介紹現有軌道衡防雷系統的工作原理和防雷效果，以軌道衡的雷擊事故為例，通過現場勘驗 和分析，指出雷擊導致軌道衡損壞的原因，提出軌道衡防雷系統的改進要點。

0.引言

鐵路上使用的軌道衡和鐵道貨車超偏載檢測裝 置，需長期連續運行，且多安裝于空曠室外。在雷 電多發區安裝的軌道衡和超偏載檢測裝置易遭受雷 擊而損壞，不但會造成經濟損失，還會影響行車安 全，因此陸續安裝了防雷系統。對安裝了防雷系統 的軌道衡和超偏載檢測裝置發生的雷擊故障進行分 析，有利于更好地了解雷擊對軌道衡和超偏載檢測 裝置損壞的原理，分析防雷系統的性能和可靠性， 提出改進意見，更好地保護軌道衡受到雷擊時不受 損壞，能夠安全連續運行。

1.防雷系統構成及原理

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

2.故障分析

2.1故障介紹

某站貨場安裝的一臺單臺面不斷軌自動軌道衡 處于雷電易發區，由于安裝點地勢開闊，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，近4年基本未發生雷擊 損壞事故。2016年7月14日，發生動態軌道衡受 雷擊損壞。據現場計量員介紹，14日23時左右下 大雨，軌道衡方位發生雷電，之后上傳數據停 止，軌道衡損壞。

2.2現場外觀勘查

（1）地網檢查。現場勘查，看到故障軌道衡 的主地網與機箱接地端扁鋼斷開，扁鋼裸露在外。 經測量接地電阻達19 Ω (稱臺與機箱間埋人地下 扁鋼的接地電阻），主地網接地電阻2.5Ω。

（2）雷電記錄儀檢查。鋼軌端雷電記錄儀記 錄到：鋼軌到地網間產生71 kA雷擊極值電流，時 間為2016年7月14日23時17分；電源端雷電記 錄儀記錄到：電源到地網間產生32 kA雷擊極值電 流，時間為2016年7月14日23時15分。近5年 電源端記錄儀共記錄脈沖電流多達210次，鋼軌端 記錄儀共記錄脈沖電流多達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30 kA 的，最后這次最大，達到71 kA，是軌道衡安裝防 雷系統后記錄到的最強雷擊電流。

（3）供電系統檢查。勘查發現供電電源總空 開（額定電流30 A )炸開毀壞，其后的雙路自動 轉換空開（額定電流40 A)損壞，外觀無痕跡。

2.3防雷系統檢查

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。

防雷系統主要損壞為網絡防雷模塊損壞，外觀有 放電點痕跡;7個9針儀表防雷模塊中有1個損壞， 模塊內部焊接點與覆銅板走線間有過壓放電痕跡。

2.4軌道衡系統檢查

（1）系統各部分。計算機系統完好，車號系 統完好，A/D通道完好，壓力傳感器完好，剪力傳 感器完好，軌道衡系統基本完好無損，網絡交換機 經重新上電后可正常丁作。

（2）整體系統聯查。取下損壞的網絡防雷模 塊和2個損壞的儀表防雷模塊，然后恢復系統供 電，用筆記本電腦取代監測室電腦，對整體系統進 行檢測。開始數據交換機數據不通，但對交換機重 新供電后數據傳輸正常，之后整體系統丁作正常。 經對多列過衡列車進行實際計量，整體系統丁作正 常、計量準確；車號系統和數據傳輸系統均正常。 取下筆記本電腦，復原原來系統，系統丁作正常。

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明產生了落地雷，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為較強直擊雷的電流，也證明雷擊 的情況，雷電記錄儀的記錄時間與現場計量員見到 的閃電時間相符。此雷電流在雷擊點延鋼軌向兩端 傳播，沿鋼軌陸續泄人大地，在稱臺附近，雷電流 經鋼軌等電位隔離模塊經地網泄人大地，記錄電流 極值為71 kA。據此判斷此次雷擊電流直接擊中鋼 軌，是一次很強的直擊雷事件。

機柜地與稱臺接地間是通過扁鋼直接相連的， 但因此段與主地網斷開，接地電阻過大（19ft)， 不能有效地泄放雷擊電流，所以產生了強烈的地線 反擊，電源端雷電記錄儀記錄到電流極值為32 kA， 此電流是由地線經防雷箱的PE端，再經過防雷箱 里的放電管和壓敏電阻進人供電電源。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 30 A的空開損壞并炸開，而與之串聯的第2級 40 A的雙路自動切換空開亦損壞，但外表正常。 這是空開的額定電流不同造成的損壞差別。

3.2防雷系統方面

整體防雷系統PE電位基準點為機柜接地點。 而32 kA的地線反擊電流，使各個SPD模塊的PE 端之間在雷擊瞬間產生了很大電位差。儀表防雷模 塊的損壞就是這一電位差造成的，模塊內的放電痕 跡說明這一電位差很高。

網絡防雷模塊緊靠機柜安裝，外殼的拉弧痕跡 提示：雷擊時網絡防雷模塊的PE點電位與機柜間 的電位差相當大，而產生拉弧放電，進而損壞了網 絡防雷模塊，對交換機造成了損壞，模塊內的PSD 器件損壞后為短路狀態，故而造成數據傳輸停止。

4.事故總結和防雷系統改進建議

4.1事故總結

此次強雷擊事件，是恰逢接地網絡損壞而造成 的事故，揭示雷擊對系統損壞的原理，驗證防雷系 統的性能，是一次實際雷擊對防雷系統的防雷性能 的檢驗。

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

事故說明軌道衡的此防雷系統的設計方案是可 靠有效的。各個SPD模塊、防雷箱等和地線共同 構成等電位和雷電流泄放系統，雖有模塊損壞，但 保護了計量系統在雷擊時不受損壞。SPD器件的損 壞狀態為短路，也說明即使發生連環雷擊也能發揮 防護作用。

4.2防雷系統的改進建議

根據對事故的分析，對軌道衡防雷系統提出以 下建議。

⑴防雷系統必須具備良好的接地網絡。此 事件因主接地網斷開而使防雷系統地網接地電阻高 達19Ω，遠超出4a的要求。主地網接地電阻 是2.5 a，若地網完好則接地電阻經計算約為2.2 n，這樣雷擊電流可得到有效釋放，地線反擊電流 絕不會超過10 kA，由此反擊電流產生的各個SPD 模塊PED點的電位差就在可承受范圍之內，計量 系統和防雷系統都會完好無損，就不會出現這次事 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 為此防雷系統在實驗室完全承受住了極值達128 kA，8/20 波形的反復沖擊，條件是接地電阻 小于4ft。因此，軌道衡的防雷系統必須具備良 好的接地網絡，并且保證其丁作狀態正常。

(2 )防雷系統SPD模塊的安裝丁藝和制造丁 藝十分重要。網絡SPD模塊損壞的主因是：模塊與機柜絕緣不好，以至產生放電現象。儀表SPD 模塊損壞則是因為焊接時產生的毛刺發生放電而產 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，一般場合應采用3kW、多雷 場合采用5kW的較為合理，防雷效果會更好，系 統更加穩定。

（4）雷電記錄儀是非常必要的。對雷擊事件 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 與防雷無關，但其記錄功能提供了雷擊次數、強度 和時間等第一手數據，為事故分析和領導的科學決 策提供了第一手資料。

5.結語

通過此次接地網絡損壞而造成的強雷擊事故， 揭示雷擊對防雷系統損壞的原理，驗證防雷系統的 性能。既有的由地網系統、防雷箱、各個構成等電 位的SPD模塊、鋼軌隔離接地箱和雷電記錄儀等 構成的完整防雷系統較為可靠，能夠滿足軌道衡 防雷的需要，但也應根據事故經驗不斷完善防雷 系統。