城市轨道交通系统的防雷保护.doc

城市轨道交通系统的防雷保护 摘 要：针对目前城市轨道交通系统中普遍使用的自动化运行控制系统，讨论了轨道交通系统的过电压防护与接地。 关键词：轨道交通；防雷；电磁脉冲；接地；等电位；屏蔽；SPD 1、引言 1863年第一条地铁线路的出现和1888年美国第一条有轨电车线路建成，标志着城市交通进入轨道交通时代。经过诞生和初始发展阶段(1863年-1924年)、萎缩阶段(1924-1949年)、再发展阶段(1949-1969年)、高速发展阶段(1970年-至今)，当今世界各大城市和特大城市都确立了公交优先，轨道交通是公交骨干的政策。 随着现代化新不断地涌现，更多的自动化控制系统被应用到轨道交通系统中，为轨道交通运营效率、运行速度的提高提供了有力的保障。在自动化系统不停的更新换代中，运用了越来越多的高精密、高速度处理系统，在系统性能的提升和不断的能耗控制需求下，设备内部器件的功耗与工作电压越来越低，随之而来的是系统的抗干扰能力大幅度下降，系统的安全性变得越来越脆弱。在运行中，由于雷电波侵入、电力系统故障、线路和车站中的电磁环境相对复杂等原因产生的过电压，在一定程度上对系统的稳定运行产生了不利影响。特别是近些年来，由于城市土地资源的稀缺和工程造价的降低，在发展的城市轨道交通系统中，高架线和地面线占了相当大的比重。线路、车站及辅助系统设备大量安装于地面以上，同时，系统中各站点与控制中心之间相互连接的各类网络、通讯系统的大量应用使得雷电电磁脉冲对系统安全运行的影响日益突出。 本文中，我们以目前在系统中普遍使用的自动化运行控制系统为重点研究对象，讨论轨道交通系统的过电压防护与接地。 城市轨道交通系统是由多个分别完成不同功能的子系统所构成的，按不同的系统性质可分为：基础设施和控制系统两大部分。基础设施包括线路、车辆、车站等，控制系统由电气、通信、信号、运行组织、客运组织等几部分组成。 2、按雷电电磁环境分区 按线路及车站所处的位置不同，可将轨道交通分为地下线（站）和地面线（站）两大类。 地下线（站）由于在建设时按城市总体规划要求，考虑地面建筑物、工程地质等因素来确定。浅埋比较经济，乘客进出方便，一般离地面10～15m；深埋投资较大，施工也较困难，但对地面正常活动无影响，一般埋深为30～50m。地下线路、车站结构采用钢筋混凝土浇筑而成，钢筋在施工中相互之间采用焊接或绑扎等工艺形成了良好的电气连接，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，对外界空间的雷电电磁脉冲有非常理想的抵制效果，站内人员及设备处于LPZ1或更高的防雷区内。同时，除站厅外，几乎全部设施处在地面下，被雷电直接击中的可能性为零。 地面线（站）根据线路所经过地区的地理、地貌、建筑情况的不同，雷击的风险情况也不尽相同。例如在北京，地面线和地面站通常是位于市区繁华地带以外或郊区，为解决与地面交通的交叉与相互影响问题，多是以高架线和车站的形式出现。这种情况无疑使线路和车站处于所经过地区相对较高的空间位置，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、车辆及车站遭受雷电的概率，更有可能受到直击雷的袭击。 除雷电因素影响人员和系统的安全外，轨道交通系统自身引起的电磁环境污染也是对系统内设备产生干扰、影响系统运行可靠性的重要原因之一。比如，一个运行在闹市周边地区的直流电气牵引系统，以其宽频谱、各种骚扰途径（传导、感应、辐射）俱全的特点恶化（或说污染）了所在区域的电磁环境；杂散电流使通信导线与附近大地形成电位差，除腐蚀地下管线外，还会在接地的通信设备机架上形成高电位，危及设备和人员的安全；受电弓（靴）产生的电猝发与浪涌成为城市杂波的重要组成部分，对附近的信息设备和精密仪器造成骚扰，接触导线还是车辆内高次谐波的发射天线，电磁辐射污染了近距离的电磁环境。 3、防护重点 3.1、直击雷防护 对地面的站厅建筑进行保护，原则依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 2000年修订版中对于建筑物防雷分类的计算方法对地下线路的地面站厅建筑物做防雷分类的确定，按防雷类别对应的直击雷防护措施做好相应的设计，具体方法在此不再展开讨论。 对于地面站和高架站的一些特殊情况，在保证建筑自身不受雷击的同时更重要的是要保证站内人员的人身安全。地面站往往因长、宽的跨度比较大，考虑外观造型美观等因素，多采用了钢结构支撑建筑屋顶、钢结构在站内外露或与其他金属物连接的做法。而钢结构自身并不是全部直接埋入地下，有时无法确认其接地是否可靠。因此，对这些地面站和高架站除利用结构或另设接闪器做好接闪外，应设置可靠的专用引下线并与车站的综合接地系统做好连接，确保引下线与站内、外的人员有足够的绝缘强度和安全距离。 3.2、接地与等电位连接 在轨道交通系统中，设备最为集中的