铁路通信设备雷电防护试验方法比选

　　摘要：针对目前开展铁路通信设备雷电防护试验采用标准存在的问题，分析比较TB/T3498—2018《铁路通信信号设备雷击试验方法》与其他通信标准的差异，得出在开展雷电防护试验时，采用TB/T3498—2018，无论是试验等级划分、试验波形、试验时间，还是试验结果判定，都更符合铁路行业实际的结论。指出TB/T3498—2018没有明确规定通信设备同轴馈线端口雷电防护要求，建议在修订TB/T3498—2018时，参考YD/T993—2016《电信终端设备防雷技术要求及试验方法》规定，加入同轴馈线端口雷电防护试验内容。

　　关键词：通信设备;防雷试验;试验方法;行业标准

　　1概述

　　铁路通信系统通过将有线和无线通信有机结合，实现语音、数据、图像、列车控制等多种功能。它和信号系统紧密结合，形成一个整体，是铁路运输生产的基础，是保证行车安全可靠、提高效率的重要设施。随着我国高速铁路的发展，由微电子元器件和高精密集成电路组成的铁路通信和信号设备广泛投入使用。在复杂电磁环境下，由于大规模集成电路的使用，遭受雷击浪涌的故障率逐步增加。

　　为了保障铁路通信设备的可靠运行，减少在雷电环境中的损坏，通过试验模拟通信设备正常工作状态下的雷击环境，检测通信和信号电子设备遭受雷击浪涌过电压的耐受能力，改进和提高设备雷电防护性能。铁路通信设备产品类型较多，但一直以来，通信设备雷电防护试验大多数都是针对机房基站开展，其他通信设备开展试验的还不多。2018年，TB/T3498—2018《铁路通信信号设备雷击试验方法》发布实施，规定了铁路通信和信号设备雷电防护试验方法。但是，由于TB/T3498—2018为新制定标准，自2018年7月1日实施。

　　此前制定的铁路通信设备产品标准或技术要求，在雷电防护试验上，引用的是既有铁道行业标准或通信行业标准。其中，有的被引用标准已经废止。以开展雷电防护试验较多的3类铁路通信产品，即基于光通信的站间安全信息传输设备(以下简称“信息传输设备”)、铁路通信机房环境监控系统设备(以下简称“环境监控设备”)、铁路通信电源系统设备(以下简称“通信电源”)为例，从采用标准、试验方法等方面，分析、对比雷电防护试验方法。

　　2采用标准

　　(1)2018年以前，信息传输设备主要依据TB/T3074—2003开展雷电防护试验。2017年，TB/T3074—2017《铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》代替TB/T3074—2003。TB/T3074—2017保留了TB/T3074—2003防雷设计施工部分，如信号机房、站场的雷电防护设计要求、防雷接地实施技术要求和信号设备防雷元器件选择，而将雷电防护水平测试技术要求和试验方法等内容经过扩展和细化，纳入了TB/T3498—2018。但是，目前很多铁路通信设备的产品标准或技术要求尚未更新，依然采用TB/T3074—2003开展雷电防护试验。

　　(2)环境监控设备依据YD/T993—2016开展雷电防护试验。YD/T993—2016是通信系统普遍采用的雷电防护试验方法标准，在试验方法和技术要求上，与TB/T3498—2018有较大差异。

　　(3)通信电源共有3种试验端口，分别是交流电源端口、直流电源端口和通信端口。交流电源端口、直流电源端口分别依据TB/T2993.2—2016和TB/T2993.6—2016开展试验。在TB/T2993.2—2016中，雷电防护要求又指向YD/T944—2007。通信端口依据YD/T944—2007开展试验，而YD944—2007规定的试验方法与TB/T3498—2018不同。

　　3试验方法

　　3.1试验等级划分

　　通信标准划分试验等级主要有2种方式：①根据地理环境划分。按当地雷暴日的多少划分成低风险、中风险、高风险型，如YD/T944—2007。②根据建筑物防雷设计分成Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，如YD/T993—2016。这种划分方法主要参考气象防雷和建筑物防雷工程标准，与TB/T3498—2018雷电防护试验等级划分不一致。TB/T3498—2018按照设备安装环境与各端口供电方式的不同划分试验等级。

　　以铁路电源设备为例，将电源设备试验等级分为4级：电源设备输入端口与机房第1级电源防雷设备馈线并联时，选择试验等级1;电源设备输入端口与机房第2级电源防雷设备馈线并联时，选择试验等级2;电源设备输出端口与有防雷设备机房输出馈线并联时，选择试验等级3;电源设备输入端口与机房第3级电源防雷设备馈线串联时，选择试验等级4。

　　通信电源交流端口按照TB/T3498—2018规定，应选择试验等级2，也就是交流端口为10kA。目前，通信电源交流端口依据YD/T944—2007，按照“雷暴日大于25天无专用变压器供电的机房，或年雷暴日大于40天有专用变压器供电的高山，或野外、空旷场地机房”确定试验等级为20kA，这也是最严酷的等级。

　　电子设备试验等级选择与外接连线方式关系很大。铁路产品连线方式与其他行业相比，具有不同特点。按照设备安装位置和连线方式选择试验等级，比按气象上的雷暴日选择试验等级，能更充分体现铁路设备真实的应用环境。另外，TB/T3498—2018规定，对于非电源类铁路通信设备，还要开展基础级测试，即无论试验等级选择哪一级，都要做统一的低电压电流测试，以此保证设备在遇到低电压电流时仍能正常运行。目前，铁路通信设备尚未开展这种基础级试验。

　　3.2试验波形

　　在信息传输设备雷电防护试验中，TB/T3074-2003采用的试验波形为4/300μs和10/700μs，都是单一的开路电压波。根据GB/Z21713—2008《低压交流电源(不高于1000V)中的浪涌特性》要求，典型雷击测试环境包括电压、电流和短路电流，只规定单一的开路电压而不规定短路电流是没有意义的。

　　因为各个雷击试验发生器内阻不同，只规定开路电压，受试设备可能会出现不同的试验结果。在TB/T3498—2018中，将电源端口波形由4/300μs单波，变为1.2/50μs-8/20μs组合波;通信端口波形由10/700μs单波，变为10/700μs-5/320μs组合波。在试验过程中，由于受试设备电阻会随电磁环境的不同而变化，因此组合波中的电压波和电流波可以随着电磁环境变化而转换，而单波不能。所以说用组合波可以更好地考核产品性能。

　　3.3试验时间

　　铁路通信设备雷电防护试验的试验时间目前有2种情况：①TB/T3074—2003和YD/T993—2016参考GB/T17626.5—2008《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》，每次试验间隔时间为1min;②TB/T3498—2018和YD/T944—2007参考GB/T3482—2008《电子设备雷击试验方法》，每次试验间隔时间为3min。电磁兼容试验浪涌是以大气辐射雷电电磁场干扰为主。

　　大气辐射雷电电磁场对机房内电子设备及线路产生感应干扰，而雷电防护试验主要以电子设备外线进入设备端口的雷电电磁脉冲传导干扰为主。雷电防护试验考验的是设备端口的耐受能力，试验严酷等级和能量等级都比电磁兼容试验高，试验间隔时间1min对于大电压电流试验来说，不利于设备防护器件的性能恢复，所以选择3min更适合雷电防护试验。

　　通信电源3种试验端口试验时间存在的问题主要有：①交流电源端口和直流电源端口为1min，通信端口为3min。同一设备3个端口的试验时间不统一。②依据TB/T2993.2—2016中第6.28条规定，交流电源端口“按YD/T944—2007中第6章规定方法进行，每次试验冲击间隔时间不应小于1min”，而YD/T944—2007规定的试验间隔时间却为3min。

　　2个标准的试验时间不统一。③在试验中发现，因为通信电源的防雷性能主要依靠配备的防雷模块，而TB/T2311—2017《铁路通信、信号、电力电子系统防雷设备》规定，防雷模块雷电电流冲击试验间隔为5min，以保证防雷模块不会因间隔时间不够产生过多的热累积效应，致使模块脱扣或损毁。如果试验间隔时间为1min，会影响雷电防护试验结果。

　　3.4结果判定

　　铁路通信设备雷电防护试验结果均在试验结束后判定设备状态，无法发现试验过程中设备可能存在的问题，如数据采集异常、显示器屏幕闪烁、电源保护断电、主备设备状态切换等。如果通信设备涉及安全等级比较高，过程中即使出现短暂工作状态异常，也会给行车安全带来隐患。TB/T3498—2018要求对试验过程和试验结束后功能状态均做出判定，能够更准确、更全面地考核设备试验情况。

　　铁道论文投稿刊物：《铁道技术监督》(月刊)创刊于1973年，由中华人民共和国铁道部主管、中国铁道科学研究院主办，国内外公开发行。本刊是围绕铁道技术监督，以指导性、实用性为主的综合性技术类期刊。

　　4结论

　　随着5G技术发展，铁路通信设备防雷需求会越来越多，要求也会越来越高，迫切需要采用统一的防雷试验方法标准。目前，有的标准对于铁路通信设备雷电防护试验，存在引用废止标准、使用单波而不是组合波、试验时间不统一、缺乏对试验过程判定等问题。而采用TB/T3498—2018开展雷电防护试验，无论是试验等级划分、试验波形、试验时间，还是试验结果判定，都更加合理、更加科学，也更加符合铁路行业实际。

　　TB/T3498—2018基本涵盖了铁路通信和信号设备各类端口雷电防护试验方法，唯一不足的是没有明确规定通信设备同轴馈线端口雷电防护要求，而YD/T993—2016中有详细规定，而且适用铁路通信设备。建议在修订TB/T3498—2018时，加入同轴馈线端口雷电防护试验内容，或者制定铁路通信设备专用防雷试验方法标准，为提高铁路通信设备雷电防护水平提供技术支持，为产品认证、质量抽查等工作的开展提供依据。

　　参考文献

　　[1]铁路通信信号设备雷击试验方法：TB/T3498—2018[S].

　　[2]铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件：TB/T3074—2003[S].

　　[3]有线电信终端设备防雷技术要求及试验方法：YD/T993—2016[S].

　　[4]通信电源设备的防雷技术要求和测试方法：YD/T944—2007[S].

　　[5]铁路通信电源第2部分：通信用高频开关电源系统：TB/T2993.2—2016[S].

　　[6]铁路通信电源第6部分：直流配电设备：TB/T2993.6—2016[S].

　　[7]李洋，李博，李鑫.解读TB/T3498—2018《铁路通信信号设备雷击试验方法》[J].铁道技术监督，2019，47(4)：5-8

　　作者：李博