鐵路信號(hào)設(shè)備絕緣耐壓研究

閃電是一種氣候現(xiàn)象。由于正離子層和負(fù)離子層之間的密切離子碰撞，大量電流形成閃電。我區(qū)大部分地區(qū)一年中有大半時(shí)間會(huì)產(chǎn)生雷電,雷電擊入地面殺傷力巨大,是大自然對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成災(zāi)害的一個(gè)重大威脅,每年因雷害造成損失不計(jì)其數(shù),防止雷害工作是人們正常生產(chǎn)和正常生活的一大重要組成部分。鐵路信號(hào)設(shè)備點(diǎn)多面廣,設(shè)備本身屬于低壓電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)或微電子網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備,其絕緣耐壓程度較低,雷擊發(fā)生時(shí),雷擊放電誘發(fā)雷擊電磁脈沖過(guò)電壓和過(guò)電流,經(jīng)站場(chǎng)電源系統(tǒng)、通信信號(hào)傳輸通道、接地系統(tǒng)及建筑物直擊雷防護(hù)系統(tǒng),通過(guò)傳導(dǎo)、感應(yīng)的方式損壞站內(nèi)通信信號(hào)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備,造成設(shè)備的損壞或誤動(dòng),威脅鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn),對(duì)鐵路提速、提高運(yùn)能乃至提高效益構(gòu)成很大障礙。因此,信號(hào)設(shè)備的雷電防護(hù)具有重要意義。1信號(hào)設(shè)備自身質(zhì)量差信號(hào)設(shè)備器件特性不同,類型多樣,安裝點(diǎn)多面廣,各設(shè)備包裝外殼和保護(hù)箱盒外殼接地以及屏蔽的狀況不一樣,器件感應(yīng)雷電幅值有大有小。如果設(shè)備防雷效果不好,雷電不能及時(shí)泄放,感應(yīng)雷電將在設(shè)備電路中不?；厥幋?當(dāng)回?fù)纛l率次數(shù)到一定程度或殘壓幅值大的雷電就會(huì)擊壞設(shè)備,形成雷害。通過(guò)調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在外殼保護(hù)入地不良,屏蔽和絕緣不好易被閃絡(luò)感應(yīng),導(dǎo)致設(shè)備防雷裝置不論橫向消除防護(hù)或縱向?qū)Φ匦狗判Ч_(dá)不到目的,即信號(hào)設(shè)備受雷害的主要問(wèn)題是防雷系統(tǒng)本身質(zhì)量差。主觀原因:長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)雷害故障定性大家都認(rèn)為是自然災(zāi)害,普遍采取被動(dòng)態(tài)度處理,平時(shí)對(duì)防類雷元件性能不主動(dòng)去了解和研究。對(duì)防雷元件檢查都是每年十二月拆下室外壓敏電阻、室內(nèi)放電管和防雷組合測(cè)試,每年一月再裝上,有裂化指示標(biāo)志只看指示色標(biāo)變化。在測(cè)試過(guò)程中,由于數(shù)量太多,時(shí)間緊,測(cè)試人員容易產(chǎn)生焦急心理,匆忙簡(jiǎn)化測(cè)試規(guī)程出現(xiàn)測(cè)試值不準(zhǔn),甚至測(cè)試儀表出偏差不準(zhǔn)也不管,照樣粘上合格標(biāo)簽。同時(shí),每次雷電過(guò)后,如果設(shè)備沒(méi)有表現(xiàn)出隱患,大家也很少引起注意檢查,設(shè)備存在線性不良,待某個(gè)誘發(fā)因素出現(xiàn)后即發(fā)生故障。還有用錯(cuò)防雷元件,或安裝橫向防雷元件引線過(guò)長(zhǎng)并裸露彎曲碰箱壁接地,使設(shè)備絕緣不良,影響雷響信號(hào)設(shè)備正常運(yùn)作,出現(xiàn)故障以及雷電過(guò)后不及時(shí)檢查防雷元件是否良好狀態(tài)。另外,維修人員在檢修、測(cè)試作業(yè)過(guò)程中疏漏配線電線破皮裸露,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)屏蔽隱患?？陀^原因:直擊雷的電壓、電流幅值都比感應(yīng)雷大得多,鐵路站區(qū)主要由房建和電力部門用高長(zhǎng)鋼鐵避雷針吸引入地面,直擊雷直擊信號(hào)設(shè)備概率很小,通過(guò)全路20多年的雷害統(tǒng)計(jì)分析,出現(xiàn)在信號(hào)設(shè)備的直擊雷害總數(shù)的千分之一。由于信號(hào)設(shè)備屬于低壓電氣或電子元件絕緣耐壓程度較底,從技術(shù)效益觀點(diǎn)考慮,鐵路信號(hào)設(shè)備僅對(duì)雷電感應(yīng)過(guò)電壓進(jìn)行防護(hù),而不考慮直接雷擊設(shè)備的防護(hù)。雷電感應(yīng)有大有小,根據(jù)多年實(shí)踐證明,對(duì)信號(hào)設(shè)備的雷害,主要的侵入大致有以下幾方面:1.1效壓電幅值大時(shí)就會(huì)把變壓器初、次級(jí)線圈間的粘連擊穿雷電沖擊波侵入高壓電線露傳播到高壓變壓器,如果高壓變壓器未裝避雷器或避雷器生效,雷電幅值又比較大時(shí)就會(huì)把變壓器初、次級(jí)線圈間的絕緣擊穿。有些雷電沖擊波侵入的電壓幅值不高,不足以動(dòng)作高壓避雷器或不足以擊穿絕緣高壓變壓器侵入低壓回路時(shí),雷電沖擊波還會(huì)以線圈間分布電容耦合的方式,侵入信號(hào)交流電源低壓回路。1.2雷達(dá)網(wǎng)對(duì)芯線或沿電纜管道發(fā)生過(guò)壓時(shí),會(huì)出現(xiàn)下用戶為電纜或比電纜或信號(hào)設(shè)備中的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路、軌道電路和道岔控制電路均是通過(guò)電纜把室內(nèi)、外的設(shè)備連接起來(lái)。雷電過(guò)電壓從這些電纜侵入,并沿電纜傳輸進(jìn)入設(shè)備,當(dāng)電纜附近的大地受雷擊時(shí),電纜護(hù)套可能被擊穿,雷電流直接侵入芯線或沿電纜鎧裝流動(dòng),對(duì)芯線產(chǎn)生較高的感應(yīng)過(guò)電壓。同時(shí),當(dāng)同一根電纜的某一芯線生產(chǎn)有過(guò)壓時(shí),其他芯線也生產(chǎn)感應(yīng)電壓。另外,電纜外部如果絕緣不好,電纜芯線將感應(yīng)出不同電壓,使電纜芯線間雷電感應(yīng)電壓不平橫,形成外加電壓擊損設(shè)備。1.3鋼軌雷達(dá)網(wǎng)的破壞軌道電路雖然安裝在鋪有鋼筋混凝土的軌枕上,但是由于軌道電路較長(zhǎng),又有泄漏和電容,并且都是均勻分布;鋼軌本身又有一定的電子,當(dāng)雷電襲擊時(shí)不能立即泄放掉,雷電波將傳送一段距離,侵入傳輸?shù)杰壍离娐菲鞑脑斐蓳p壞。另外,當(dāng)雷擊點(diǎn)距離信號(hào)設(shè)備較近時(shí),由于雷擊電流造成雷擊點(diǎn)大地電位上升并波及到信號(hào)設(shè)備,使設(shè)備產(chǎn)生閃爍或擊穿。1.4元件測(cè)試程序不完善(1)不了解防雷元件性能。(2)防雷元件測(cè)試程序不完善。(3)箱盒內(nèi)有水汽,絕緣不良。(4)室內(nèi)外設(shè)備接地線不良。(5)防雷元件質(zhì)量差,防雷效果差。2錯(cuò)誤確認(rèn)2.1信號(hào)設(shè)備防雷、防雷元件對(duì)工區(qū)全體職工的了解盡管管內(nèi)防雷元件很多,有壓敏電阻、金屬陶瓷放電管、裂化指示電阻器、瞬態(tài)電壓抑制器、防雷變壓器和多級(jí)集成濾波防雷組合,而且隨著防雷技術(shù)發(fā)展,防雷元件種類也在不斷更新。但是今年對(duì)工區(qū)的全體職工進(jìn)行的關(guān)于信號(hào)設(shè)備防雷知識(shí)的考試后,理論考試工區(qū)18個(gè)人全部達(dá)到90分以上;實(shí)作考試是測(cè)試防雷元件,安裝防雷元件,工區(qū)18人全部測(cè)試、安裝正確。由此可看出,工區(qū)全體職工對(duì)信號(hào)設(shè)備防雷及防雷元件是了解的。結(jié)論:不了解防雷元件性能不是主要原因。2.2防雷元件的更換、安裝段技術(shù)科對(duì)防雷元件的測(cè)試工作,從時(shí)間上、測(cè)試方法上作了詳細(xì)的規(guī)定,并制訂了一套完善的測(cè)試程序。工區(qū)每年12月都是按照段技術(shù)科的規(guī)定對(duì)防雷元件進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)不良的防雷元件立即進(jìn)行更換;于次年1月份進(jìn)行防雷元件安裝完畢,確保在雷雨天氣來(lái)之前起到防雷擊的作用。在每次發(fā)生雷擊故障后,對(duì)相關(guān)設(shè)備的防雷元件進(jìn)行測(cè)試,確保防雷元件的完好。結(jié)論:防雷元件測(cè)試程序不完善不是主要原因。2.3軌道變壓器接地線不接,導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行困難由于工區(qū)所管范圍是強(qiáng)雷區(qū),自2008年后,全線進(jìn)行了復(fù)線改造,對(duì)各站的信號(hào)設(shè)備進(jìn)行了大修。在大修過(guò)后,相繼插入二合一監(jiān)測(cè)系統(tǒng),DMIS系統(tǒng),計(jì)軸自閉設(shè)備。由于施工規(guī)范與維修標(biāo)準(zhǔn)有差異,雖然軌道電路變壓器都采用了防雷型變壓器,但變壓器的接地線都沒(méi)有接上,根本沒(méi)有起到防雷變壓器的作用。同時(shí),室內(nèi)機(jī)械房頂防雷不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)合并入地,地面土質(zhì)松軟,安全地線、防雷地線、屏蔽地線、微機(jī)地線入地接觸不良不穩(wěn)且相互間隔不足20米、雷電侵入時(shí)互相感應(yīng)。在我們進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)由于軌道變壓器接地線未接,室內(nèi)地線不良而遭雷害的故障率很高年平均達(dá)7件,約占雷害故障總數(shù)32%。結(jié)論:室內(nèi)外設(shè)備接地線不良是主要原因。2.4部分箱盒內(nèi)缺乏絕緣性能下降,產(chǎn)生擊穿故障的和未除假設(shè)在對(duì)信號(hào)設(shè)備的日常維護(hù)中,由于維修體制改革后,檢修的次數(shù)減少,在較長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)有檢查到的箱盒,我們發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)部分箱盒內(nèi)有水汽,使整個(gè)箱盒內(nèi)電器絕緣性能下降,也使得防雷元件受潮后防雷性能的下降。露圩站是多雷區(qū),雖然我們每次對(duì)此類箱盒內(nèi)的防雷元件進(jìn)行測(cè)試時(shí),發(fā)現(xiàn)其電氣特性有所下降,但沒(méi)有因此而發(fā)生雷擊故障。結(jié)論:箱盒內(nèi)有水汽,絕緣不良不是主要原因。2.5室外設(shè)備的防護(hù)信號(hào)設(shè)備防雷元件在室內(nèi)、外都有安裝。在室內(nèi)主要是對(duì)電源輸入部分、與室外設(shè)備通過(guò)進(jìn)行電纜連接的部分進(jìn)行防護(hù)。電源輸入防雷采用了LBH-1電源防雷開關(guān)箱進(jìn)行三級(jí)防雷;與室外設(shè)備聯(lián)接部分采用氧化鋅壓敏電阻和金屬陶瓷放電管相結(jié)合的方式進(jìn)行防護(hù)。室外設(shè)備部分主要是軌道電路防雷,在軌道變壓器的I次、II次和與鋼軌連接的引入口處安裝型號(hào)為68V/3KVA、370/3KVA的氧化鋅壓敏電阻進(jìn)行防護(hù)。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在發(fā)生雷擊故障后,有些防雷元件卻完好無(wú)損,信號(hào)設(shè)備被打壞,沒(méi)有起到防雷的作用;有些防雷元件是在使用過(guò)程中由于性能的下降而影響信號(hào)設(shè)備的正常使用。此類故障占雷害故障的46%。結(jié)論:防雷元件質(zhì)量差是主要原因。3出臺(tái)好的防雷元件綜上所述信號(hào)設(shè)備易受雷擊的主要原因是:室外設(shè)備接地不良;防雷元件質(zhì)量差,防雷效果差;防雷元件安裝不符合要求。針對(duì)上述主要原因,運(yùn)用掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),制定相應(yīng)對(duì)策:(1)針對(duì)室內(nèi)外設(shè)備接地不良容易感應(yīng)雷電泄放通道不暢情況;采取標(biāo)準(zhǔn)安裝接地線、分線盤室外電纜安裝防雷,因?yàn)榘踩鼐€耐雷電沖擊,防雷變壓器能起到很好的防雷作用,具體措施:(1)對(duì)管內(nèi)設(shè)備進(jìn)行調(diào)查;(2)對(duì)未安裝地線的防雷變壓器接加裝接地線;(3)對(duì)接地安裝不合要求的,進(jìn)行更換;(4)室內(nèi)繼電器組合架、控制臺(tái)、電源屏、分線盤等外殼鐵架用6MM銅線連接好,電纜加裝防雷。(2)針對(duì)防雷元件質(zhì)量差防雷效果差情況;采取更換質(zhì)量好的防雷元件,提高防雷元件的防雷能力,具體措施:(1)更換不良的防雷元件;(2)更換質(zhì)量好的新型防雷元件產(chǎn)品;(3)引進(jìn)新的多級(jí)集成防雷元件防大雷電浪涌。(3)針對(duì)防雷元件安裝不符合要求問(wèn)題,采取重新安裝防雷元件,使得防雷元件的安裝達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn),具體措施:(1)更換不符合標(biāo)準(zhǔn)的防雷元件連接線;(2)重新安裝安裝位置不符合標(biāo)準(zhǔn)的防雷元件;(3)室外電纜安裝防雷。4加強(qiáng)聯(lián)鎖設(shè)備《理隨著信號(hào)設(shè)備對(duì)雷電防護(hù)要求的提高和防雷技術(shù)的發(fā)展,雷電防護(hù)電路不斷得到改進(jìn),新的防護(hù)電路技術(shù)也不斷開發(fā)應(yīng)用。為適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展,應(yīng)積極參與鐵路全面提速的技術(shù)改造新形勢(shì),以科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)技術(shù)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí),研究設(shè)備內(nèi)在運(yùn)行規(guī)律,確保設(shè)備的正常運(yùn)行應(yīng)該做到:(1)加強(qiáng)對(duì)信號(hào)設(shè)備防雷地線的整治工作,沒(méi)有安裝接地線或接地體安裝不良的設(shè)備防雷元件進(jìn)行徹底的整治,并積極學(xué)習(xí)防雷知識(shí),提高防雷工藝。(2)加強(qiáng)防雷元件的測(cè)試、檢查工作,