铁路是重要的基础设施,在我国综合交通运输体系中占据骨干地位,铁路信号系统则保障着列车在铁路上的安全运行。高速、重载和电气化是当代铁路的发展趋势,为保障运输安全和工作效率,构建了以微电子、计算机和通信技术为核心的列车运行控制系统,这也使得铁路信号设备对雷电更加敏感。对于铁路信号设备的雷电防护已经有长期研究与实践,但近些年来由于雷击而导致的列车事故仍然频频发生。安装浪涌保护器(Surge Protection Device,SPD)作为铁路信号系统的一个重要防雷手段,但在器件模型动态过程分析以及现场使用配置等方面研究还存在不足。本文围绕气体放电管(Gas Discharge Tube,GDT)和金属氧化物压敏电阻(Metal Oxide Varistor,MOV)这2种在铁路信号系统中常用的浪涌保护器,通过建立的仿真模型对浪涌保护器组合使用的动态响应过程进行分析,同时对其使用提出优化建议。主要研究内容如下:(1)通过双指数函数模型、Heidler函数模型和脉冲函数模型三种雷电流的函数模型,分析了雷电流的电流和能量特性。在此基础上,依据GB/T 17626.5-2019《电磁兼容试验和测量技术一浪涌(冲击)抗扰度试验》中规定的要求,搭建1.2/50-8/20μs组合波发生器和10/700-5/320μs组合波发生器的模型并对其波形进行分析验证;制作浪涌发生器实物,测试并验证其生成的波形符合要求。(2)完成浪涌保护器特别是气体放电管的仿真建模。对气体放电管和压敏电阻响应的动态过程进行了分析,利用组合波发生器模型进行测试和分析。设计并制作防雷实验板,可实现浪涌保护器实物的浪涌冲击试验,进一步验证所搭建仿真模型的合理性。(3)利用组合波发生器和浪涌保护器模型进行动态分析。分析组合电路对于浪涌信号的防护效果,同时分析在组合电路中浪涌保护器的动态响应过程,根据仿真结果得出,串联防护从防护效果上来说无明显提高,使用并联防护时效果较好;使用电感作为并联防护的去耦元件可以更好地保护压敏电阻,避免其劣化。对于浪涌保护器在铁路现场的使用情况进行分析、仿真,对浪涌保护器在现场使用提出优化建议,在室外宜选择导通电压远大于系统工作电压的浪涌保护器,而室内则略大于系统工作电压即可;建议优先使用并联防护;“第三轨”效应在实际现场出现概率很低,可以将浪涌保护器用于纵向防护。