1铁路通信设备雷电防护的重要性
铁路通信设备作为铁路工程最重要的设备之一，通信设备的质量直接影响铁路的运行，但是通信设备在使用，首先因为自身抗干扰的能力较弱，再加上铁路系统的运行环境比较恶劣，通信设备容易受到雷击伤害。比如直击雷、雷电电磁脉冲、雷电流泄放产生的地电位反击危害等。因为雷电具有高电压、大电流、时间短的特征，很容易形成闪络、设备烧毁和绝缘老化等问题，如雷击会引起接触网绝缘子的闪络，导致工频电流入地，这些较大的工频电流会引起周边设备的烧毁，虽然雷击本身引起的绝缘子闪络的时间较短，但是会引起较大的工频电流，对附近的通信设备产生严重影响，进而对铁路的整体安全运行构成威胁。
雷电不仅会引起铁路通信设备的故障，影响其使用性能和使用寿命，而且还可能会威胁现场人员的生命安全，当雷电具有强大的电效应、热效应和电动力时，就会对地面建筑物和人体构成伤害。为此，必须采取必要的防护措施，以确保铁路通信设备的正常使用，以及现场人员的安全。
2使用的标准
通信设备作为铁路工程运行中重要的信息传输设备，起着传递信号、指挥列车进展的作用，所以对于铁路通信设备的雷电防护非常重要。在2018年前，对于铁路通信设备进行防护的主要依据是2003年颁布的TB/T3074，自2017年颁布了铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件以来，开始以该标准为主要雷电防护依据，其中也保留了2003年颁布的防雷设计施工的部分内容，包括信号机房、战场雷电防护设计要求、防雷接地技术要求以及通信设备防雷元器件的选择等。同时就雷电防护水平测试以及试验方法等方面进行了进一步的细化和延伸扩展，对雷电防护的等级要求更高，并希望通过雷电防护相关试验来确保雷电保护安全措施设置的科学有效。现阶段，不少铁路通信设备在其产品标准、技术要求等方面还没有根据2017年雷电防护标准进行更新完善。其次，除了信息传输设备雷电防护试验方面的依据，同时也对环境监控设备的雷电防护试验依据进行了更新完善。目前，主要采用的是YD/T993雷电防护试验标准，这也是通信系统普遍使用的防护试验标准。此外，在通信电源方面，存在三种试验端口，包括交流电源端口、直流电源端口以及通信端口，这几个试验端口分别对应着《铁路通信电源：通信用高频开关电源系统》试验标准、《铁路通信电源：直流配电设备》试验标准以及《通信电源设备的防雷技术要求和测试方法》试验标准。
3试验方法
现阶段，关于铁路通信设备端口防雷试验的方法，分别对信息传输设备、环境监控设备、通信电源进行防雷试验。其中信息传输设备，分别依据2003、2016和2018年的相关试验标准进行了测试，通过对相应端口试验波形的测试和分析，进行性能判断。环境监控设备和通信电源分别按照不同的试验标准依据对其交直流电源端口、通信端口的组合波、电流波进行了测试分析，并判断最后的设备性能。从结果分析可以发现，同一类型的设备使用TB/T 3498-2018标准和其他标准依据的试验方法存在较大的差异。
3.1试验等级划分
将铁路通信设备标准防雷试验等级分成根据地理环境划分和根据建筑物防雷设计划分，其中根据地理环境划分指的是根据当地雷电天气的数量将雷电类型分成低风险、中风险和高风险，从而采取针对性的防雷措施，该划分标准的依据出自YD/T944-2007。根据建筑物防雷设计将防雷试验等级分成I级、II级和III类，该划分标准依据于YD/T993-2016。该划分方式主要参考的是气象防雷与建筑物的防雷标准，和2018年的雷电防护试验等级划分要求不相同。2018年颁布落实的雷电防护试验等级划分要求，是根据设备的安装使用环境以及各个端口供电方式来进行试验等级划分的。以铁路电源设备为例，将电源设备的试验等级划分成为四级。当电源设备的输入端口和机房的第一级电源防雷设备馈线并联时，采用试验等级1，当电源设备的输入端口和机房的第二级电源防雷设备馈线并联，则防雷试验等级选择2级。同样的，铁路电源设备输出端口和有防雷设备机房输出馈线并联时则应选择试验等级3。根据通信设备电源交流端口标准规定，铁路通信设备防雷试验等级选择等级2，即采用10ka交流端口。对于年雷暴日超过25天并现场没有专门变压器供电机房的状况，以及年雷暴日数量超过40天的且在高山、野外等空旷区域的，即便有专门变压器供电，也应该采用防雷试验等级20KA。
3.2试验波形
在对铁路通信设备雷电防护试验中，不同标准采用的试验波形不同，最早的TB/t3074-2003使用的是单一的4/300us以及10/700us开路电压波，根据低压交流电压有关浪涌特性的要求规定，雷电测试的环境包含电压、电流与短路电流，因此只在单一的开路电压下测试，而不规定短路电流，该测试没有实际意义。由于雷击试验发生器内阻不同，单一的开路电压，也会使每一个受检测的设备出现不一致的试验结构。根据TB/T3498-2018关于雷电测试试验波形的规定，采用的是组合波，即将电源端口的单一波形以及通信端口的单一波形均变成了组合波。在试验时，所检测设备的电阻随着电磁环境的变化而变化，组合波中电压博与电流波也随着电磁环境的改变和改变，但是单一波形却不能达到此效果，因此在对铁路通信设备进行雷电防护试验时，应选择组合波形，该试验波形可以很好地检测设备的性能。
3.3试验时间
铁路通信设备雷电防护试验时间目前有两种情况，一种是根据TB/T3074-2003与YD/T993-2016中《电磁兼容试验和测量技术浪涌抗挠度试验》规定，要求每一次雷电防护试验的时间应间隔1min，根据TB/T3498-2018与YD/T944-2007中参考GB/T3482-2008有关《电子设备雷击试验方法》的规定，要求每一次雷电防护试验的时间应间隔3min。所谓电磁兼容试验浪涌指的是对大气辐射雷电电磁场的干扰因素进行测试，电磁场会对机房中的电子设备及其线路产生影响，雷电防护试验时以进入到设备端口的雷电电磁脉冲干扰位置，检测的是设备端口的耐受性，试验的能量等级应比电磁兼容的试验等级要求高，所以如果采用雷电防护试验检测间隔时间为1min的方案，无法快速恢复设备防护器件性能，对于雷电防护试验更合适的是选择3min的试验间隔时间方案。
目前关于铁路通信设备电源的试验端口在试验时间上还存在的问题是，第一对于交直流电源端口的测试间隔时间是1min，而通信端口的测试间隔时间为3min，同一个设备的几个端口测试时间不一致，自然会影响该设备的雷电防护试验的测试结果。第二，交流电源端口的测试时间按照YD/T944-2007中的规定方法开展，即每一次试验冲击间隔时间大于等于1min，但是实际上该标准规定的试验间隔时间是3min，两个标准试验时间不一致影响防雷试验的进程和结果。第三，通信设备通信电源的防雷性能靠的是其防雷模块，但是根据《铁路通信、信号、电力电子系统防雷设备》的有关规定，对于防雷模块的雷电防护试验间隔时间为5min，很显然和通信电源防雷测试时间要求不一致，若选择了试验间隔时间为1min为3min都会对防雷模块的性能产生影响，使其产生较大的热累积效应，从而引起模块的损坏或脱落，影响最终防雷试验的结果。
3.4试验结果
根据铁路通信设备雷电防护试验要求，一般是要在雷电防护试验结束后才能查看设备的状态，这样就很难及时发现在试验中是否出现不合理的地方，以及设备是否存在相应的异常问题。如果试验结束后其结果存在数据采集问题，以及显示屏闪烁、电源保护断电等问题，就会使试验结果不准，无法准确分析雷电防护试验存在的问题和需要改进的地方，对于雷电防护试验方法的选择就会出现问题。当铁路通信设备的安全等级较高的情况下，在试验过程中可能会出现短暂性工作异常情况，该隐患也会给行车的安全产生很大的影响。根据最新雷电防护试验要求固定，应该对防雷试验的过程、试验结果后设备的性能都进行检测判断，从而才能做出准确、全面的设备试验判断。
最新的雷电防护标准包含了铁路通信设备、型号设备和各种端口雷电防护试验的方式方法，且标准统一，不存在任何已被废止的规定，采用的是组合波，且标准的试验时间统一，强调对试验过程和结果的综合判断。但是目前还需要改进的地方是，该标准依然没有明确规定通信设备同轴馈线端口的有关雷电防护要求。建议在之后修订时应该加入同轴馈线端口雷电防护试验的要求与内容，制定铁路通信设备专门防雷试验方法和标准，才能提高铁路通信设备雷电防护水平，为质量抽查等工作提供可靠依据。
4铁路通信信号设备雷击试验方法概述
4.1适用范围
TB/T3498——2018《铁路通信信号设备雷击试验方法》规定，本标准试验适用于雷电波沿着金属导线传导、侵入到设备端口的雷击试验。
4.2试验端口类型和严酷等级选择
被测试的端口是受试设备对外连接的物理通道终端，即硬件方面的可见端口，包括电源端口、网络接口、电话接口、串行接口等。其中电源端口试验严酷等级分为6级，第六级是根据用户要求自定义的，其他五级都有对应的接线环境要求、试验时间要求。通信信号端口试验等级分成7级，第一到第六级都有对应的接线环境要求和合适的试验等级，第七级可按照用户要求自定义。电源设备试验严酷等级，指的是铁路信号电源屏、铁路通信电源与UPS等供电设备，这些设备的雷击试验等级分成4级，实际测试时应根据电源设备安装的位置合理选择相应的等级。
4.3试验要求
该新标准规定了4种试验波形，其中电源设备雷击试验采用8/20us冲击电流波，设备电源端口雷击试验采用1.2/50us-8/20us的组合波，通信信号端口累计实验采用10/700us-5/320us的组合波。试验之前要先调整冲击发生器输出端开路电压与短路电流波形与幅值，在试验前必须先确认受试端口的类型，为了确保冲击发生器及其辅助设备不出现互相电气干扰，不影响受试设备，应在合理的位置加入耦合及去耦合网络。
4.4试验判定条件
在雷电冲击试验中以及试验后，受试验的设备必须在不同程度上符合标准规定要求，将判断条件分成ABC三类，试验前要先确定受试设备的工作状态信息与受试设备的功能信息，当工作状态出现短暂异常，比如数据丢包重发、显示器闪络时不会对系统功能产生影响，但是数据传输出现短暂终端、显示器黑屏、主要设备和备用设备状态切换等问题时会对系统的功能产生短暂性的影响，但无需人为干预就能恢复。在这些问题出现时要分类判定，对可能引起安全问题的系统进行调整。
4.5试验时要注意的问题
在试验时，首先所提供的受试设备的技术规范中必须明确规定雷电试验后当设备出现异常时可以自行恢复的时间；其次若受试设备没有接地线或其外壳无接地连接时，应不开展线对地的雷击试验。此外，受试设备端口浪涌保护器是通信设备的一部分，所以浪涌保护器也要参与雷电防护试验。
5对铁路通信设备的防雷原则和防雷要点
5.1防雷原则
对于铁路通信设备的防雷保护在等级划分上应该属于多级保护，最危险的0级在最外层，该级的保护关键是设置外部防雷系统，采用多级保护的措施可以有效降低雷击的过电压对设备性能的损害。结合雷电防护范围的要求，将弱电设备的防雷分成外部防护和内部防护，其中外部防护主要是确保外部建筑物和人身的安全，通过设置避雷设施可以起到较好的防护作用。但是内部防护指的是对设备自身的防护，包括隔离、屏蔽、布线、等电位连接以及过电压保护器设置等，内部防护技术措施相比于外部防护还不够成熟。
5.2防雷要点
在外部通过设置网状接地，将主要电流接入到地下，为避免过电压对设备的伤害，应在雷电输入大地时注意雷电流分流。同时考虑到电位差会对设备造成极大的影响，为此必须均匀建筑各个点的点位，在雷电击中建筑物时接地点点位会对设产生损害，所以必须确保建筑物的接地良好。其次，建设屏蔽接地栅，在信号顶面和四周，使用导电性能较好的镀锌铜条连接接地网，信号楼中有许多小功率信号电路电气设备、遥控以及低压电子逻辑系统，必须通过屏蔽网的合理设置将主要雷电流引入到大地中，同时实现雷电流的分流，避免局部电压过大而对通信设备造成伤害，确保建筑物各个点点位均衡，也能减少电位差对通信设备的损害。在内部防雷方面，首先应该采取等电位连接的方式，在室内各通信设备的各金属管线、底线上都首先和地栅的连接，这样在雷电袭击时引下线和接地体能很好地将雷电流引入到大地中，接地体的四周还会产生放射性点位分布，当其他设备接近时就会出现入侵电压发电。采取等电位连接的方式可以消除这些危害较大的电位差，采取过压保护器对接地线、信信号线等可以实现等单位的相连。此外，为避免由信号系统浪涌电压产生的过电流进入到电子设备内部对设备造成伤害，必须在信号路口传戒过电流保护装置，避免电磁、无线电高压、雷电等对通信设备的干扰。铁路通信设备大部分是设置在户外缆线上的，因此本身受到雷电袭击的概率很大，采取安全可靠的雷电防护措施十分必要。
6结语
综上所述，随着科学技术的发展以及铁路事业的发展，对铁路通信要求日益增高，对于铁路通信设备而言只有确保一直处于最佳的使用状态，才能使铁路运行顺畅、安全。由于铁路运输长期在不确定的、恶劣的条件下运行，其通信设备容易受到雷电的影响，一旦通信设备遭受雷击就会影响其性能的稳定，甚至出现烧毁、损坏等无法再继续运行的情况，进而造成铁路运输影响。为此，有必要对通信设备进行雷电防护，为选择合适的雷电防护方法，对几种标准下的雷电试验方法进行比较分析，禁止使用已废止的标准，禁止使用单一波形，确保试验标准、试验时间的统一，并对试验的过程和试验的结果进行综合分析，最终确定采用最新雷电防护标准，在试验等级划分、试验波形选择、试验时间确定、试验结果判断上，最新的标准更加科学合理，符合铁路事业的发展实际。
参考文献：
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