地鐵雷雨天時鐘問題解決方案研究

【摘要】地鐵時鐘系統是軌道交通運行的重要組成部份之一，必須準確、安全、可靠。雷雨天氣時的靜電感應雷和電磁感應雷長期威脅著時鐘系統的安全，引發各種故障。針對地鐵時鐘系統故障的特點，分析感應雷擊壞母鐘擴展箱的原因，運用電子信息系統的感應雷防護技術，提出地鐵雷雨天氣時鐘問題的解決方案。

【關鍵詞】地鐵雷雨天氣時鐘系統感應雷

目前，電子計算機技術發展迅速，電子設備采用大規模集成電路，內部結構間距小，耐壓程度很低，難以承受雷擊的沖擊破壞。地鐵時鐘系統中連接電纜井和運用庫等地的數據線，容易遭受雷擊，導致時鐘出現故障，而且雷雨天氣時的靜電感應雷和電磁感應雷還能穿過避雷器擊毀時鐘模塊里面的電子元器件。

一、地鐵時鐘系統

地鐵時鐘系統是軌道交通運行的重要組成部份之一，必須準確、安全、可靠，為乘客和地鐵工作人員提供統一的標準時間，同時也為相關的其他系統提供統一的標準時間信號，保證各系統的定時設備與時鐘系統同步，進而實現地鐵所有線路的時間準確統一。

地鐵時鐘系統通常是按一級母鐘和車站、車輛段二級母鐘兩級組網的方式設置，主要由控制中心配置GPS接收機、中心母鐘和子鐘，沿線各車站設置二級母鐘和子鐘。GPS天線和GPS接收機把接收到的衛星時標信號傳給中心母鐘，中心母鐘再把時間信號發送給其他系統或通過傳輸網給車站的二級母鐘授時，分設在各個車站的子鐘再通過電纜鏈接到二級母鐘，最終實現各地時間的統一。

二、感應雷的危害及防護措施

時鐘故障不會是直擊雷，因為經驗告訴我們設置在高處的GPS天線沒有拔都不會導致時鐘系統故障，只有接了子鐘進去才會有故障。每個子鐘的輸入端和擴展箱的每一個輸出端都配置了避雷器，但是避雷器沒壞，連接子鐘的擴展箱壞了。因此導致時鐘故障的元兇必然是感應雷。

建筑物附近產生雷擊活動，在雷電電流釋放路徑周圍會存在十分強烈的電磁場震蕩，從而損壞一定范圍內的精密電子設備。當建筑物外部存在避雷設備時，電流在引導排泄的過程中，引線周圍會產生強磁場，使附近的導線產生感應電壓，最后使設備受損。直擊雷的電流在往下排泄的過程中會擊中雷區的線路，電流就能夠沿著線路入侵電子設備，最終損壞儀器設備。雖然不通過雷區的線路沒有被直接擊中，但當外部存在雷暴活動時，線路上也可能產生感應過電流，從而對設備造成傷害。

對感應雷的防護是一個全面的系統工程，主要包括科學的綜合布線、完善合理的接地系統、屏蔽措施、電位連接措施、感應雷擊與電磁脈沖的防護等內容。

三、地鐵雷雨天時鐘問題解決方案

雷雨天時鐘故障問題原因分析主要分為三個階段，第一階段認為是避雷裝置故障，但其后通過避雷裝置整改后故障仍然存在；第二階段認為是數據線故障，由于數據線貫穿整個車輛段，通過電纜井到另一邊的運用庫；第三階段在發現電纜井積水后，由于水容易引起感應雷，感應雷沿著數據線擊穿擴展箱元件。

為了解決雷雨天感應雷引起地鐵時鐘故障問題，首先要對感應雷的入侵通道進行分析。對于建筑物中電子設備群體來說，引入感應雷的通道主要有7條：（1）建筑物中一切電子設備的天線、饋線、電源線、信號線、接地線都是建筑物的進雷通道。（2）出入建筑物中各種電源線路。（3）建筑物內部“長”距離信號線路。（4）具有公共接地的建筑物中的一切金屬管道，在直接雷電流經其上時，其周圍產生的磁場渦流在金屬表面感應出來的雷電沖擊波。（5）雷電放電時，在金屬表面感應出來的雷電沖擊波。（6）直接雷擊落雷點建筑物的高電位沖擊。（7）直接雷擊落雷點建筑物的雷電反沖電流。這種電流可通過相鄰建筑物的接地線路進入其電子設備，使電子設備的機殼和機芯之間產生放電現象而損壞。

針對以上分析，我們首先考慮采取光纜替代方式，即兩邊安裝上光電轉換器，但這種方法必須重新購買設備并鋪設光纜，工程量和耗資都很大。通過再次深入到研究和商討，工程師放棄通信機械室原有至運用庫子鐘的時鐘線纜，采用了走另外鋪設的直埋式電話電纜，用其中的一對傳輸RS485信號，然后在運用庫另一邊安裝一臺擴展箱，通過擴展箱把時鐘信號分到各個子鐘的方式。這個方法最終完美解決了地鐵雷雨天時鐘故障問題，此后的雷雨天氣再也沒有對時鐘系統造成破壞性影響。

四、結語

雷雨天氣產生的直擊雷通常能導致人員傷亡、建筑物破壞，以及設備毀壞等，但是一般不會對地鐵時鐘系統設備造成直接傷害，通常安裝的避雷設備能夠避免建筑物等遭受直接雷擊，但不能防止感應雷對電子信息系統設施的危害。

靜電感應雷通常是由于帶電積雨云在架空導線線路或其他導體凸出物頂部感應出大量電荷引起的。而電磁感應雷則是由于雷電在放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場引起的。