顶端避雷器到地面88m,车站地面与塔座的高度差为32m,这样塔顶避雷针与车站地面的高度差为120m,1997―2008年十一年间,该站未发生雷害。2009年发生一件雷害,击坏XJG轨道继电器二极管,同时上行侧的邻站SJG也发生同样的雷害。为什么出现这种情况呢?分析认为,该站是选择性雷击区。由于一定的地形、河流、湖泊等影响,一些地区易发生雷害,成为相对的选择性雷击区。雷云在空中形成过程中随气流飘动,所积能量增大,对地电压上升,由于雷电特有的放电途径是按其最底的导电通路而定的。当达到放电条件时(如空气击穿或进入避雷器的保护范围时)对地放电。所以对上述因地形等原因雷害较多的地方设避雷器,使雷电不能作用于受保护的设备,从而大大减少雷害的发生。
根据何键楠等编著的《铁路信号设备的雷电防护》一书的经验公式:
h(x)
r(x)=[1.5×88-2×(-32)]×5.5/=104.5(m)
式中:h(x)――被防护设备的高度(m)。h――避雷针的高度(m)。p――由模拟试验和运行经验所确定的系数(当h>30m时,P=5.5/;而当h≤30m时,P=1;r(x)――避雷针在h(x)高度的水平上的保护半径。
由于104.5m远小于1 000m,也就是说,该站的信号设备远在避雷针的保护范围之外。而在书中所述避(下转184页)(上接180页)雷针的保护范围和保护作用,都是针对直击雷而言的。但从继承站十几年的雷害情况看,对于这种地形,河面形成的选择性雷击区,合适位置设置的避雷针对感应雷害也有很强的防护作用。由于该站距塔的位置较远,所以不存在雷电流过地线时产生高压对设备发生的反击。同时空中雷云对地放电时产生的电感应或磁感应,不能感应到信号设备上,或感应量很小,不足以击坏设备。哈尔滨铁路局齐齐哈尔电务段管内伊敏、西索木两站也同继承站的情况类似,但塔的位置和地形情况不同,比较效果不如继承好。从以上情况看,如果采用避雷针对信号进行防护,避雷针的位置和高度是影响防雷效果的两个非常重要的因素。当然避雷针的地线电阻也很重要。
三、两点体会
信号设备防雷工是一项技术复杂的工作。理论上涉及气象、雷电物理,电工、电子等很多学科。做好防雷工作除做好防雷元件的测试、安装、地线的测试整治外,以下两点非常重要。
1.做好雷害发生后的调查工作,包括雷暴的走向、雷电的侵入方式及途径、防雷元件的参数变化等,为防雷工作积累资料。
2.铁运[2000]14号《信号维护规则》16.1.17规定,“信号设备应根据不同地区雷暴日的数量,采用相应的防雷措施”,使信号防雷工作更加科学合理。我们积累的雷害资料达到一定的数量后,对重点地区采取一些新的有效的防护办法,会使雷害件数大幅度减少,雷害损失也会大大降低。总之,信号防雷工作是需要我们坚持不懈认真研究反复摸索实践的基础工作,只要我们认真做好各项工作,信号防雷工作会跃上一个新的台阶,为铁路跨越式发展作贡献。
参考文献:
[1]何键楠,刘廷佐,张炳森.铁路信号设备的雷电防护[M].北京:中国铁道出版社,1986:10.[责任编辑 安世友]