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[摘要] 近年来,铁路信号设备雷害故障明显上升,直接威胁铁路正常的安全生产。本文特提出微机联锁站信号设备综合防雷系统工程设计的原则、方法和措施以解决此问题。
[关键字] 微机联锁站信号设备综合防雷
[Abstract] In recent years, railway signal equipment failures caused by lightning increased obviously, which is a direct threat to the safety and production of the railway. A series of engineering design principles, methods and measures of integrated lightning protection systems for signal equipment of computer interlocking station is proposed to solve the problem.
[Keywords] Computer interlocking stationSignal equipmentIntegrated lightning protection
随着铁路跨越式的发展,铁道信号领域开始大量采用电子和微电子设备以及计算机设备。由于精密电子设备抗过电压、过电流及电磁脉冲的能力极低,毫无防护的系统一旦遭受雷击,设备将会遭受重创。
1 微机联锁站信号设备雷电防护的分析
信号设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、操作过电压三种。结合信号设备的分布特点及雷电攻击的类型,铁道信号雷电防护具有以下特点:
1.信号楼是信号设备集中的处所,其避雷针要满足对整座信号楼的保护。
2.钢轨是接收雷电的良好导体,与之连接的转辙机、信号机、电缆线路、轨道电路箱等会受到雷击的严重威胁。
3.信号楼微机联锁机房的户外线缆遭受直击雷后,线路中的大电流串入机房内部,会造成联锁设备的损坏。
4.由于机房存在多类接地系统,其接地电阻不均衡,在雷击发生时,雷电流引起地电位差,造成“地电位反击”,使设备损坏。
5.操作过电压引起的危害。
从以上分析中可以得出:为了提高信号设备运行可靠度,整个站场的雷电防护系统一定要充分运用屏蔽、等电位设置、合理布线、分区分级设置防雷保安器、良好接地等技术。
2 微机联锁站信号设备综合防雷系统
1.信号楼外部防雷:信号楼顶设避雷网及避雷带防护,信号楼外部引下线防护及综合地网防护。
2.信号楼内部防雷:微机机房屏蔽,电源屏室、微机机房、信号机械室和运转室等等电位连接,电源系统及各种信号设备安装防雷保安器(SPD,集中设置在分线盘或分线柜处),合理综合布线。
3.共用接地系统防护:信号楼外、内部防雷措施采用共用接地系统。
3 微机联锁站信号设备防护的具体措施
3.1 微机联锁信号楼防雷系统设置
1.信号楼天面的女儿墙上用Φ12的热镀锌圆钢敷设一圈避雷带,并做避雷带的支撑,其间隔1m,避雷带高出女儿墙150㎜,并在天面的四个角处安装约200㎜高的小避雷针以作辅助保护。
在信号楼天面上用40㎜×4㎜的热镀锌扁钢交叉焊接做成2m×2m的避雷网络,且每隔2m与避雷带焊接连通。
天面防直击雷的引下线采用40㎜×4㎜的热镀锌扁铁,分别从信号楼的四个转角处接至综合地网,引下线的上端与避雷带焊接连通。信号楼整体防护示意图如图1:
图1 信号楼整体防护示意图
2. 接地是综合防雷中的重要组成部分,信号设备应设安全地线、屏蔽地线和防雷地线。
根据实际情况,应在距信号楼外墙1m外的地方做环形地网,阻值要求小于1Ω,埋深不小于700㎜。环形地网与建筑物的基础钢筋进行焊接,每个焊点间距5-10m。机房各接地汇集排的接地引下线和信号楼的避雷带的引下线要与环形地网的任意连接点的间距大于5m。汇集线与环形地网用50㎜的多股铜芯线连接,在环形地网与铜线的连接点加装铜铁转化过渡头,在铜铁转换头加装封闭线箱保护,封闭保护箱要安装在距地面300㎜高处。如果铁通铁塔与信号楼的距离不超过5m,必须要与环形地网进行连接。接地及等电位连接示意图如图2:
图2 接地及等电位连接示意图
3.接地汇集线的设立和等电位连接
(1)机房总接地汇集线采用30㎜×3㎜紫铜排,沿控制台室、信号机械室、计算机房和电源室设置,相互连接后与环形接地装置单点冗余连接。接地汇集线及其间的连接导体、接地汇集线与地网的连接线必须与墙体绝缘。
(2)室内的走线架、组合架、电源屏、控制台、机架、机柜等所有设备必须与墙体绝缘,其安全地线、防雷地线、工作地线等须分别就近与总接地汇集线连接。
(3)走线架不得布置成环型,已构成闭合回路的可加装绝缘,并用30㎜×3㎜紫铜排与接地汇集线栓接。
(4)室内同一排的金属机架、柜之间用30㎜×3㎜紫铜排就近与总接地汇集线连接。
(5)机房分布在多层楼时,各楼层可设置总接地汇集线,总接地汇集线间加线鼻栓连接。
4. 微机房的屏蔽建设
为同时抗御直击雷和降低雷电电磁干扰,信号机房的建筑物应采用法拉第笼进行电磁屏蔽。法拉第笼由屋顶避雷带网、避雷带和引下线、机房屏蔽和接地系统构成。安装电子设备的机房屏蔽层应选用铁板或铝板等电磁屏蔽材料。对机房门窗屏蔽应采用截面积不小于3mm2、网孔小于80㎜×80㎜的铝合金网,并用不小于16 mm2的软铜线与地网或屏蔽层连接。微机机房屏蔽示意图如图3:
图3 微机机房屏蔽示意图
3.2 防雷保安器的要求与设置
1.加装防雷保安器的要求
(1)按照分区、分级、分设备防护和纵向、横向或纵横向防护的需求选用防雷保安器。当防雷保安器处于劣化或损坏状态时,须立即自动脱离电路且不得影响设备正常工作。
(2)防雷保安器并联应用时不得短路,串联应用时不得开路;防雷保安器对地有连接的,除放电状态,其他时间不得构成导通状态,否则必须辅以接地检测报警装置;并联应用的防雷保安器应能实现热插拔,信号传输线的防雷保安器应实现即插即用。
(3)电源电路的防雷保安器应单独设置,须具有阻断续流的性能,要安装在分线盘处、电源防雷箱内。
(4)按照分区的原则,信号传输线的防雷保安器应集中设置在分线盘处。
2.电源防雷保安器的设置
(1)第I级设在户外交流电源馈线引入处(配电盘)(电力部门未做雷电保护时,第I级应设在电力开关箱后);第II级设在电源屏电源引入侧;第III级设在微电子设备(计算机终端电源稳压器或UPS电源前)。
(2)第I级电源防雷箱应有故障声光报警、雷电计数和状态显示(三相电源每一相线均应有状态显示)等功能。
(3)电源防雷采用信号电源防雷箱方式,设置地点要注意防火。
(4)信号设备机房的电源采用TN-S系统。三相电源供电的机房,采用L(相线)-L、L-PE(保护底线)和N(中性线)-PE全模防护的并联三相电源防雷箱;单相电源供电的机房,采用L-N、L-PE和N-PE的单相电源防雷箱。
(5)室外架空线路应在架空线两端引入处设置防雷保安器。架空线供电的交流电源防雷保安器,冲击通流容量不小于20KA,限制电压不大于700V,在中雷区以上的地区,限制电压不大于1000V。
3.3信号传输线的防雷设置
信号机械室内的分线盘处于防雷分区的分界点,所有室内与室外的联系电缆都经分线盘进入室内设备,雷电过电压和过电流波极易从电缆侵入室内信号系统设备。因此做好这个分界点的防护措施就需要安装信号防雷分线柜。信号防雷分线柜既有传统分线盘的“分线”功能,又有防雷柜的功能。它对所有经其进入机械室内的信号机外线、轨道电路外线、断丝报警线、闭塞外线具有防护功能,并且分线柜背面安装有金属屏蔽线槽,能把室外进来的电缆与经防雷设施后进入室内信号设备的电缆分开和屏蔽。
4 结束语
综上所述,计算机联锁站信号设备的防雷是一个系统工程,在工程设计中,按照分区、分级、分设备原则,综合运用“屏蔽、等电位设置、合理布线、分区分级设置防雷保安器、良好接地”等新技术措施和方法,选择符合标准的防雷元件层层防护,消除电位差,进而形成计算机联锁站信号设备综合雷电防护系统。
参考文献:
[1] 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件【S】.TB/T3074-2003
[2] 建筑物防雷设计规范【S】.GB 50057-94
[3] 电子计算机机房设计规范【S】.GB 50174-93
[4] 中国铁道部技术标准——信号维护规则【S】.铁运[2000]14号
[5] 建筑物防雷【S】.IEC61024
[6] 铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见【S】.铁运[2006]26号
锌指蛋白技术的成功应用
通过遗传工程来使作物增产和抗病虫害的范围,一直受限于缺乏一种高效方法来进行定向基因修饰。锌指蛋白技术有望填补这一空白。该技术依靠用设计出的锌指核酸酶(人工嵌合蛋白,能够利用细胞DNA修复器的天然识别机制)来使特定序列的双链DNA在一个目标位点上断裂。在本期Nature上,两个小组报告了这一新兴技术的成功应用。Shukla等人对玉米基因IPK1进行修饰,从而将对除草剂的抵抗力和改变了的植酸盐代谢引入了这一重要作物中。Townsend等人以烟草植物中的SuR位点为目标,使它们对咪唑啉酮和磺脲除草剂具有了抵抗力。该方法达到了高频率的基因定向,应当适用于对内源植物基因进行例行的修饰。
[关键字] 微机联锁站信号设备综合防雷
[Abstract] In recent years, railway signal equipment failures caused by lightning increased obviously, which is a direct threat to the safety and production of the railway. A series of engineering design principles, methods and measures of integrated lightning protection systems for signal equipment of computer interlocking station is proposed to solve the problem.
[Keywords] Computer interlocking stationSignal equipmentIntegrated lightning protection
随着铁路跨越式的发展,铁道信号领域开始大量采用电子和微电子设备以及计算机设备。由于精密电子设备抗过电压、过电流及电磁脉冲的能力极低,毫无防护的系统一旦遭受雷击,设备将会遭受重创。
1 微机联锁站信号设备雷电防护的分析
信号设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、操作过电压三种。结合信号设备的分布特点及雷电攻击的类型,铁道信号雷电防护具有以下特点:
1.信号楼是信号设备集中的处所,其避雷针要满足对整座信号楼的保护。
2.钢轨是接收雷电的良好导体,与之连接的转辙机、信号机、电缆线路、轨道电路箱等会受到雷击的严重威胁。
3.信号楼微机联锁机房的户外线缆遭受直击雷后,线路中的大电流串入机房内部,会造成联锁设备的损坏。
4.由于机房存在多类接地系统,其接地电阻不均衡,在雷击发生时,雷电流引起地电位差,造成“地电位反击”,使设备损坏。
5.操作过电压引起的危害。
从以上分析中可以得出:为了提高信号设备运行可靠度,整个站场的雷电防护系统一定要充分运用屏蔽、等电位设置、合理布线、分区分级设置防雷保安器、良好接地等技术。
2 微机联锁站信号设备综合防雷系统
1.信号楼外部防雷:信号楼顶设避雷网及避雷带防护,信号楼外部引下线防护及综合地网防护。
2.信号楼内部防雷:微机机房屏蔽,电源屏室、微机机房、信号机械室和运转室等等电位连接,电源系统及各种信号设备安装防雷保安器(SPD,集中设置在分线盘或分线柜处),合理综合布线。
3.共用接地系统防护:信号楼外、内部防雷措施采用共用接地系统。
3 微机联锁站信号设备防护的具体措施
3.1 微机联锁信号楼防雷系统设置
1.信号楼天面的女儿墙上用Φ12的热镀锌圆钢敷设一圈避雷带,并做避雷带的支撑,其间隔1m,避雷带高出女儿墙150㎜,并在天面的四个角处安装约200㎜高的小避雷针以作辅助保护。
在信号楼天面上用40㎜×4㎜的热镀锌扁钢交叉焊接做成2m×2m的避雷网络,且每隔2m与避雷带焊接连通。
天面防直击雷的引下线采用40㎜×4㎜的热镀锌扁铁,分别从信号楼的四个转角处接至综合地网,引下线的上端与避雷带焊接连通。信号楼整体防护示意图如图1:
图1 信号楼整体防护示意图
2. 接地是综合防雷中的重要组成部分,信号设备应设安全地线、屏蔽地线和防雷地线。
根据实际情况,应在距信号楼外墙1m外的地方做环形地网,阻值要求小于1Ω,埋深不小于700㎜。环形地网与建筑物的基础钢筋进行焊接,每个焊点间距5-10m。机房各接地汇集排的接地引下线和信号楼的避雷带的引下线要与环形地网的任意连接点的间距大于5m。汇集线与环形地网用50㎜的多股铜芯线连接,在环形地网与铜线的连接点加装铜铁转化过渡头,在铜铁转换头加装封闭线箱保护,封闭保护箱要安装在距地面300㎜高处。如果铁通铁塔与信号楼的距离不超过5m,必须要与环形地网进行连接。接地及等电位连接示意图如图2:
图2 接地及等电位连接示意图
3.接地汇集线的设立和等电位连接
(1)机房总接地汇集线采用30㎜×3㎜紫铜排,沿控制台室、信号机械室、计算机房和电源室设置,相互连接后与环形接地装置单点冗余连接。接地汇集线及其间的连接导体、接地汇集线与地网的连接线必须与墙体绝缘。
(2)室内的走线架、组合架、电源屏、控制台、机架、机柜等所有设备必须与墙体绝缘,其安全地线、防雷地线、工作地线等须分别就近与总接地汇集线连接。
(3)走线架不得布置成环型,已构成闭合回路的可加装绝缘,并用30㎜×3㎜紫铜排与接地汇集线栓接。
(4)室内同一排的金属机架、柜之间用30㎜×3㎜紫铜排就近与总接地汇集线连接。
(5)机房分布在多层楼时,各楼层可设置总接地汇集线,总接地汇集线间加线鼻栓连接。
4. 微机房的屏蔽建设
为同时抗御直击雷和降低雷电电磁干扰,信号机房的建筑物应采用法拉第笼进行电磁屏蔽。法拉第笼由屋顶避雷带网、避雷带和引下线、机房屏蔽和接地系统构成。安装电子设备的机房屏蔽层应选用铁板或铝板等电磁屏蔽材料。对机房门窗屏蔽应采用截面积不小于3mm2、网孔小于80㎜×80㎜的铝合金网,并用不小于16 mm2的软铜线与地网或屏蔽层连接。微机机房屏蔽示意图如图3:
图3 微机机房屏蔽示意图
3.2 防雷保安器的要求与设置
1.加装防雷保安器的要求
(1)按照分区、分级、分设备防护和纵向、横向或纵横向防护的需求选用防雷保安器。当防雷保安器处于劣化或损坏状态时,须立即自动脱离电路且不得影响设备正常工作。
(2)防雷保安器并联应用时不得短路,串联应用时不得开路;防雷保安器对地有连接的,除放电状态,其他时间不得构成导通状态,否则必须辅以接地检测报警装置;并联应用的防雷保安器应能实现热插拔,信号传输线的防雷保安器应实现即插即用。
(3)电源电路的防雷保安器应单独设置,须具有阻断续流的性能,要安装在分线盘处、电源防雷箱内。
(4)按照分区的原则,信号传输线的防雷保安器应集中设置在分线盘处。
2.电源防雷保安器的设置
(1)第I级设在户外交流电源馈线引入处(配电盘)(电力部门未做雷电保护时,第I级应设在电力开关箱后);第II级设在电源屏电源引入侧;第III级设在微电子设备(计算机终端电源稳压器或UPS电源前)。
(2)第I级电源防雷箱应有故障声光报警、雷电计数和状态显示(三相电源每一相线均应有状态显示)等功能。
(3)电源防雷采用信号电源防雷箱方式,设置地点要注意防火。
(4)信号设备机房的电源采用TN-S系统。三相电源供电的机房,采用L(相线)-L、L-PE(保护底线)和N(中性线)-PE全模防护的并联三相电源防雷箱;单相电源供电的机房,采用L-N、L-PE和N-PE的单相电源防雷箱。
(5)室外架空线路应在架空线两端引入处设置防雷保安器。架空线供电的交流电源防雷保安器,冲击通流容量不小于20KA,限制电压不大于700V,在中雷区以上的地区,限制电压不大于1000V。
3.3信号传输线的防雷设置
信号机械室内的分线盘处于防雷分区的分界点,所有室内与室外的联系电缆都经分线盘进入室内设备,雷电过电压和过电流波极易从电缆侵入室内信号系统设备。因此做好这个分界点的防护措施就需要安装信号防雷分线柜。信号防雷分线柜既有传统分线盘的“分线”功能,又有防雷柜的功能。它对所有经其进入机械室内的信号机外线、轨道电路外线、断丝报警线、闭塞外线具有防护功能,并且分线柜背面安装有金属屏蔽线槽,能把室外进来的电缆与经防雷设施后进入室内信号设备的电缆分开和屏蔽。
4 结束语
综上所述,计算机联锁站信号设备的防雷是一个系统工程,在工程设计中,按照分区、分级、分设备原则,综合运用“屏蔽、等电位设置、合理布线、分区分级设置防雷保安器、良好接地”等新技术措施和方法,选择符合标准的防雷元件层层防护,消除电位差,进而形成计算机联锁站信号设备综合雷电防护系统。
参考文献:
[1] 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件【S】.TB/T3074-2003
[2] 建筑物防雷设计规范【S】.GB 50057-94
[3] 电子计算机机房设计规范【S】.GB 50174-93
[4] 中国铁道部技术标准——信号维护规则【S】.铁运[2000]14号
[5] 建筑物防雷【S】.IEC61024
[6] 铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见【S】.铁运[2006]26号
锌指蛋白技术的成功应用
通过遗传工程来使作物增产和抗病虫害的范围,一直受限于缺乏一种高效方法来进行定向基因修饰。锌指蛋白技术有望填补这一空白。该技术依靠用设计出的锌指核酸酶(人工嵌合蛋白,能够利用细胞DNA修复器的天然识别机制)来使特定序列的双链DNA在一个目标位点上断裂。在本期Nature上,两个小组报告了这一新兴技术的成功应用。Shukla等人对玉米基因IPK1进行修饰,从而将对除草剂的抵抗力和改变了的植酸盐代谢引入了这一重要作物中。Townsend等人以烟草植物中的SuR位点为目标,使它们对咪唑啉酮和磺脲除草剂具有了抵抗力。该方法达到了高频率的基因定向,应当适用于对内源植物基因进行例行的修饰。