城市軌道交通工程通信系統防雷方案簡介

梁 樑（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

梁樑，男，畢業于北京交通大學，工程師，項目負責人。曾參與北京5號線、深圳地鐵1號線續建、哈爾濱市軌道交通1號線一、二期工程、南京地鐵10號線、深圳地鐵通信系統規范等項目，曾獲得深圳地鐵1號線續建工程首通段“百日勞動競賽”先進個人榮譽。

現階段，軌道交通系統已成為城市公共交通的重要組成部分，每天承擔數以百萬計的旅客運輸工作，一旦發生行車事故，不但會造成交通嚴重堵塞，甚至危及旅客的生命財產安全，社會影響極大，后果十分嚴重。而通信系統是維持軌道交通正常運營、保證列車運行安全、提高運輸效率的必要條件，在軌道交通正常運營時是保證列車安全高效運營和為乘客提供高質量的出行服務的重要手段，而在異常情況下也能迅速轉變為供防災救援和事故處理的指揮通信系統，因此通信系統在設計中必須首先考慮系統的安全性和可靠性。為達到此目的，除了從系統設計上考慮充分的備用、冗余措施外，還應對有可能發生的自然災害，如雷電危害，進行防范，本文將就通信系統防雷方案進行介紹。

1 通信系統防雷設計原則

1.1 防雷區域

主要包括軌道交通地面線路車輛段、停車場、車站及高架區間等易遭雷電入侵的區域。

1.2 防雷電侵入種類

1）直擊雷。

2）感應雷。其中，通過供電線路入侵的雷電感應由供電專業考慮（設備應具備C級防雷能力）。

1.3 防雷技術標準

*《鐵路通信設備雷電綜合防護實施指導意見》（鐵運[2011] 144號）；

*《基站防雷與接地技術規范》（QB-W-011-2007）（中國移動企業標準）；

*《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004）；

*《通信局（站）防雷與接地工程設計規范》（YD/T 5098-2005）；

*《計算機信息系統防雷保安器》（GA173-2002）；

*《鐵路光（電）纜傳輸工程設計規范》（TB10026-2000）；

*《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規定》（鐵建設[2007]39號）；

*《鐵路運輸通信設計規范》（TB 10006-2005）；

*《鐵路信號設備用浪涌保護器》（TB/T2311-2008）；

*《通信線路工程設計規范》（YD 5102-2010）。

1.4 通信系統防雷原則

1）安裝通信設備的建筑物本體具備相對完善的防雷措施。各建筑物本體均采用共用接地方式，接地電阻不大于1Ω。

2）通信設備防雷應注意設備所處空間雷電電磁環境的整治，設備和線路所在空間的合理布置，按地面區域雷電活動和設備安裝環境進行分區分級防護，并根據多重保護、分級泄放、規范接地的原則實施通信系統綜合防護。

3）對所涉及各子系統均采取不同的措施進行安全有效的防雷保護。通過對直擊雷的防護、電源系統的浪涌保護、天饋系統的防雷保護、數據傳輸系統的感應防護以達到減少落雷概率，降低落雷能量，迅速泄放雷擊電流并具備自恢復功能來保護整個系統的安全。

2 通信各子系統防雷措施

軌道交通通信系統包括：傳輸（含區間光電纜）、公務電話、專用電話、專用無線、視頻監控（CCTV）、廣播、時鐘、電源及集中監測告警等子系統，下面將針對各子系統特點對其采用的防雷措施進行介紹。

2.1 傳輸子系統及光電纜

2.1.1 需采取防雷措施的設備

傳輸子系統是整個通信系統的神經中樞，承載著通信內部各子系統及軌道交通其他系統的信息傳輸任務。傳輸系統通常采用同步數字光傳輸設備，安裝在車站通信機房內，各站設備通過區間光纜連接，因此在軌道交通上、下行線路上敷設的光纜需考慮防雷措施；在線路上還有與光纜同徑路敷設、提供站間電話及應急通信實回線備用的市話電纜，也需考慮防雷措施。

2.1.2 防雷電入侵種類

感應雷。

2.1.3 防雷方案

光纜應采用非金屬加強芯，光電纜在地下區間內敷設在電纜托架上，在停車場、車輛段采用管道或槽道敷設方式。光纜進入通信機房后應進行絕緣處理，先將金屬外護套接地，然后在ODF光纖分配架上終端。

電纜在沿途各站均環引至通信設備室，分出所有芯線終端于新設的綜合配線架上。

光纜、電纜引入室內須做絕緣接頭，安裝地點為通號電纜引入室，光、電纜金屬外護套均接地。引入設備室的電纜芯線在設備室終端時均接保安器，以防危險電勢的破壞。

2.2 專用/公務電話子系統

2.2.1 需采取防雷措施的設備

電話子系統是軌道交通運營指揮的主要工具，在通信系統癱瘓時，還可依靠有線備用回路進行站間通話，其安全的重要性不言而喻。需對其交換設備及電話音頻線路實施防雷措施。

2.2.2 防雷電入侵種類

感應雷。

2.2.3 防雷方案

在控制中心、車輛段/停車場、車站的音頻配線單元配置保安器進行保護。

交換設備選型時應考慮其對過壓和過流的保護性能，滿足ITU-T K.20建議要求、符合《市話通信系統過壓過電流防護技術要求》（YD/T695-93）及《電信終端設備防雷技術要求及試驗方法》（YD/T 993-2006）。交換設備還應能承受50 Hz交流縱向感應電動勢大于20 V（均方根值）以上的能力，應能承受因雷電沖擊引起的下列規定值以內的過壓電。

峰值電壓：4 000 V；

波前時間：10 μs；

半峰值時間：1 000系統μs。

2.3 無線子系統

2.3.1 需采取防雷措施的設備

無線子系統是調度人員與列車司機通話、發布調度命令的重要手段，還可在有線通信設備故障時，迅速提供防災救援及事故處理功能，尤其在信號系統失靈、采用站間閉塞時至關重要。因此需對無線子系統進行防雷保護。

當無線子系統基站的收發定向天線安裝在鐵塔（高度為30 m左右）頂端時，定向天線須采用防直擊雷措施，并對天饋線的雷電感應進行防護。設置在地面區間的漏纜、同軸電纜也需進行防雷保護。

2.3.2 防雷電入侵種類

直擊雷、感應雷。

2.3.3 防雷方案

2.3.3.1 直擊雷保護

當地面車站、車輛段/停車場的基站天線通過建筑物屋頂桿塔，或通過落地鐵塔方式安裝時，必須考慮相應的防直擊雷和接地裝置。

1）屋頂桿塔方式直擊雷保護

a.基站天線采用塔桿方式架設在建筑物樓頂，且基站所在建筑物可提供滿足要求的、較為可靠的防雷和接地網（接地電阻不大于5Ω）時，應充分利用建筑既有防雷、接地系統，將塔桿及天線直接設置在建筑避雷帶保護范圍內，不宜另外架設獨立的避雷針網。

b.基站天線采用塔桿方式架設在建筑物樓頂，但基站所在建筑物不能提供符合無線防雷要求的避雷帶時，需設置避雷網。

*架設的桿塔應利用建筑物柱內的鋼筋作為雷電引下線，或與樓頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通。

*桿塔頂端應設置一組避雷針，避雷針接地線接至建筑預留的接地點（鋼筋）引出的接地母排上，或直接與桿塔焊接連通。

*避雷針安裝位置應使得架設的天線頂端處于避雷針45°保護角的范圍之內。

2）落地鐵塔方式直擊雷保護

無線基站天線通過新設落地鐵塔架設時，落地鐵塔應設置完整的避雷網、引下線和地網基礎。一般情況下需要將整個機房建筑納入到鐵塔防雷范圍內。

a.鐵塔地網

*鐵塔地網應采用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼，將塔基內的金屬構件焊接連通，鐵塔地網的網格尺寸應不大于3 m×3 m。

*鐵塔地網與機房地網邊緣距離大于15 m時，鐵塔地網與機房地網相互獨立，分開設置；小于15 m時應采用不少于2根40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼焊接連通。

*鐵塔地網接地電阻大于5Ω。

b.落地鐵塔防雷

*通信落地鐵塔加裝避雷針，保護天饋線及建筑物免招受直擊雷危害，并可降低落雷的概率。避雷針與塔頂之間應有足夠的距離，以保證天線處于避雷針45°保護角的范圍之內；

*使用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼設置專門的落地鐵塔避雷針引下線，并與鐵塔地網可靠連結；

*落地鐵塔設有避雷針引下線時，其引下線應接至鐵塔地網離機房一側。

2.3.3.2 雷電感應保護（SPD）

應采用浪涌保護器SPD防雷裝置進行二次感應雷保護。

1）連接桿塔天線的同軸電纜引進機房（或建筑）入口處應串接安裝標稱放電電流不小于5 kA（8/20 us）同軸SPD，同軸SPD接地端子的接地引線應從天饋線入口處外側的室外接地匯集排、避雷帶或地網引上接，SPD接地引線應采用截面積不小于6 mm2的多股絕緣銅導線。

2）當地面線路區段采用漏纜覆蓋時，漏纜敷設在敞開的橋面或路基護欄支架上。漏纜（通過連接饋線）進入車站建筑或通信設備室或連接區間設備前應串接安裝標稱放電電流不小于5 kA（8/20 us）的同軸SPD，SPD接地端子的接地引線應從區間接地扁鋼上接引。

3）技術性能要求應滿足：

a.標稱放電電流應≥5 kA（8/20 us），限制電壓不大于650 V。

b.插入損耗應不大于0.2 dB，駐波比不大于1.2。

c.最大輸入功率能滿足發射機最大輸出功率要求。

d.應具備防水功能，與饋線接口處應采取防水措施。

2.3.3.3 同軸電纜接地防護

1）連接塔桿天線的同軸電纜金屬外護層應分別在上、下端及進入機房入口處外側就近接地，當同軸電纜長度大于60 m時，其屏蔽層宜在塔桿的中間部位增加一個接地連接點，接地連接線應采用截面積不小于10 mm2的多股絕緣銅導線。室外走線架始末兩端均應作接地連接。

2）當地面線路區段采用漏纜覆蓋時，漏纜（通過連接饋線）進入車站建筑或通信設備室前需安裝漏纜接地件。

2.4 CCTV子系統

2.4.1 需采取防雷措施的設備

視頻監控子系統是軌道交通安保、防災指揮及事故分析的重要組成部分，其安裝在地面、高架車站、車輛段/停車場的視頻設備及有室外視頻監控設備的地下車站視頻設備均需進行防雷保護。

2.4.2 防雷電入侵種類

直擊雷、感應雷。

2.4.3 防雷方案

1）直擊雷防護

當室外攝像機安裝在空曠地帶、采用立桿式安裝時，應在攝像機桿頂部安裝避雷針，并在桿底部基礎內設置接地裝置。

2）感應雷防護

在攝像機的視頻、電源及控制電纜的兩側（機房側和攝像機側）分別加裝相應的防雷器件。當攝像機的線纜由視頻柜引出時應在機柜出線端加裝防雷器件，攝像機側也應加裝與機柜設備對應的防雷器件。室外攝像機側防雷器可通過攝像機附近的安裝柱基礎或其他建筑接地件等進行接地。攝像機視頻線應選用視頻信號保護器，電源線應選用電源精密防雷器，云臺控制線應選用數據線防雷器，以保證系統設備的安全運行，為提高可靠性，以上3種防雷器不宜合設。

2.5 廣播子系統

2.5.1 需采取防雷措施的設備

在地面及高架站、車輛段/停車場設置的廣播設備及在室外敷設廣播線纜的地區需進行防雷保護。

2.5.2 防雷電入侵種類

感應雷。

2.5.3 防雷方案

廣播系統信號線、控制線、電源線應在機柜側、功率放大器的出線端加裝廣播系統防雷保護器防止感應電壓的侵害。

2.6 時鐘子系統

2.6.1 需采取防雷措施的設備

在地面及高架站、車輛段/停車場設置的時鐘設備及在室外敷設時鐘線纜的地區需進行防雷保護。

2.6.2 防雷電入侵種類

感應雷。

2.6.3 防雷方案

在時鐘系統子鐘信號線兩端加裝控制線保護器、供電電源線兩端采用電涌保護器，避免時鐘遭受雷擊感應的危害。防雷保護器地線接至機房的接地端子排。

2.7 電源子系統

2.7.1 需采取防雷措施的設備

電源系統承擔著為通信各子系統供電的重任，保證它的安全對于通信暢通至關重要，因此需對地面及高架站、車輛段/停車場的電源設備進行防雷保護。

2.7.2 防雷電入侵種類

感應雷。

2.7.3 防雷方案

在電源配電設備輸入/輸出端配置兩級防雷保護裝置，防止感應雷對配電設備及下端負載的影響，如圖1所示。

2.8 集中監測告警子系統

該子系統設置在控制中心網管機房，無需考慮防雷措施。

3 結束語

綜上所述，為保障軌道交通安全運營及通信系統正常運轉，應在通信系統設計、招標采購及施工階段充分考慮防雷措施，避免遺漏。