城市地铁雷电防护关键技术研究

所属分类：电子论文阅读次时间：2020-09-09 10:09

本文摘要：摘要：近年来，随着地铁交通设施的快速发展以及城市地铁交通设施的日益增多，雷电灾害危害程度和造成的经济损失和社会影响也越来越大。城市地铁交通系统具有设备分布范围广、电子信息类仪器众多、系统自动化程度高等特点，导致其一旦受雷击影响，将危及地铁

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　　摘要：近年来，随着地铁交通设施的快速发展以及城市地铁交通设施的日益增多，雷电灾害危害程度和造成的经济损失和社会影响也越来越大。城市地铁交通系统具有设备分布范围广、电子信息类仪器众多、系统自动化程度高等特点，导致其一旦受雷击影响，将危及地铁的正常运输秩序，甚至造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失，所以加强对地铁系统的雷电防护工作更是迫在眉睫。基于此，本文主要对城市地铁雷电防护关键技术进行分析探讨。

　　关键词：城市地铁;雷电防护;关键技术

地铁交通设施

　　1、前言

　　地铁系统是投资巨大、人员密集的公共场所，其内部的通信、信号、综合监控、FAS、AFC等电子信息类设备系统众多且构成复杂，这些系统是维持地铁正常运行的中枢神经，一旦遭受雷击将危及地铁的正常运营秩序，甚至造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。地铁系统的防雷设计、施工和检测长期以来没有明确的专业标准可循，只能根据相关设计规范和检测经验加以设计。

　　2、城市地铁雷电防护关键技术

　　2.1接闪

　　地铁系统地面建(构)筑物(运营控制中心、车辆段、变电所、高架车站以及附属设施等)应划为第二类防雷建筑物并按GB50057-2010中的要求设置防雷装置。当地下车站出入口处未设置站棚时，可不再专设防雷装置对出入口区域进行保护;当其设置有金属站棚时可直接利用其自身金属结构作为接闪器。

　　地铁高架车站主要有两种类型：一是车站屋面全部采用金属材料;二是车站屋面采用金属材料与大面积玻璃的组合。当高架车站采用金属屋面板时，屋面板厚度应大于0.5mm，屋面板之间以及屋面板与车站主体钢构应保证良好的电气连接。当高架车站采用金属材料与大面积玻璃的组合时，考虑到车站的美观以及减少维护，可直接利用玻璃框架的金属边框作为接闪网格，此时需保证玻璃边框的厚度大于0.5mm并且与车站主体钢构具有良好的电气连通性。

　　地铁露天接触网应采用架空地线作为接闪器，架空地线的覆盖范围应根据露天接触网的位置以及当地雷电活动情况而定，一般应至少考虑在地下线路与地面线路的过渡区域以及地铁线路主变电所附近区域安装架空地线。架空接闪线一般采用柱顶安装的方式，架空接闪线距平腕臂的垂直距离一般为2m，保护角范围控制在20°～30°之间，架空接闪线支架与接地引下线相连并通过接触网支柱钢筋入地，支柱的接地电阻不应大于10Ω。

　　2.2接地

　　接地网接地电阻大小的设计直接受到入地短路电流、最大允许接触电压和最大允许跨步电压的影响。根据接地电阻允许值曲线图分析，在相同的土壤电阻率情况下入地短路电流对接地网接地电阻值的要求严格于最大允许接触电压与最大允许跨步电压对接地网接地电阻值得要求，因此接地电阻只要满足入地短路电流的要求就一定能满足跨步电压与接触电压的要求。

　　2.3等电位连接

　　等电位连接是地铁系统防雷措施的重要组成部分，总体上可分为3种形态：地铁等电位连接总网络、地铁局部等电位连接网络以及地铁特殊等电位

　　连接网络。

　　首先是地铁等电位连接总网络。地铁车站应分别设置独立的接地网，并将接地网通过车站的预埋钢板与车站结构钢筋相连;从各车站独立接地网中引出4组接地引出线，分别作为强电、弱电、金属管线以及综合接地网的等电位连接总端子;将各车站的综合接地网等电位连接总端子通过电缆铠装层、电缆支架及隧道结构钢筋等相互连接以实现整个地铁系统总的等电位连接。

　　其次是地铁局部等电位连接网络。地铁系统的供电方式采用TN-S，PE线、N线没有真正意义上的分开，由于3相用电存在不平衡可能性，N线中会有电流流过，这会导致入地点与真正的大地之间存在一个电位差，而这个电位差会对机房设备的接地产生干扰。

　　为了消除这种接地干扰，地铁系统内电子信息机房的弱电设备机柜以及其他不带电金属部件应采用S型等电位连接方式与机房局部等电位连接端子板相连，各机房的局部等电位连接端子板应通过接地干线统一连接至车站地网弱电引出线等电位连接总端子WCE;另外，系统内的大型机电设备，如动力配电柜、风机、空调设备等在做好保护接地后应统一连接至车站地网强电引出线等电位连接总端子PCE，系统内其他金属管线等应统一连接至车站地网金属管线引出线等电位连接总端子PSCE，通过上述方式以实现地铁的局部等电位连接。

　　最后是地铁特殊等电位连接网络。屏蔽门系统是地铁机电设备的重要组成部分，由于地铁走行轨绝缘铺设且带有一定电压，为保证乘客的人身安全，屏蔽门主体部分应与走行轨作等电位连接并通过轨电位限制器连接至变电所接地母排;为防止杂散电流侵蚀车站主体结构和地下金属管网，屏蔽门应采取绝缘安装，并将屏蔽门的单元门体之间进行等电位连接，并保证其过渡电阻不大于0.4Ω。所以屏蔽门系统的等电位连接包含两部分，一部分是屏蔽门门体自身的等电位连接，一部分是屏蔽门在轨电位限制器触发时通过走行轨与整个地铁系统进行等电位连接。

　　2.4屏蔽及综合布线

　　地铁车站深埋于地下，车站主体遭受直击雷后雷电流通过车站结构引下线导致车站内部产生电磁干扰的情况可以忽略不计，所以这里只考虑地铁系统的地面建筑物(包括地面车站)遭受直击雷时产生电磁干扰情况。地铁系统地面建筑物(包括地面车站)可利用其外部防雷装置和建筑物本身钢筋网络格栅形大空间屏蔽效能，在发生雷击时可有效降低内部空间的磁场强度。

　　当磁场强度经建筑物自然衰减后，建筑物内部的磁场强度不能满足低于800A/m的要求时，机房应设置不大于2.85m×2.85m的铜或铝的屏蔽网格，并且机房内设备距离屏蔽网格的安全距离应不小于2.7m。电子信息系统线缆宜敷设在金属线槽或金属管道内。电子信息系统线路宜靠近等电位连接网络的金属部件敷设，不宜贴近雷电防护区的屏蔽层;布置电子信息系统信号线缆的线路走向时，应尽量减小由线缆自身形成的感应环面积。

　　2.5电涌保护

　　根据车站的不同类型，为防止雷电对牵引电源、动照电源、各类信号、通信线路的电涌影响，在其相应位置均应设置有电涌保护器SPD。地铁车站内SPD保护级别为：第1级，标称放电电流不小于60kA;第2级，标称放电电流不小于20kA;第3级，标称放电电流不小于5kA。地铁系统露天的接触网应安装氧化锌电涌保护器，标称放电电流1.5kA/10kA。

　　电气论文投稿刊物：《电气化铁道》(双月刊)创刊于1980年，由中铁电气化局集团有限公司;中国铁道学会电气化委员会主办。本刊主要报道和传播国内外电气化铁道应用技术信息，兼顾学术讨论和知识普及，以交流和传播我国电气化铁路建设和发展所涉及到的学术理论为依托，在从事电气化铁路建设、城市轨道交通的科研、设计、施工、运营的工程技术人员中营造学术讨论、信息交流的氛围，促进我国电气化铁道和城市轨道交通的建设。

　　3、结语

　　本文总结凝炼了地铁防雷的关键技术，并得出了以下结论：

　　(1)根据闪电监测资料以及中国气象局发布的各地区平均雷暴日数统计资料，通过理论计算确定了地铁系统的防雷保护等级为第2级;

　　(2)通过分析影响接地电阻值的关键因素推导出了地铁系统接地网接地电阻的理论取值范围，根据地铁系统各接地网可能流入的入地短路电流值，其接地电阻值至少应小于1Ω，主变电所、车辆段、运营控制中心处的接地网还应小于0.5Ω;

　　(3)地铁系统应从接闪、接地、等电位连接、屏蔽和综合布线以及电涌保护方面设置综合防雷措施，把地铁雷灾隐患降至最低。

　　在地铁系统防雷技术服务工作中，相关专业人员应继续针对地铁系统的特点，不断加强地铁系统防雷的基础研究，并将研究成果应用于实践中，利用实测数据校验研究成果，确保地铁系统防雷装置设置的合理性，为以后形成专业技术标准工作打下良好的基础。

　　参考文献

　　[1]艾东兵.城市轨道接触网系统防雷措施浅析[J].电气化铁道，2013(2)：40-43

　　[2]巫俊威，卜俊伟，潘波，魏强.地铁屏蔽门系统的防雷与绝缘关联性研究[J].高原山地气象研究,2013(2):19-22

　　作者：胡双伟向明