城市地铁综合防雷技术探析

技术改造
城市地铁综合防雷技术探析
吴长慧 蒋海琴 王 勇 许小川 杨 波
（南京市气象局，江苏 南京 210000）
摘 要：地铁目前已成为各大城市主要的出行交通工具，南京市轨道交通项目也在不断更新，电子信息设备广泛应用于地铁建筑中，这使得地铁综合防雷工程的设计要求不断提高，更加科学化严谨化以应对复杂线路交错。

南京市作为雷电多发地带，注重地铁综合防雷很有必要。

基于此，本文对地铁项目中的防雷设计进行研究和分析，以供参考。

关键词：南京市；地铁交通；综合防雷；技术探析
引言
南京地铁已进入网络化运营时代，并且进行多轮多层次的新线缺陷整改检查、安全事故隐患排查、轨行区安全检查、重大节日节前检查等，目的在于消除行车安全隐患。

南延线曾连续发生5次雷击故障，维修人员通过对故障避雷器电缆的短路点排查分析，发现施工工艺存在缺陷，随后采用绝缘热缩管补强，增加绝缘强度，同时改变电缆安装方式，增加绝缘距离等措施，提高了设备运行可靠性。

这表明地铁综合防雷工程对于安全运营的重要性，防雷问题要作为重点项目常抓不懈。

1 地铁防雷设计特殊性
国家颁布的《建筑防雷设计规范》和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》给轨道交通地面站和高架站提出来操作性极强的设计标准，但是地铁主体工程位于地下，人们固有观念里认为在大地保护下便有相应防雷能力，认为地铁主体建筑防雷设计关注度没有地面建筑高。

合格的地铁综合防雷设计应该地上地下统一考虑，研究地铁项目独有特点，开阔设计思路。

地铁由车站、区间、车辆段、变配电站四部分组成，地铁车站还有地下站、地面站和高架站三种，车站内除常规水、电、暖系统外还有信号、通信、监控、屏蔽门等系统。

复杂的结构、人员密集程度高、投资成本大决定了地铁防雷设计不可小觑。

特别是地铁内电子信息设备系统作为指挥地铁运营中枢，一旦受雷击或雷电波侵入，造成运营故障，连锁导致人员伤亡和巨大经济损失就会酿成重大事故，而且雷击可能导致火灾，火灾造成后果不堪设想。

因此，科学的地铁综合防雷工程对于地铁平稳运营来说必不可少。

2 地铁综合防雷系统
2.1 外部防雷措施
地铁主体工程在地下，出入口罩棚、风亭、冷却塔等组件是位于地上的，但这些附属建筑面积较小，高度低。

按照《建筑物防雷设计规范》规定，即便这些附属建筑达不到三类防雷建筑物标准，在不处于其他建筑物保护范围内时，也应按照三类防雷建筑物标准采取直击雷防雷措施。

但若从地铁站整体特点考虑，作为人员密集区域，应按二类防雷建筑物设计，所以就高不就低，地铁车站出入口罩棚、风亭、冷却塔等组件应按照二类防雷建筑物采取防直击雷措施。

地铁系统牵引供电一般为直流电压750V或1500V，为防设计或规定回路以外流动的电流，地铁防雷装置不宜采用受力钢筋，接闪器和引下线均应采用人工装置。

车站综合接地网在车站主体结构底板下方，距地面有一段距离，为避免对地网上其余系统造成地电位反击，这些部位防雷装置应该在地面上单独做接地。

出入口罩棚和风亭适合采用避雷网或防雷线，冷却塔出于美观和现实考虑，可以采用具有预放电功能的接闪器。

预放电型接闪器利用了雷云产生的空间电场强度，预先使周围空气电离，空气离子在空间电场作用下加速接近雷云，从而使迎面先导大大提前与雷云下行先导相遇，增强了保护性能，安装时使接闪器略高于冷却塔便可很好收到保护效果。

2.2 等电位连接
一些项目的电子信息系统采用的是接地端子单独设置方式，为避免其他系统对信息系统产生影响，但根据防雷技术规范要求，建筑物通过每一进线配电箱近旁的总等电位联结母排将下列导电部分互相连通，各局部等电位和总等电位的端子应联结在一起，这样的话采用公共等电位端子更佳。

另外，地铁等电位网络多为放射型态。

但依据技术规范来说，S型结构是与信息设备较少系统或局部系统相匹配的，而且除接地基准点外，其他都应和公共接地系统保持适当绝缘。

所以作为电子信息设备较多，各层内部空间大结构复杂，每层均需设置等电位端子板的地铁项目而言，等电位网络适合采用主体M型和局部S放射型相结合的结构。

M型中的信息系统内部金属材质原件不和公共接地系统绝缘，而是通过多点与公共接地系统相连，采用M型结构时，各层等电位端子板之间应有横向连接。

2.3 电涌保护设计
设置电涌保护器时先考虑雷电防护的区域和防护等级划分，再考虑参数选择，主要参考额定放电电流、电压保护水平、雷电冲击电流等数据，并校准震荡保护距离和感应保护距离。

一些地铁场所在电压和电流进行变换、集中和分配的场所低压母线处设置第一级电涌保护，但在建筑的雷击直接击到区域和经过屏蔽层的区域交界处没有设置电涌保护。

但根据笔者实践所知，典型地铁变电所的低压进线一般不在直接雷区和屏蔽区的交界面处，而是在出入口罩棚、冷却塔等管线引入地铁处，这里才需要安装第一级电涌保护，而在低压母线处安装第二级电涌保护，信息设备房内配电箱安装第三级电涌保护。

基于火花间隙的能量协调型一级雷电流保护器，具有高续流遮断能力；二级电涌保护器，采用动态热脱扣安全设计；三级电涌保护器，具备高放电能力，采用紧凑设计。

地上车站的电源线路电涌防护分为两级，在降压变电所电源进线处设置第一级电涌保护，在配电至弱电系统机房配电箱处设置第二级电涌保护。

地铁车站的变电所在车站内部建筑中，没有室外电源存在，基本无直击雷风险，所以第一级可选用二类防雷浪涌保护器，通过浪涌保护器指定端的最大工作电流和操作过电压选用100KA，电涌保护器一般布设在进线柜内，线缆长度不大于10米。

第一级电涌保护器的电压保护水平应≤2.5kV，不符合此标准则继续在第二级电涌保护器处降压，其电压保护水平应在2kV上下。

第二级电涌保护器要满足二类试验要求，过浪涌保护器指定端的最大工作电流应≥30kV，因为地铁车站为人流密集区域，所以可选用40kV的电涌保护器，应用在弱电系统机房内的电涌保护器布设在靠近配电箱处，有效保护距离10m。

室外设备和电扶梯配电箱处要设置满足二类试验要求的电涌保护器。

过浪涌保护器指定端的最大工作电流应为40kV，因为地铁工程搭设电缆具有保护钢管或线槽，所以计算保护距离时要估算震荡保护距离。

一般室外设备距离内部配电箱远，电涌保护器的布设位置需充分考虑有效保护范围，与设备厂家核实设备内是否有电涌保护器，以实现能量优化组合。

信号系统的防雷电涌保护器会布设在电源屏前，同为信号系统配电的两路配电箱内电涌保护器属于同一级，当其间隔距离小于5m时则需增配退耦装置保证能量配合得当。

因信号专用的电涌保护器三相单相均有，而且不可被调换，所以需要在信号核实后取消配电箱内设置的电涌保护器。

地下车站的出入口电扶梯电控箱在地面，但配电箱在地下，相距较远，需要校准震荡保护距离。

3 结语
城市地铁综合防雷工程设计人员要加强对地铁建筑的特点和防雷设置电源线路、设备的知识，从电工基础、城市轨道交通原理入手，掌握地铁设计规范、城市轨道交通车站机电系统原理结构、自动售票系统工程质量验收、铁路防雷、电磁兼容、接地工程技术规定和防护技术条件等内容。

从避免雷击事故发生的实际出发，设计出经济合理的工程方案。

参考文献：
[1]唐巧玲.地铁牵引电源和屏蔽门的防雷技术研究[C]// 第33届中
国气象学会年会 S19 雷电物理和防雷新技术——第十四届防雷减灾论坛.2016.
[2]李强，任勇.杭州城市轨道交通防雷技术探讨[J].中国设备工程，
2019（15）：181-182.
第一作者简介：
吴长慧（1983-），男，江苏东台，本科，工程师，研究方向：雷电防御。

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