介紹現(xiàn)有軌道衡防雷系統(tǒng)的工作原理和防雷效果，以軌道衡的雷擊事故為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn) 和分析，指出雷擊導(dǎo)致軌道衡損壞的原因，提出軌道衡防雷系統(tǒng)的改進(jìn)要點(diǎn)。

0.引言

鐵路上使用的軌道衡和鐵道貨車超偏載檢測(cè)裝 置，需長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，且多安裝于空曠室外。在雷 電多發(fā)區(qū)安裝的軌道衡和超偏載檢測(cè)裝置易遭受雷 擊而損壞，不但會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)影響行車安 全，因此陸續(xù)安裝了防雷系統(tǒng)。對(duì)安裝了防雷系統(tǒng) 的軌道衡和超偏載檢測(cè)裝置發(fā)生的雷擊故障進(jìn)行分 析，有利于更好地了解雷擊對(duì)軌道衡和超偏載檢測(cè) 裝置損壞的原理，分析防雷系統(tǒng)的性能和可靠性， 提出改進(jìn)意見(jiàn)，更好地保護(hù)軌道衡受到雷擊時(shí)不受 損壞，能夠安全連續(xù)運(yùn)行。

1.防雷系統(tǒng)構(gòu)成及原理

目前，軌道衡安裝的防雷系統(tǒng)通常由電源防雷 箱、儀表防雷箱、傳感器防雷模塊、鋼軌隔離接地 裝置和信號(hào)防雷模塊幾部分構(gòu)成，并與接地網(wǎng)絡(luò)連 接構(gòu)成整體等電位系統(tǒng)。接地網(wǎng)絡(luò)起到雷電泄流和 等電位的雙重作用，等電位是防雷系統(tǒng)的核心原 理。整體防雷系統(tǒng)原理如圖1所示。

2.故障分析

2.1故障介紹

某站貨場(chǎng)安裝的一臺(tái)單臺(tái)面不斷軌自動(dòng)軌道衡 處于雷電易發(fā)區(qū)，由于安裝點(diǎn)地勢(shì)開(kāi)闊，衡器安裝 后年年均有雷擊損壞。2012年在原衡器上安裝了 上述丁作原理的防雷系統(tǒng)，近4年基本未發(fā)生雷擊 損壞事故。2016年7月14日，發(fā)生動(dòng)態(tài)軌道衡受 雷擊損壞。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量員介紹，14日23時(shí)左右下 大雨，軌道衡方位發(fā)生雷電，之后上傳數(shù)據(jù)停 止，軌道衡損壞。

2.2現(xiàn)場(chǎng)外觀勘查

（1）地網(wǎng)檢查?，F(xiàn)場(chǎng)勘查，看到故障軌道衡 的主地網(wǎng)與機(jī)箱接地端扁鋼斷開(kāi)，扁鋼裸露在外。 經(jīng)測(cè)量接地電阻達(dá)19 Ω (稱臺(tái)與機(jī)箱間埋人地下 扁鋼的接地電阻），主地網(wǎng)接地電阻2.5Ω。

（2）雷電記錄儀檢查。鋼軌端雷電記錄儀記 錄到：鋼軌到地網(wǎng)間產(chǎn)生71 kA雷擊極值電流，時(shí) 間為2016年7月14日23時(shí)17分；電源端雷電記 錄儀記錄到：電源到地網(wǎng)間產(chǎn)生32 kA雷擊極值電 流，時(shí)間為2016年7月14日23時(shí)15分。近5年 電源端記錄儀共記錄脈沖電流多達(dá)210次，鋼軌端 記錄儀共記錄脈沖電流多達(dá)190次。記錄儀記錄到 的電流極值多為十幾千?安以下，也有超過(guò)30 kA 的，最后這次最大，達(dá)到71 kA，是軌道衡安裝防 雷系統(tǒng)后記錄到的最強(qiáng)雷擊電流。

（3）供電系統(tǒng)檢查?？辈榘l(fā)現(xiàn)供電電源總空 開(kāi)（額定電流30 A )炸開(kāi)毀壞，其后的雙路自動(dòng) 轉(zhuǎn)換空開(kāi)（額定電流40 A)損壞，外觀無(wú)痕跡。

2.3防雷系統(tǒng)檢查

電源防雷箱正常，鋼軌等電位隔離模塊正常， 串口防雷模塊正常，車號(hào)防雷模塊正常，傳感器防 雷模塊正常，電源端雷電記錄儀正常，鋼軌端雷電 記錄儀正常。

防雷系統(tǒng)主要損壞為網(wǎng)絡(luò)防雷模塊損壞，外觀有 放電點(diǎn)痕跡;7個(gè)9針儀表防雷模塊中有1個(gè)損壞， 模塊內(nèi)部焊接點(diǎn)與覆銅板走線間有過(guò)壓放電痕跡。

2.4軌道衡系統(tǒng)檢查

（1）系統(tǒng)各部分。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完好，車號(hào)系 統(tǒng)完好，A/D通道完好，壓力傳感器完好，剪力傳 感器完好，軌道衡系統(tǒng)基本完好無(wú)損，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 經(jīng)重新上電后可正常丁作。

（2）整體系統(tǒng)聯(lián)查。取下?lián)p壞的網(wǎng)絡(luò)防雷模 塊和2個(gè)損壞的儀表防雷模塊，然后恢復(fù)系統(tǒng)供 電，用筆記本電腦取代監(jiān)測(cè)室電腦，對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn) 行檢測(cè)。開(kāi)始數(shù)據(jù)交換機(jī)數(shù)據(jù)不通，但對(duì)交換機(jī)重 新供電后數(shù)據(jù)傳輸正常，之后整體系統(tǒng)丁作正常。 經(jīng)對(duì)多列過(guò)衡列車進(jìn)行實(shí)際計(jì)量，整體系統(tǒng)丁作正 常、計(jì)量準(zhǔn)確；車號(hào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)均正常。 取下筆記本電腦，復(fù)原原來(lái)系統(tǒng)，系統(tǒng)丁作正常。

3.事故原因分析

3.1供電電源方面

事故軌道衡附近的閃電和雷聲說(shuō)明產(chǎn)生了落地雷，并且直接擊中了軌道衡附近的鋼軌。鋼軌端記 錄儀示值71 kA為較強(qiáng)直擊雷的電流，也證明雷擊 的情況，雷電記錄儀的記錄時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量員見(jiàn)到 的閃電時(shí)間相符。此雷電流在雷擊點(diǎn)延鋼軌向兩端 傳播，沿鋼軌陸續(xù)泄人大地，在稱臺(tái)附近，雷電流 經(jīng)鋼軌等電位隔離模塊經(jīng)地網(wǎng)泄人大地，記錄電流 極值為71 kA。據(jù)此判斷此次雷擊電流直接擊中鋼 軌，是一次很強(qiáng)的直擊雷事件。

機(jī)柜地與稱臺(tái)接地間是通過(guò)扁鋼直接相連的， 但因此段與主地網(wǎng)斷開(kāi)，接地電阻過(guò)大（19ft)， 不能有效地泄放雷擊電流，所以產(chǎn)生了強(qiáng)烈的地線 反擊，電源端雷電記錄儀記錄到電流極值為32 kA， 此電流是由地線經(jīng)防雷箱的PE端，再經(jīng)過(guò)防雷箱 里的放電管和壓敏電阻進(jìn)人供電電源。在此極值為 32 kA的地線反擊電流沖擊下造成了電源第1級(jí) 30 A的空開(kāi)損壞并炸開(kāi)，而與之串聯(lián)的第2級(jí) 40 A的雙路自動(dòng)切換空開(kāi)亦損壞，但外表正常。 這是空開(kāi)的額定電流不同造成的損壞差別。

3.2防雷系統(tǒng)方面

整體防雷系統(tǒng)PE電位基準(zhǔn)點(diǎn)為機(jī)柜接地點(diǎn)。 而32 kA的地線反擊電流，使各個(gè)SPD模塊的PE 端之間在雷擊瞬間產(chǎn)生了很大電位差。儀表防雷模 塊的損壞就是這一電位差造成的，模塊內(nèi)的放電痕 跡說(shuō)明這一電位差很高。

網(wǎng)絡(luò)防雷模塊緊靠機(jī)柜安裝，外殼的拉弧痕跡 提示：雷擊時(shí)網(wǎng)絡(luò)防雷模塊的PE點(diǎn)電位與機(jī)柜間 的電位差相當(dāng)大，而產(chǎn)生拉弧放電，進(jìn)而損壞了網(wǎng) 絡(luò)防雷模塊，對(duì)交換機(jī)造成了損壞，模塊內(nèi)的PSD 器件損壞后為短路狀態(tài)，故而造成數(shù)據(jù)傳輸停止。

4.事故總結(jié)和防雷系統(tǒng)改進(jìn)建議

4.1事故總結(jié)

此次強(qiáng)雷擊事件，是恰逢接地網(wǎng)絡(luò)損壞而造成 的事故，揭示雷擊對(duì)系統(tǒng)損壞的原理，驗(yàn)證防雷系 統(tǒng)的性能，是一次實(shí)際雷擊對(duì)防雷系統(tǒng)的防雷性能 的檢驗(yàn)。

此次雷擊事故，強(qiáng)雷擊中秤臺(tái)附近的鋼軌是雷 擊事件的原因，但更重要的原因是接地網(wǎng)絡(luò)損壞。 由地網(wǎng)、防雷箱、鋼軌隔離接地裝置等組成的雷電 流泄放系統(tǒng)，不能有效地泄放掉雷擊電流，從而產(chǎn) 生了強(qiáng)烈的地線反擊是造成這次事故的主要原因。

事故說(shuō)明軌道衡的此防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是可 靠有效的。各個(gè)SPD模塊、防雷箱等和地線共同 構(gòu)成等電位和雷電流泄放系統(tǒng)，雖有模塊損壞，但 保護(hù)了計(jì)量系統(tǒng)在雷擊時(shí)不受損壞。SPD器件的損 壞狀態(tài)為短路，也說(shuō)明即使發(fā)生連環(huán)雷擊也能發(fā)揮 防護(hù)作用。

4.2防雷系統(tǒng)的改進(jìn)建議

根據(jù)對(duì)事故的分析，對(duì)軌道衡防雷系統(tǒng)提出以 下建議。

⑴防雷系統(tǒng)必須具備良好的接地網(wǎng)絡(luò)。此 事件因主接地網(wǎng)斷開(kāi)而使防雷系統(tǒng)地網(wǎng)接地電阻高 達(dá)19Ω，遠(yuǎn)超出4a的要求。主地網(wǎng)接地電阻 是2.5 a，若地網(wǎng)完好則接地電阻經(jīng)計(jì)算約為2.2 n，這樣雷擊電流可得到有效釋放，地線反擊電流 絕不會(huì)超過(guò)10 kA，由此反擊電流產(chǎn)生的各個(gè)SPD 模塊PED點(diǎn)的電位差就在可承受范圍之內(nèi)，計(jì)量 系統(tǒng)和防雷系統(tǒng)都會(huì)完好無(wú)損，就不會(huì)出現(xiàn)這次事 故。此次雷擊也只是在鋼軌端雷電記錄儀上增加一 次大于72 kA的雷擊事件記錄，在電源端雷電記錄 儀上增加一次小于10 kA的雷擊事件記錄而已。因 為此防雷系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室完全承受住了極值達(dá)128 kA，8/20 波形的反復(fù)沖擊，條件是接地電阻 小于4ft。因此，軌道衡的防雷系統(tǒng)必須具備良 好的接地網(wǎng)絡(luò)，并且保證其丁作狀態(tài)正常。

(2 )防雷系統(tǒng)SPD模塊的安裝丁藝和制造丁 藝十分重要。網(wǎng)絡(luò)SPD模塊損壞的主因是：模塊與機(jī)柜絕緣不好，以至產(chǎn)生放電現(xiàn)象。儀表SPD 模塊損壞則是因?yàn)楹附訒r(shí)產(chǎn)生的毛刺發(fā)生放電而產(chǎn) 生。所以防雷器件的焊接丁藝也是十分重要的。

（3）合理確定儀表和傳感器SPD模塊容量。 事故中損壞的SPD模塊中的器件為1.5 kW，考慮 器件的容量與體積，一般場(chǎng)合應(yīng)采用3kW、多雷 場(chǎng)合采用5kW的較為合理，防雷效果會(huì)更好，系 統(tǒng)更加穩(wěn)定。

（4）雷電記錄儀是非常必要的。對(duì)雷擊事件 原因、原理和防雷效果等分析，雷電記錄儀的記錄 給出了最為重要的雷擊事件的完整記錄。記錄儀雖 與防雷無(wú)關(guān)，但其記錄功能提供了雷擊次數(shù)、強(qiáng)度 和時(shí)間等第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為事故分析和領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)決 策提供了第一手資料。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次接地網(wǎng)絡(luò)損壞而造成的強(qiáng)雷擊事故， 揭示雷擊對(duì)防雷系統(tǒng)損壞的原理，驗(yàn)證防雷系統(tǒng)的 性能。既有的由地網(wǎng)系統(tǒng)、防雷箱、各個(gè)構(gòu)成等電 位的SPD模塊、鋼軌隔離接地箱和雷電記錄儀等 構(gòu)成的完整防雷系統(tǒng)較為可靠，能夠滿足軌道衡 防雷的需要，但也應(yīng)根據(jù)事故經(jīng)驗(yàn)不斷完善防雷 系統(tǒng)。