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铁路是我国物质流通的大动脉,为国家经济发展做出了巨大贡献。铁路信号系统是铁路安全运输的"神经中枢",而雷电则是影响铁路信号设备正常工作的最主要因素之一。安装防雷模块(SurgeProtectionDevice,SPD)是铁路信号线路主要的防雷措施,近年来因雷击而导致的列车事故频频发生,说明了既有SPD仍存在电路设计不合理、可靠性低等不足。本文通过理论分析、仿真及测试厘清SPD中各器件的性能及作用,深入研究SPD电路工作机理及设计指导原则,并对既有的两级SPD电路提出改善意见。本文的主要研究内容如下:首先从频域的角度对骚扰源雷电流及雷电波能量分布展开研究,并对铁路信号常用防雷元件压敏电阻(Metal Oxide Varistor,MOV)和气体放电管(Gas Discharge Tube,GDT)的特性,以及防雷布局及原理进行基础性研究,为后续的理论分析做准备。同时,为了对SPD电路仿真的结果进行相应的测试,本文自制了基于虚拟仪器的浪涌自动测试系统。该系统能够生成GB/T 17626.5-2008《电磁兼容试验和测量技术-浪涌(冲击)抗扰度试验》中规定的1.2/50μu和10/700μu的两种标准电压脉冲波形,并具有良好的人机交互界面,能够完成自动测量、数据存储等功能,有效地提高了测试效率。接着,对两级SPD防护电路进行理论分析,利用PSCAD/EMTDC仿真软件和自制的浪涌测试系统对不同的SPD组合电路进行仿真与测试。基于理论分析、仿真及测试验证结果,给出了铁路信号SPD电路设计的指导原则。本文主要研究成果如下:1、两级SPD防护电路的初级防护宜采用单个GDT并联方式,多个GDT并联会导致其击穿电压升高;2、两级SPD防护电路的次级防护采用多个MOV并联设计可以增大SPD的通流量、降低残压,提高防护的可靠性;3、两级SPD电路之间串联的退耦元件可以选取电感和电阻,电感起到延时和分压作用,电阻起到分压作用,通过暂态电路分析可以定量的得到电感的延时时间。电感退耦时适合用于低速通信场合的防护,电阻退耦时可以用于高速通信场合的防护。4、基于以上研究成果,对既有的两级SPD电路进行改进,提高了 SPD的防护性能。上述研究成果所形成的SPD设计指导原则对在实际应用中提高SPD整体的防护性能具有一定的参考价值。