城市轨道交通系统雷电防护浅析

城市轨道交通系统雷电防护浅析
摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。

随着我国城市轨道交通建设的快速发展，采用合理的防雷与接地系统，减少系统雷击风险，降低运营维护工作量显得尤为重要。

从轨道交通防雷的特点、运营管理需求出发，结合通信技术和物联网的发展，提出轨道交通中应用智能化防雷系统，分析该系统构架和应用前景。

本文就城市轨道交通系统雷电防护展开探讨。

关键词：轨道交通；雷击电磁脉冲；防雷装置检测
引言
目前，轨道交通已经成为城市交通的骨干线路。

随着对轨道交通低能耗的要求，系统工作电压越来越低，受到雷击过电压侵袭风险也越来越大。

在各系统运行中，由于雷电波侵入，电力系统、线路和车站雷电环境要求越来越高，特别是高架线、地面线、地面车站都有着遭受直接雷击危险，而控制系统、通信网络、视频监控、消防系统都可能受到雷击脉冲干扰风险。

从近些年轨道交通，特别是地铁雷击灾害记录看，主要是地面线出现雷击导致。

但这绝不能证明地下部分不会遭受雷电电磁脉冲侵袭。

因此防雷检测决不能忽视地下设施防雷装置检测。

1城市轨道交通系统组成
随着现代科技的进步，许多先进技术被应用到城市轨道系统建设之中，既增强了各站点与控制中心的联系，保证了城市轨道交通快捷、方便的运行，也加强了城市轨道交通在面对各种应急情况下的应变能力，从而保证了城市轨道交通安全、环保的运行。

城市轨道交通系统是由多种具备不同功能性质的子系统构成的，其中主要分为基础设施和控制系统两个大类。

基础建设主要包括线路、电压站和车站等的建设，这些均是易导电材质构成，在遭遇雷雨天气的时候，极易受到雷电流侵害；控制系统主要是供电系统、通信系统和信号系统组成，其是通过无线波进行信号传输，在遭遇雷雨天气的时候会受到雷电电磁脉冲的影响，从而影响了城市轨道交通的正常运行，带来了极大的经济损失。

2城市轨道交通雷击原因分析
地铁作为人员密集、机电和电子系统高度集中的工程建设项目，对雷电活动非常敏感。

根据雷电放电的特点，高架线路的车站、列车及接触网，地面停车场、车辆段以及地下站的出入口、冷却塔等易成为雷击的对象。

雷电对列车地面线路接触网的影响最为突出，在造成接触网物理损坏的同时，对列车馈电系统也带来严重的威胁。

另外，雷电击中车站、高架区间、接触网及线路的附近区域，在导致建(构)筑物物理损毁的同时，对雷电极为敏感的信号、通信、综合监控、自动售检票、屏蔽门等系统也同时受到严重威胁。

3雷电对城市轨道交通的危害
按线路及车站所处位置的不同，城市轨道交通可分为地下线（站）、高架线（站），部分地铁可能还有地面线路或车站。

对于地下线（站），通常采用钢筋混凝土浇筑而成，钢筋的焊接或绑扎等工艺形成了良好的电气连接，而且金属网格密集，成为了电磁屏蔽效果非常好的“法拉第笼”结构，对外界空间的雷击电磁脉冲有非常理想的防御效果。

同时，除出入口、风亭外，几乎全部设施处在地面下，被雷电直接击中的可能性很小。

因而对于地下线（站）来说，雷击风险较小，通常防雷措施也以接地和防闪电电涌侵入为主，下文将重点讨论高架线（站）的雷电防护。

对于高架线（站），地理位置通常位于城市繁华地段以外或郊区，这样会使线路和车站处于所经过地区相对较高的海拔位置，同时由于轨道交通全线应用电力驱动、牵引的方式提供车辆动力，多种因素综合起来增加了线路、车辆及车站遭受雷击的概率，更有可能受到直击雷的闪击。

直击雷的风险存在就伴随着雷击电磁脉冲和其对线路的闪电感应的危害，因此高架线（站）的建筑结构、电力进出线、各种弱电及通信系统（信号系统、火灾自动报警系统FAS、综合监控系统、自动售检票系统AFC、视频监控系统CATV、电力监控系统SCADA等）都有遭受雷电危害的极大风险，一旦遭受雷击，将影响整个轨道交通的安全运行。

4轨道交通系统雷电侵袭特征
（1）直击雷侵袭对象。

轨道交通中遭受直击雷侵袭主要是地上站建筑物、地上降压站、跟随站和中间站及直流输电接触网。

（2）雷击高电位与雷电波侵
入与防护对城市轨道交通中，由于地下线(站)处于格栅型金属架和金属网及绑扎或焊接的钢筋水泥构成的电气连接、屏蔽效果非常好，遭受直击雷可能性几乎没有，受雷击电磁脉冲干扰可能性也较小，因此，唯一雷电波通道是地面线路转入地下线路时，沿各类金属管线侵入地铁系统。

但不论地下还是地上部分，雷击电流会沿各类金属线路或沿金属管道侵入。

地铁内各种电力设施和电子设备集中，雷电放电时巨大电流能引起雷电感应，造成这些设备损坏或误动。

因此轨道交通弱电部分还是存在雷击电磁脉冲干扰隐患。

可能遭受直接雷击的主要有地面线(站)。

地铁隧道内及地下站雷击电磁脉冲防护对象包括机电、通信、自动检票、屏蔽门、火灾报警、视频监控、轨道交通指挥、旅客信息及行车管理和控制系统等。

5城市轨道交通智能防雷系统应用
5.1智能防雷系统在轨道交通的应用
结合轨道交通现阶段的防雷措施，智能防雷系统的应用将有效解决前面提到的问题，使轨道交通防雷措施实现实时监控，主动防御，有效抵御雷击威胁。

轨道交通的智能防雷设计也应从直击雷、接地和安装SPD三方面进行，在原有直击雷防护措施的接闪器上安装智能直击雷检测仪；选择适当的接地点安装智能接地电阻检测仪；将全部电源SPD和信号SPD更换为具有智能监测功能的智能型SPD，将智能直击雷检测仪、智能接地电阻测量仪与智能SPD进行组网连接，合理设置监控中心以及监控权限，完成对轨道交通站点和全线的防雷设施监控。

5.2雷电电磁脉冲的防护
随着城市规模的扩大，城市轨道交通压力增大，城市轨道不得不进行重复建设，即轨道与轨道之间间隔尚短。

同时，由于现代信息技术的发展，信息控制系统代替了人工操作，全智能控制系统既提高了城市轨道交通的效率，也能极大满足当前快节奏的生活。

但是，采用的智能化设备也在增多，对系统机电设备和通信设备系统的防护也变得极为重要。

在面对城市轨道交通全自动化、机械化的操作设备的时候，避免因雷电电磁脉冲对设备的影响，将变得极为重要。

从等电位网络进行分析，各个子系统间可以在做好接地保护的基础之上，全方位做好等电
位连接，再综合运用分流、阻隔、绝缘体保护等措施，极大减小雷电电磁脉冲电流对设备的影响，从各个子系统的关系上，来抗拒雷电从磁场的影响。

5.3建立健全防雷装置检测制度
根据国家有关规定，投入使用后的防雷装置应定期检测，建(构)筑物及电子系统防雷装置应每年检测一次。

防雷检测应在雷雨季节前完成。

管理部门应强化对防雷安全工作的管理。

如建立雷电预警系统，健全雷电防护应急预案，安排专人负责防雷装置的日常维护，及时检查防雷装置的状态，对存在的隐患及出现的问题及时排除。

结语
在当今物联网、工业4.0这个大环境中，结合通信、系统集成技术手段高度融合，推出的智能化防雷系统，必将成为轨道交通防雷的重要解决方案。

参考文献
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［2］梁廷辉，张欣．浅析城市轨道交通接触网防雷技术应用［J］．科技致富向导，2018(17):221．
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