城市地鐵雷電防護關(guān)鍵技術(shù)研究

　　摘要：近年來，隨著地鐵交通設(shè)施的快速發(fā)展以及城市地鐵交通設(shè)施的日益增多，雷電災(zāi)害危害程度和造成的經(jīng)濟損失和社會影響也越來越大。城市地鐵交通系統(tǒng)具有設(shè)備分布范圍廣、電子信息類儀器眾多、系統(tǒng)自動化程度高等特點，導(dǎo)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(jīng)濟損失，所以加強對地鐵系統(tǒng)的雷電防護工作更是迫在眉睫�；�于此，本文主要對城市地鐵雷電防護關(guān)鍵技術(shù)進行分析探討。

　　關(guān)鍵詞：城市地鐵;雷電防護;關(guān)鍵技術(shù)

　　1、前言

　　地鐵系統(tǒng)是投資巨大、人員密集的公共場所，其內(nèi)部的通信、信號、綜合監(jiān)控、FAS、AFC等電子信息類設(shè)備系統(tǒng)眾多且構(gòu)成復(fù)雜，這些系統(tǒng)是維持地鐵正常運行的中樞神經(jīng)，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(jīng)濟損失。地鐵系統(tǒng)的防雷設(shè)計、施工和檢測長期以來沒有明確的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可循，只能根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范和檢測經(jīng)驗加以設(shè)計。

　　2、城市地鐵雷電防護關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1接閃

　　地鐵系統(tǒng)地面建(構(gòu))筑物(運營控制中心、車輛段、變電所、高架車站以及附屬設(shè)施等)應(yīng)劃為第二類防雷建筑物并按GB50057-2010中的要求設(shè)置防雷裝置。當(dāng)?shù)叵萝囌境鋈肟谔幬丛O(shè)置站棚時，可不再專設(shè)防雷裝置對出入口區(qū)域進行保護;當(dāng)其設(shè)置有金屬站棚時可直接利用其自身金屬結(jié)構(gòu)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(dāng)高架車站采用金屬屋面板時，屋面板厚度應(yīng)大于0.5mm，屋面板之間以及屋面板與車站主體鋼構(gòu)應(yīng)保證良好的電氣連接。當(dāng)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(wǎng)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(gòu)具有良好的電氣連通性。

　　地鐵露天接觸網(wǎng)應(yīng)采用架空地線作為接閃器，架空地線的覆蓋范圍應(yīng)根據(jù)露天接觸網(wǎng)的位置以及當(dāng)?shù)乩纂娀顒忧闆r而定，一般應(yīng)至少考慮在地下線路與地面線路的過渡區(qū)域以及地鐵線路主變電所附近區(qū)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(wǎng)支柱鋼筋入地，支柱的接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

　　2.2接地

　　接地網(wǎng)接地電阻大小的設(shè)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(jù)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(wǎng)接地電阻值的要求嚴(yán)格于最大允許接觸電壓與最大允許跨步電壓對接地網(wǎng)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(tǒng)防雷措施的重要組成部分，總體上可分為3種形態(tài)：地鐵等電位連接總網(wǎng)絡(luò)、地鐵局部等電位連接網(wǎng)絡(luò)以及地鐵特殊等電位

　　連接網(wǎng)絡(luò)。

　　首先是地鐵等電位連接總網(wǎng)絡(luò)。地鐵車站應(yīng)分別設(shè)置獨立的接地網(wǎng)，并將接地網(wǎng)通過車站的預(yù)埋鋼板與車站結(jié)構(gòu)鋼筋相連;從各車站獨立接地網(wǎng)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(wǎng)的等電位連接總端子;將各車站的綜合接地網(wǎng)等電位連接總端子通過電纜鎧裝層、電纜支架及隧道結(jié)構(gòu)鋼筋等相互連接以實現(xiàn)整個地鐵系統(tǒng)總的等電位連接。

　　其次是地鐵局部等電位連接網(wǎng)絡(luò)。地鐵系統(tǒng)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(dǎo)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(shè)備的接地產(chǎn)生干擾。

　　為了消除這種接地干擾，地鐵系統(tǒng)內(nèi)電子信息機房的弱電設(shè)備機柜以及其他不帶電金屬部件應(yīng)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(yīng)通過接地干線統(tǒng)一連接至車站地網(wǎng)弱電引出線等電位連接總端子WCE;另外，系統(tǒng)內(nèi)的大型機電設(shè)備，如動力配電柜、風(fēng)機、空調(diào)設(shè)備等在做好保護接地后應(yīng)統(tǒng)一連接至車站地網(wǎng)強電引出線等電位連接總端子PCE，系統(tǒng)內(nèi)其他金屬管線等應(yīng)統(tǒng)一連接至車站地網(wǎng)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(xiàn)地鐵的局部等電位連接。

　　最后是地鐵特殊等電位連接網(wǎng)絡(luò)。屏蔽門系統(tǒng)是地鐵機電設(shè)備的重要組成部分，由于地鐵走行軌絕緣鋪設(shè)且?guī)в幸欢�電壓，為保證乘客的人身安全，屏蔽門主體部分應(yīng)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(jié)構(gòu)和地下金屬管網(wǎng)，屏蔽門應(yīng)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(tǒng)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(fā)時通過走行軌與整個地鐵系統(tǒng)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(jié)構(gòu)引下線導(dǎo)致車站內(nèi)部產(chǎn)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(tǒng)的地面建筑物(包括地面車站)遭受直擊雷時產(chǎn)生電磁干擾情況。地鐵系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)格柵形大空間屏蔽效能，在發(fā)生雷擊時可有效降低內(nèi)部空間的磁場強度。

　　當(dāng)磁場強度經(jīng)建筑物自然衰減后，建筑物內(nèi)部的磁場強度不能滿足低于800A/m的要求時，機房應(yīng)設(shè)置不大于2.85m×2.85m的銅或鋁的屏蔽網(wǎng)格，并且機房內(nèi)設(shè)備距離屏蔽網(wǎng)格的安全距離應(yīng)不小于2.7m。電子信息系統(tǒng)線纜宜敷設(shè)在金屬線槽或金屬管道內(nèi)。電子信息系統(tǒng)線路宜靠近等電位連接網(wǎng)絡(luò)的金屬部件敷設(shè)，不宜貼近雷電防護區(qū)的屏蔽層;布置電子信息系統(tǒng)信號線纜的線路走向時，應(yīng)盡量減小由線纜自身形成的感應(yīng)環(huán)面積。

　　2.5電涌保護

　　根據(jù)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(yīng)位置均應(yīng)設(shè)置有電涌保護器SPD。地鐵車站內(nèi)SPD保護級別為：第1級，標(biāo)稱放電電流不小于60kA;第2級，標(biāo)稱放電電流不小于20kA;第3級，標(biāo)稱放電電流不小于5kA。地鐵系統(tǒng)露天的接觸網(wǎng)應(yīng)安裝氧化鋅電涌保護器，標(biāo)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(chuàng)刊于1980年，由中鐵電氣化局集團有限公司;中國鐵道學(xué)會電氣化委員會主辦。本刊主要報道和傳播國內(nèi)外電氣化鐵道應(yīng)用技術(shù)信息，兼顧學(xué)術(shù)討論和知識普及，以交流和傳播我國電氣化鐵路建設(shè)和發(fā)展所涉及到的學(xué)術(shù)理論為依托，在從事電氣化鐵路建設(shè)、城市軌道交通的科研、設(shè)計、施工、運營的工程技術(shù)人員中營造學(xué)術(shù)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(shè)。

　　3、結(jié)語

　　本文總結(jié)凝煉了地鐵防雷的關(guān)鍵技術(shù)，并得出了以下結(jié)論：

　　(1)根據(jù)閃電監(jiān)測資料以及中國氣象局發(fā)布的各地區(qū)平均雷暴日數(shù)統(tǒng)計資料，通過理論計算確定了地鐵系統(tǒng)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(guān)鍵因素推導(dǎo)出了地鐵系統(tǒng)接地網(wǎng)接地電阻的理論取值范圍，根據(jù)地鐵系統(tǒng)各接地網(wǎng)可能流入的入地短路電流值，其接地電阻值至少應(yīng)小于1Ω，主變電所、車輛段、運營控制中心處的接地網(wǎng)還應(yīng)小于0.5Ω;

　　(3)地鐵系統(tǒng)應(yīng)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(shè)置綜合防雷措施，把地鐵雷災(zāi)隱患降至最低。

　　在地鐵系統(tǒng)防雷技術(shù)服務(wù)工作中，相關(guān)專業(yè)人員應(yīng)繼續(xù)針對地鐵系統(tǒng)的特點，不斷加強地鐵系統(tǒng)防雷的基礎(chǔ)研究，并將研究成果應(yīng)用于實踐中，利用實測數(shù)據(jù)校驗研究成果，確保地鐵系統(tǒng)防雷裝置設(shè)置的合理性，為以后形成專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作打下良好的基礎(chǔ)。

　　參考文獻

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　　[2]巫俊威，卜俊偉，潘波，魏強.地鐵屏蔽門系統(tǒng)的防雷與絕緣關(guān)聯(lián)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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