城市地鐵雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

　　摘要：近年來(lái)，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(jì)損失和社會(huì)影響也越來(lái)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(lèi)儀器眾多、系統(tǒng)自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，導(dǎo)致其一旦受雷擊影響，將危及地鐵的正常運(yùn)輸秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以加強(qiáng)對(duì)地鐵系統(tǒng)的雷電防護(hù)工作更是迫在眉睫。基于此，本文主要對(duì)城市地鐵雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析探討。

　　關(guān)鍵詞：城市地鐵;雷電防護(hù);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(chǎng)所，其內(nèi)部的通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控、FAS、AFC等電子信息類(lèi)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(yùn)行的中樞神經(jīng)，一旦遭受雷擊將危及地鐵的正常運(yùn)營(yíng)秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。地鐵系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有明確的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可循，只能根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)加以設(shè)計(jì)。

　　2、城市地鐵雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1接閃

　　地鐵系統(tǒng)地面建(構(gòu))筑物(運(yùn)營(yíng)控制中心、車(chē)輛段、變電所、高架車(chē)站以及附屬設(shè)施等)應(yīng)劃為第二類(lèi)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?chē)站出入口處未設(shè)置站棚時(shí)，可不再專(zhuān)設(shè)防雷裝置對(duì)出入口區(qū)域進(jìn)行保護(hù);當(dāng)其設(shè)置有金屬站棚時(shí)可直接利用其自身金屬結(jié)構(gòu)作為接閃器。

　　地鐵高架車(chē)站主要有兩種類(lèi)型：一是車(chē)站屋面全部采用金屬材料;二是車(chē)站屋面采用金屬材料與大面積玻璃的組合。當(dāng)高架車(chē)站采用金屬屋面板時(shí)，屋面板厚度應(yīng)大于0.5mm，屋面板之間以及屋面板與車(chē)站主體鋼構(gòu)應(yīng)保證良好的電氣連接。當(dāng)高架車(chē)站采用金屬材料與大面積玻璃的組合時(shí)，考慮到車(chē)站的美觀以及減少維護(hù)，可直接利用玻璃框架的金屬邊框作為接閃網(wǎng)格，此時(shí)需保證玻璃邊框的厚度大于0.5mm并且與車(chē)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(xiàn)作為接閃器，架空地線(xiàn)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?dòng)情況而定，一般應(yīng)至少考慮在地下線(xiàn)路與地面線(xiàn)路的過(guò)渡區(qū)域以及地鐵線(xiàn)路主變電所附近區(qū)域安裝架空地線(xiàn)。架空接閃線(xiàn)一般采用柱頂安裝的方式，架空接閃線(xiàn)距平腕臂的垂直距離一般為2m，保護(hù)角范圍控制在20°～30°之間，架空接閃線(xiàn)支架與接地引下線(xiàn)相連并通過(guò)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(jì)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(xiàn)圖分析，在相同的土壤電阻率情況下入地短路電流對(duì)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(duì)接地網(wǎng)接地電阻值得要求，因此接地電阻只要滿(mǎn)足入地短路電流的要求就一定能滿(mǎn)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(chē)站應(yīng)分別設(shè)置獨(dú)立的接地網(wǎng)，并將接地網(wǎng)通過(guò)車(chē)站的預(yù)埋鋼板與車(chē)站結(jié)構(gòu)鋼筋相連;從各車(chē)站獨(dú)立接地網(wǎng)中引出4組接地引出線(xiàn)，分別作為強(qiáng)電、弱電、金屬管線(xiàn)以及綜合接地網(wǎng)的等電位連接總端子;將各車(chē)站的綜合接地網(wǎng)等電位連接總端子通過(guò)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(xiàn)、N線(xiàn)沒(méi)有真正意義上的分開(kāi)，由于3相用電存在不平衡可能性，N線(xiàn)中會(huì)有電流流過(guò)，這會(huì)導(dǎo)致入地點(diǎn)與真正的大地之間存在一個(gè)電位差，而這個(gè)電位差會(huì)對(duì)機(jī)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(jī)房的弱電設(shè)備機(jī)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(jī)房局部等電位連接端子板相連，各機(jī)房的局部等電位連接端子板應(yīng)通過(guò)接地干線(xiàn)統(tǒng)一連接至車(chē)站地網(wǎng)弱電引出線(xiàn)等電位連接總端子WCE;另外，系統(tǒng)內(nèi)的大型機(jī)電設(shè)備，如動(dòng)力配電柜、風(fēng)機(jī)、空調(diào)設(shè)備等在做好保護(hù)接地后應(yīng)統(tǒng)一連接至車(chē)站地網(wǎng)強(qiáng)電引出線(xiàn)等電位連接總端子PCE，系統(tǒng)內(nèi)其他金屬管線(xiàn)等應(yīng)統(tǒng)一連接至車(chē)站地網(wǎng)金屬管線(xiàn)引出線(xiàn)等電位連接總端子PSCE，通過(guò)上述方式以實(shí)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(mén)系統(tǒng)是地鐵機(jī)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(mén)主體部分應(yīng)與走行軌作等電位連接并通過(guò)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(chē)站主體結(jié)構(gòu)和地下金屬管網(wǎng)，屏蔽門(mén)應(yīng)采取絕緣安裝，并將屏蔽門(mén)的單元門(mén)體之間進(jìn)行等電位連接，并保證其過(guò)渡電阻不大于0.4Ω。所以屏蔽門(mén)系統(tǒng)的等電位連接包含兩部分，一部分是屏蔽門(mén)門(mén)體自身的等電位連接，一部分是屏蔽門(mén)在軌電位限制器觸發(fā)時(shí)通過(guò)走行軌與整個(gè)地鐵系統(tǒng)進(jìn)行等電位連接。

　　2.4屏蔽及綜合布線(xiàn)

　　地鐵車(chē)站深埋于地下，車(chē)站主體遭受直擊雷后雷電流通過(guò)車(chē)站結(jié)構(gòu)引下線(xiàn)導(dǎo)致車(chē)站內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾的情況可以忽略不計(jì)，所以這里只考慮地鐵系統(tǒng)的地面建筑物(包括地面車(chē)站)遭受直擊雷時(shí)產(chǎn)生電磁干擾情況。地鐵系統(tǒng)地面建筑物(包括地面車(chē)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(shí)可有效降低內(nèi)部空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

　　當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度經(jīng)建筑物自然衰減后，建筑物內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度不能滿(mǎn)足低于800A/m的要求時(shí)，機(jī)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(jī)房?jī)?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(xiàn)纜宜敷設(shè)在金屬線(xiàn)槽或金屬管道內(nèi)。電子信息系統(tǒng)線(xiàn)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(hù)區(qū)的屏蔽層;布置電子信息系統(tǒng)信號(hào)線(xiàn)纜的線(xiàn)路走向時(shí)，應(yīng)盡量減小由線(xiàn)纜自身形成的感應(yīng)環(huán)面積。

　　2.5電涌保護(hù)

　　根據(jù)車(chē)站的不同類(lèi)型，為防止雷電對(duì)牽引電源、動(dòng)照電源、各類(lèi)信號(hào)、通信線(xiàn)路的電涌影響，在其相應(yīng)位置均應(yīng)設(shè)置有電涌保護(hù)器SPD。地鐵車(chē)站內(nèi)SPD保護(hù)級(jí)別為：第1級(jí)，標(biāo)稱(chēng)放電電流不小于60kA;第2級(jí)，標(biāo)稱(chēng)放電電流不小于20kA;第3級(jí)，標(biāo)稱(chēng)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(hù)器，標(biāo)稱(chēng)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(tuán)有限公司;中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)電氣化委員會(huì)主辦。本刊主要報(bào)道和傳播國(guó)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(shí)普及，以交流和傳播我國(guó)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(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的工程技術(shù)人員中營(yíng)造學(xué)術(shù)討論、信息交流的氛圍，促進(jìn)我國(guó)電氣化鐵道和城市軌道交通的建設(shè)。

　　3、結(jié)語(yǔ)

　　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(cè)資料以及中國(guó)氣象局發(fā)布的各地區(qū)平均雷暴日數(shù)統(tǒng)計(jì)資料，通過(guò)理論計(jì)算確定了地鐵系統(tǒng)的防雷保護(hù)等級(jí)為第2級(jí);

　　(2)通過(guò)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(chē)輛段、運(yùn)營(yíng)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(xiàn)以及電涌保護(hù)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(zhuān)業(yè)人員應(yīng)繼續(xù)針對(duì)地鐵系統(tǒng)的特點(diǎn)，不斷加強(qiáng)地鐵系統(tǒng)防雷的基礎(chǔ)研究，并將研究成果應(yīng)用于實(shí)踐中，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)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(zhuān)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作打下良好的基礎(chǔ)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]艾東兵.城市軌道接觸網(wǎng)系統(tǒng)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(qiáng).地鐵屏蔽門(mén)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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