城市地鐵雷電防護關鍵技術研究

　　摘要：近年來，隨著地鐵交通設施的快速發展以及城市地鐵交通設施的日益增多，雷電災害危害程度和造成的經濟損失和社會影響也越來越大。城市地鐵交通系統具有設備分布范圍廣、電子信息類儀器眾多、系統自動化程度高等特點，導致其一旦受雷擊影響，將危及地鐵的正常運輸秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經濟損失，所以加強對地鐵系統的雷電防護工作更是迫在眉睫。基于此，本文主要對城市地鐵雷電防護關鍵技術進行分析探討。

　　關鍵詞：城市地鐵;雷電防護;關鍵技術

　　1、前言

　　地鐵系統是投資巨大、人員密集的公共場所，其內部的通信、信號、綜合監控、FAS、AFC等電子信息類設備系統眾多且構成復雜，這些系統是維持地鐵正常運行的中樞神經，一旦遭受雷擊將危及地鐵的正常運營秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經濟損失。地鐵系統的防雷設計、施工和檢測長期以來沒有明確的專業標準可循，只能根據相關設計規范和檢測經驗加以設計。

　　2、城市地鐵雷電防護關鍵技術

　　2.1接閃

　　地鐵系統地面建(構)筑物(運營控制中心、車輛段、變電所、高架車站以及附屬設施等)應劃為第二類防雷建筑物并按GB50057-2010中的要求設置防雷裝置。當地下車站出入口處未設置站棚時，可不再專設防雷裝置對出入口區域進行保護;當其設置有金屬站棚時可直接利用其自身金屬結構作為接閃器。

　　地鐵高架車站主要有兩種類型：一是車站屋面全部采用金屬材料;二是車站屋面采用金屬材料與大面積玻璃的組合。當高架車站采用金屬屋面板時，屋面板厚度應大于0.5mm，屋面板之間以及屋面板與車站主體鋼構應保證良好的電氣連接。當高架車站采用金屬材料與大面積玻璃的組合時，考慮到車站的美觀以及減少維護，可直接利用玻璃框架的金屬邊框作為接閃網格，此時需保證玻璃邊框的厚度大于0.5mm并且與車站主體鋼構具有良好的電氣連通性。

　　地鐵露天接觸網應采用架空地線作為接閃器，架空地線的覆蓋范圍應根據露天接觸網的位置以及當地雷電活動情況而定，一般應至少考慮在地下線路與地面線路的過渡區域以及地鐵線路主變電所附近區域安裝架空地線。架空接閃線一般采用柱頂安裝的方式，架空接閃線距平腕臂的垂直距離一般為2m，保護角范圍控制在20°～30°之間，架空接閃線支架與接地引下線相連并通過接觸網支柱鋼筋入地，支柱的接地電阻不應大于10Ω。

　　2.2接地

　　接地網接地電阻大小的設計直接受到入地短路電流、最大允許接觸電壓和最大允許跨步電壓的影響。根據接地電阻允許值曲線圖分析，在相同的土壤電阻率情況下入地短路電流對接地網接地電阻值的要求嚴格于最大允許接觸電壓與最大允許跨步電壓對接地網接地電阻值得要求，因此接地電阻只要滿足入地短路電流的要求就一定能滿足跨步電壓與接觸電壓的要求。

　　2.3等電位連接

　　等電位連接是地鐵系統防雷措施的重要組成部分，總體上可分為3種形態：地鐵等電位連接總網絡、地鐵局部等電位連接網絡以及地鐵特殊等電位

　　連接網絡。

　　首先是地鐵等電位連接總網絡。地鐵車站應分別設置獨立的接地網，并將接地網通過車站的預埋鋼板與車站結構鋼筋相連;從各車站獨立接地網中引出4組接地引出線，分別作為強電、弱電、金屬管線以及綜合接地網的等電位連接總端子;將各車站的綜合接地網等電位連接總端子通過電纜鎧裝層、電纜支架及隧道結構鋼筋等相互連接以實現整個地鐵系統總的等電位連接。

　　其次是地鐵局部等電位連接網絡。地鐵系統的供電方式采用TN-S，PE線、N線沒有真正意義上的分開，由于3相用電存在不平衡可能性，N線中會有電流流過，這會導致入地點與真正的大地之間存在一個電位差，而這個電位差會對機房設備的接地產生干擾。

　　為了消除這種接地干擾，地鐵系統內電子信息機房的弱電設備機柜以及其他不帶電金屬部件應采用S型等電位連接方式與機房局部等電位連接端子板相連，各機房的局部等電位連接端子板應通過接地干線統一連接至車站地網弱電引出線等電位連接總端子WCE;另外，系統內的大型機電設備，如動力配電柜、風機、空調設備等在做好保護接地后應統一連接至車站地網強電引出線等電位連接總端子PCE，系統內其他金屬管線等應統一連接至車站地網金屬管線引出線等電位連接總端子PSCE，通過上述方式以實現地鐵的局部等電位連接。

　　最后是地鐵特殊等電位連接網絡。屏蔽門系統是地鐵機電設備的重要組成部分，由于地鐵走行軌絕緣鋪設且帶有一定電壓，為保證乘客的人身安全，屏蔽門主體部分應與走行軌作等電位連接并通過軌電位限制器連接至變電所接地母排;為防止雜散電流侵蝕車站主體結構和地下金屬管網，屏蔽門應采取絕緣安裝，并將屏蔽門的單元門體之間進行等電位連接，并保證其過渡電阻不大于0.4Ω。所以屏蔽門系統的等電位連接包含兩部分，一部分是屏蔽門門體自身的等電位連接，一部分是屏蔽門在軌電位限制器觸發時通過走行軌與整個地鐵系統進行等電位連接。

　　2.4屏蔽及綜合布線

　　地鐵車站深埋于地下，車站主體遭受直擊雷后雷電流通過車站結構引下線導致車站內部產生電磁干擾的情況可以忽略不計，所以這里只考慮地鐵系統的地面建筑物(包括地面車站)遭受直擊雷時產生電磁干擾情況。地鐵系統地面建筑物(包括地面車站)可利用其外部防雷裝置和建筑物本身鋼筋網絡格柵形大空間屏蔽效能，在發生雷擊時可有效降低內部空間的磁場強度。

　　當磁場強度經建筑物自然衰減后，建筑物內部的磁場強度不能滿足低于800A/m的要求時，機房應設置不大于2.85m×2.85m的銅或鋁的屏蔽網格，并且機房內設備距離屏蔽網格的安全距離應不小于2.7m。電子信息系統線纜宜敷設在金屬線槽或金屬管道內。電子信息系統線路宜靠近等電位連接網絡的金屬部件敷設，不宜貼近雷電防護區的屏蔽層;布置電子信息系統信號線纜的線路走向時，應盡量減小由線纜自身形成的感應環面積。

　　2.5電涌保護

　　根據車站的不同類型，為防止雷電對牽引電源、動照電源、各類信號、通信線路的電涌影響，在其相應位置均應設置有電涌保護器SPD。地鐵車站內SPD保護級別為：第1級，標稱放電電流不小于60kA;第2級，標稱放電電流不小于20kA;第3級，標稱放電電流不小于5kA。地鐵系統露天的接觸網應安裝氧化鋅電涌保護器，標稱放電電流1.5kA/10kA。

　　電氣論文投稿刊物：《電氣化鐵道》(雙月刊)創刊于1980年，由中鐵電氣化局集團有限公司;中國鐵道學會電氣化委員會主辦。本刊主要報道和傳播國內外電氣化鐵道應用技術信息，兼顧學術討論和知識普及，以交流和傳播我國電氣化鐵路建設和發展所涉及到的學術理論為依托，在從事電氣化鐵路建設、城市軌道交通的科研、設計、施工、運營的工程技術人員中營造學術討論、信息交流的氛圍，促進我國電氣化鐵道和城市軌道交通的建設。

　　3、結語

　　本文總結凝煉了地鐵防雷的關鍵技術，并得出了以下結論：

　　(1)根據閃電監測資料以及中國氣象局發布的各地區平均雷暴日數統計資料，通過理論計算確定了地鐵系統的防雷保護等級為第2級;

　　(2)通過分析影響接地電阻值的關鍵因素推導出了地鐵系統接地網接地電阻的理論取值范圍，根據地鐵系統各接地網可能流入的入地短路電流值，其接地電阻值至少應小于1Ω，主變電所、車輛段、運營控制中心處的接地網還應小于0.5Ω;

　　(3)地鐵系統應從接閃、接地、等電位連接、屏蔽和綜合布線以及電涌保護方面設置綜合防雷措施，把地鐵雷災隱患降至最低。

　　在地鐵系統防雷技術服務工作中，相關專業人員應繼續針對地鐵系統的特點，不斷加強地鐵系統防雷的基礎研究，并將研究成果應用于實踐中，利用實測數據校驗研究成果，確保地鐵系統防雷裝置設置的合理性，為以后形成專業技術標準工作打下良好的基礎。

　　參考文獻

　　[1]艾東兵.城市軌道接觸網系統防雷措施淺析[J].電氣化鐵道，2013(2)：40-43

　　[2]巫俊威，卜俊偉，潘波，魏強.地鐵屏蔽門系統的防雷與絕緣關聯性研究[J].高原山地氣象研究,2013(2):19-22

　　作者：胡雙偉 向 明

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