金晓雷，陈 哲，江兴林

（卡斯柯信号有限公司，上海 200071）

现代有轨电车信号系统协调控制转辙机、信号机等设备，为列车提供运营指挥及安全防护，确保行车安全，提高运输效率。

与地铁和国铁不同，现代有轨电车项目正线车站不配置信号机房，正线道岔控制子系统等信号设备直接安装在轨旁。所以，现代有轨电车信号设备更容易遭受雷电恶劣天气影响，产生的破坏性也更大。所以，应采取全面有效的雷电防护措施，确保设备安全可靠运行。

1 正线道岔控制子系统

正线道岔控制子系统是有轨电车信号系统的核心设备，主要承担正线岔区进路信号机、道岔和进路的安全管理，实现进路管理、道岔管理、信号管理、外部接口管理和维护诊断等功能。该子系统负责接收并处理来自中心、车载和轨旁现地的进路命令，提供多种进路办理方式，支持降级模式下的进路办理，以提高系统的可用性。正线道岔控制子系统内部结构和连接的外部主要设备如图1所示。

正线道岔控制子系统与外部设备的接口包括以下3种。电源接口：连接到站台总配电箱，为系统设备和驱动电路供电；驱动采集接口：与转辙机设备、信号机设备、现场控制盒设备等连接，实现驱动控制和状态采集功能。驱动采集端口可以分为两种类别，一种是内部PCB板直接和外部设备连接，另外一种是内部PCB板通过继电器和外部设备连接；通信接口：网络通信接口，与调度指挥系统、车辆段联锁系统等设备连接。

2 雷电危害分析

2.1 雷电危害种类

雷电对设备的危害分为两类：直击雷和雷电感应电磁脉冲（或称感应雷）。

直击雷是雷云直接通过地面物体放电，瞬间有巨大的雷电流流过。大电流产生的热效应、电效应和机械效应会造成严重的设备损坏。直击雷破坏性极大，但是发生概率不高。

感应雷是雷电放电时产生的强大电磁场干扰，在临近的金属上感应出过电压和过电流，间接对设备产生影响。虽然感应产生的过电压和过电流幅值不是太高，但是通信信号设备中大量使用了IC芯片,其耐受能量的能力比较弱。根据雷害事故统计，通信信号系统雷害绝大多数是感应雷导致的。

2.2 雷电侵入途径

雷电侵入信号设备的主要途径如下。

1）空间直接侵入。信号设备附近发生直接雷击时，产生的强大电磁场干扰直接对设备产生影响，在设备内部感应过电压和过电流，使设备出现功能异常或损坏。

2）从交流电源系统侵入。雷电从交流电源系统侵入后，经过高压电线传至高压变压器，并逐级对后续的用电设备产生影响。

3）从通信信号电缆侵入。信号设备通过电缆与轨旁的转辙机、信号机相连接。信号电缆虽然采用埋地布线方式，但是雷电放电时，产生的强干扰电磁场会在附近电缆中感应出过电压和过电流，过电压和过电流通过连接电缆对信号设备造成破坏。

3 雷电防护设计

3.1 直击雷防护

道岔控制器机柜高度1.5 m左右，在轨旁设备和构筑物中相对较低，遭受直击雷影响风险比较小。同时，设计机柜安装位置时，尽可能选择在站台金属遮雨棚、接触网避雷线、监控设备或天线设备安装立柱等保护范围内，不需要再配置单独的接闪装置。

3.2 感应雷防护

针对感应雷侵入设备路径，在如下方面进行防护设计。

1） 屏蔽

屏蔽体对雷电电磁脉冲起到吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽体上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，可以有效减弱干扰的影响。

机柜屏蔽：道岔控制柜采用金属材质，柜体间电气贯通，并可靠接地，构成一个法拉第笼，从而降低雷电电磁脉冲空间侵入，减弱机柜内电子设备遭受雷电感应电磁场的直接影响。

线缆屏蔽：驱动和采集信号电缆使用铠装电缆，并可靠接地，可以降低雷电电磁脉冲在驱动和采集信号线缆中产生的过电压和过电流，从而减少从接口电缆耦合进来的干扰。

2）隔离

继电器隔离：部分驱动和采集端口通过继电器与外部设备连接，利用继电器驱动线圈和触点之间的空间隔离达到雷电电磁脉冲感应过电压防护的目的。根据正线道岔控制子系统的应用环境，继电器驱动线圈和触点之间隔离强度要求应能抵抗不小于4 kV的浪涌冲击电压（1.2/50 μs），工频耐压应不小于2.5 kV。

光电隔离：连接到外部设备的网络通信端口线缆使用光纤。光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，所以光纤传输可有效避免雷电电磁脉冲对通信信号产生干扰。

3）配置浪涌保护器（SPD）

电源输入端口：在机柜电源输入端口配置电源浪涌保护器。站台总配电箱内安装了第一级浪涌保护器，机柜内电源浪涌保护器按照第二级进行选型。浪涌保护器标称放电电流In需考虑地区年平均雷暴日数，少雷区和中雷区不小于10 kA，多雷区和强雷区不小于20 kA；其保护电压水平Up应和后级电源设备绝缘耐压水平匹配。电源输入端口应进行全模防护。

驱动采集端口：在与轨旁设备直接相连接的驱动和采集端口配置信号浪涌保护器。信号浪涌保护器内部结构为气体放电管串联压敏电阻模式；其标称放电电流In需考虑地区年平均雷暴日数，少雷区和中雷区不小于10 kA，多雷区和强雷区不小于20 kA；其保护电压Up应和后级设备绝缘耐压水平匹配。驱动和采集信号端口应进行纵向防护。

4）接地

通过接地可以将雷电过电流引入大地，减少雷电的破坏力。作为雷电防护的最基础环节，必须做好。否则其他的防雷措施难以发挥理想的效果。

电源和信号浪涌保护器接地：电源和信号SPD通过接地线连接到机柜接地汇流排；电源SPD接地线截面积不小于6 mm2，信号SPD接地线截面积不小于4 mm2；电源和信号SPD接地线长度应不大于0.5 m。

机柜接地：机柜接地汇流排通过接地线与站台或区间接地汇流排连接；机柜接地线截面积不小于25 mm2。

4 实例应用

深圳龙华现代有轨电车正线道岔控制子系统采用了上述雷电综合防护方案。深圳市年平均雷暴日63.1 d，属于多雷区；龙华现代有轨电车项目全长约11.7 km，全线车站20座，自2017年开始运营以来，所有正线道岔控制子系统未发生因雷电冲击影响导致的设备故障。

5 结束语

综合采用屏蔽、隔离、配置浪涌保护器、接地等雷电防护手段，大大降低了雷电恶劣天气对室外正线道岔控制子系统的影响，保障了设备的安全、可靠运行。