許 麗，曠文珍

(1.蘭州交通大學自動化與電氣工程學院， 蘭州 730070；2.蘭州交通大學光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室， 蘭州 730070)

提高四線制道岔控制電路防雷能力的研究與設(shè)計

許 麗1，曠文珍2

(1.蘭州交通大學自動化與電氣工程學院， 蘭州 730070；2.蘭州交通大學光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室， 蘭州 730070)

針對目前道岔控制電路不設(shè)防雷浪涌保護器的現(xiàn)狀，以四線制道岔控制電路為例，提出加設(shè)浪涌保護器的構(gòu)想及實施方案，采用失效模式與影響分析方法詳細分析加設(shè)浪涌保護器對既有控制電路的影響，經(jīng)過分析，該方案沒有安全隱患，能大幅提升既有控制電路的防雷能力。

道岔控制電路；防雷 ；浪涌保護器；四線制

隨著鐵路運輸日趨繁忙，加強信號設(shè)備的防雷工作迫在眉睫[1-3]。為此，原鐵道部運輸局專門組織起草了《鐵路信號設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護實施指導意見》。指導意見中對鐵路信號設(shè)備室外“三大件”中的信號機、軌道電路的防雷做了詳細的說明，并配有相應(yīng)的防雷電路圖；而對“三大件”中的道岔控制電路的防雷卻只是粗略提及，沒有給出具體的實施方案。在實際應(yīng)用中，屬同一防雷等級的信號機點燈電路中裝設(shè)有浪涌保護器(Surge protective device 簡稱SPD)[4-6]，而道岔控制電路卻沒有裝設(shè)SPD。兩者承受同樣雷擊的風險，一個設(shè)了防護，而另外一個卻沒有。針對目前道岔控制電路防雷能力薄弱的問題，以四線制道岔控制電路為例，提出了加設(shè)SPD的構(gòu)想及實施方案，并分析了該方案對道岔控制電路的影響。

1 四線制道岔控制電路的防雷器件的設(shè)置

依據(jù)《鐵路信號設(shè)備用浪涌保護器》(TB/T 2311—2008)中相應(yīng)的規(guī)定，參照信號機點燈電路的SPD的布設(shè)[7-8]，四線制道岔控制電路[9]SPD配置的電路原理如圖1所示。與現(xiàn)有控制電路不同的是，圖中的四線制道岔控制電路的X1、X2、X3、X4與地之間增加了縱向浪涌保護器，分別是SPD2、SPD1、SPD3、SPD4。這4個SPD均安裝在現(xiàn)有的防雷分線柜中。

2 SPD失效模式分析

2.1 SPD構(gòu)成元件的失效模式

各SPD均由1個氧化鋅壓敏電阻和1個陶瓷二極放電管組合而成[10-11]。根據(jù)文獻[12]附錄C中對浪涌抑制器失效模式的說明，壓敏電阻及氣體放電管的失效模式見表1 。

圖1 四線制道岔控制電路SPD配置的電路原理

元件名稱元件失效模式12345壓敏電阻斷路短路限制電壓的增加限制電壓的減小漏泄電流的增加氣體放電管斷路短路擊穿電壓的增加擊穿電壓的減小續(xù)流電流的增加

2.2 SPD的失效模式

參照表1，由氧化鋅壓敏電阻和陶瓷二極放電管組合起來的SPD失效模式有多種，SPD多種失效模式見表2。

表2 SPD失效模式

表2中組合的SPD失效模式分為3類：第1類為斷路，等同于沒有加設(shè)SPD，設(shè)備也就不具備防雷能力，但此類失效對設(shè)備的正常工作不會有任何影響；第2類為性能劣化失效，設(shè)備的防雷能力下降，但失效也不會影響設(shè)備的正常工作；第3類為短路，此類失效可能會影響設(shè)備的正常工作。

3 SPD失效對四線制道岔控制電路的影響

以上SPD的失效模式只有第3類會對設(shè)備的正常工作造成影響，所以僅分析由于SPD短路失效時對道岔控制電路的影響。

3.1 單個SPD短路失效影響分析

4個SPD( SPD1、 SPD2、SPD3、SPD4)中的任意一個短路失效，只會造成相應(yīng)的線路對地絕緣不良，并不會影響四線制道岔控制電路的正常工作。

3.2 2個SPD同時短路失效影響分析

4個SPD中的任意2個同時短路失效，對應(yīng)有6種情況，每種情況下四線制控制電路所受影響分析見表3。

表3 2個SPD同時短路失效對四線制道岔控制電路的影響

3.3 3個SPD同時短路失效影響分析

4個SPD中的任意3個同時短路失效，對應(yīng)有4種情況。綜合2個SPD同時短路失效的分析結(jié)果，3個SPD同時短路失效對四線制道岔控制電路的影響見表4。

表4 3個SPD同時短路失效對四線制道岔控制電路的影響

3.4 4個SPD同時短路失效影響分析

4個SPD( SPD1、 SPD2、SPD3、SPD4)全部同時短路失效時，會同時呈現(xiàn)表4中的所有故障，即會出現(xiàn)道岔失表示，且不能轉(zhuǎn)換的故障。

3.5 SPD失效對道岔控制電路影響總結(jié)

4個SPD分別在4種短路失效情況下對四線制道岔控制電路的影響見表5。

表5 SPD短路失效對四線制道岔控制電路的影響

4 結(jié)論

經(jīng)過全面分析，按照圖1所示的方式在四線制道岔控制電路中增加浪涌保護器，且浪涌保護器采用1個氧化鋅壓敏電阻和1個陶瓷二極放電管串聯(lián)組合而成，能有效提高既有道岔控制電路的雷電防護能力，而且不會新增安全隱患。該方案已于2011年在西安鐵路局的漢陰站等多個車站得到使用，使用效果良好。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵運[2006]26號 鐵路信號設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護實施指導意見[S].北京:中國鐵道出版社，2006．

[2] 丁峰.牽引變電所雷擊仿真分析[J].鐵道標準設(shè)計，2013(5):115-118．

[3] 馬博.淺談信號設(shè)備防雷的重要性科技創(chuàng)新與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(6):35．

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB/T2311-2008鐵路信號設(shè)備用浪涌保護器[S].北京:中國鐵道出版社，2008．

[5] 胡玉烈.鐵路信號設(shè)備的防雷[J].重慶工學院學報，2007，21(12):165-168．

[6] 吳雄升.鐵路信號設(shè)備防雷技術(shù)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013(10):61-63．

[7] 中華人民共和國鐵道部.TB/T3074—2003 鐵道信號設(shè)備雷電電磁脈沖防護技術(shù)條件[S].北京:中國鐵道出版社，2003．

[8] 中華人民共和國鐵道部.鐵運[2007]535號 鐵路信號設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護舉例設(shè)計說明[S].北京:中國鐵道出版社，2007．

[9] 何文卿，王大地.6502電氣集中電路(修訂本)[M].北京:中國鐵道出版社，1996．

[10] 孫鑫.鐵路信號SPD的選擇與安裝思考[J].價值工程，2013(3):184-185．

[11] 郭錫斌.雷電對鐵路信號設(shè)備的危險影響及其防護[M].北京:北京大學出版社，1991．

[12] CENELEC. BS EN 50129: 2003 Railway Applications: Safety Related Electronic Systems for Signalling[S]. British: European Committee for Electrotechnical Standardization， 2003.

Research on Improving Lightning Protection Ability of the Control Circuit for the Four-wire Switch

Xu Li1， Kuang Wenzhen2

(1.School of Automation & Electric Engineering; Lanzhou Jiaotong University; Lanzhou Gansu 730070， China； 2.Key Laboratory of Opto-Electronic Technology and Intelligent Control of the Ministry of Education， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou Gansu 730070， China)

In view of the current situation that the switch control circuit is not equipped with surge protective device， this paper puts forward in detail the conception and implementation of additional surge protective Devices， and the adoption of Failure Mode and Effects Analysis(FMEA) to analyze the influence of installing the devices on the existing control circuit. Analysis shows that the scheme can greatly improve the lightning protection capability of the existing control circuit without any hidden trouble．

Lightning protection; Surge protective device (SPD); Switch control Circuit; Four-wire

2014-04-16；

：2014-05-12

甘肅省青年科技基金計劃項目(1308RJYA096)

許 麗(1980—)，女，講師，2006年畢業(yè)于蘭州交通大學交通信息工程及控制專業(yè)，工學碩士，E-mail：xuli800@mail.lzjtu.cn。

1004-2954(2014)10-0124-04

U284.26

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.10.030