哈爾濱地鐵車站防雷檢測技術的探討

張修典，李春影，張春龍（黑龍江省雷電災害預警防護中心，黑龍江 哈爾濱150030）

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哈爾濱地鐵車站防雷檢測技術的探討

張修典，李春影，張春龍
（黑龍江省雷電災害預警防護中心，黑龍江 哈爾濱150030）

1　引言

近年來，上海、南京等地發生多起因雷擊引起的地鐵停運的事故，2008年8月15日，上海地鐵3號線遭強雷電襲擊，造成供電中斷，列車被迫停駛。2010年7月23日，南京地鐵一號線南延線因雷擊造成供電接觸網出現故障，列車因接觸網斷電延誤運營，2000多名乘客出行受到影響。雷電已成為城市軌道交通安全運行的較大威脅。地鐵車站是涉及公共安全的人員密集場所，電力、通信、信號等電力電子信息類系統構成復雜，這些系統是維系地鐵正常運營的中樞神經，一旦遭受雷擊，雷電產生的瞬態脈沖過電壓將會導致地鐵的供電系統故障和電子設備失效，危及地鐵正常運行甚至造成重大的人員傷亡和巨大經濟損失。科學檢測地鐵防雷工程是地鐵安全運行的一個重要保障，如果不研究地鐵防雷的特點，按照建筑物防雷檢測規范生搬硬套 ，必然造成嚴重的后果。開展地鐵防雷檢測技術研究非常有必要，對于保障地鐵防雷安全和指導防雷技術人員的檢測工作都有非常重要的指導意義。

2　地鐵概況

哈爾濱地鐵工程是哈爾濱市迄今為止最大的城市基礎設施項目。按照國家要求和城市總體規劃，哈爾濱市確定近期軌道交通建設期限為10年，由地鐵1號線一、二、三期，地鐵2號線一期，地鐵3號線一、二期組成。其中一期工程自西向東，橫貫城市中心區，全長27.3公里，已于2012年竣工通車。

哈爾濱地鐵車站主體結構大多采用鋼筋混凝土和鋼管作為支撐，地上車站采用框架結構。地鐵站附屬建筑，如控制中心、停車場、車輛段等均為框架結構，基礎采用樁基。地鐵依靠電力運行，其供電系統也是易受雷電感應侵襲的部位。采用的接觸網饋電，輸電線位于列車上方，遭受雷擊概率也相應增加，地鐵的弱電系統主要包括通信系統、信號系統、綜合監控系統、自動售檢票系統、綜合安防等主要系統［1］。首先是信號系統，它肩負著地鐵運行控制、運行狀態監控的重要任務，堪稱地鐵的“大腦”；通信系統，負責傳輸各種信息，包括廣播、時鐘、監控以及乘客使用的移動網絡；環境控制系統，主要包括空調與暖氣等，調節車站車廂的環境；此外還有屏蔽門控制、自動售票檢票機和旅客信息系統。這些復雜的電子設備，是維系地鐵順利安全運行的關鍵所在。

3　檢測基本方法

（1）接地電阻測試。對于普通站點采用四點法，電流極和電壓極布置在車站建筑物外的自然土壤中，測量接地點的接地電阻值；對于變電所、牽引降壓混合變電所采取異頻大地網測試方法測量接地阻抗值。

（2）等電位連接測試。以接地電阻測試中所測試的扁鋼、LEB為測試基準點，測試各電氣設備、設施與基準點之間的過渡電阻值。

（3）絕緣電阻測試。以建筑物結構鋼筋為基準，測試屏蔽門體的絕緣電阻值。

4　檢測內容及檢測項目

4.1車站接地裝置

（1）檢查綜合接地網、地鐵站出入口及室外設備防雷接地、弱電接地等各接地的設置方式及連接方式。

（2）檢測測試口接地扁鋼、區間扁鋼、站臺層鋼結構、設備室 LEB、牽引降壓變電室扁鋼、出入口鋼結構等的接地電阻值。

（3）隧道內接地線與隧道外引入的接地線應采用螺栓連接，接地線宜通過配管進入接地箱。接地引入線與母線連接應采用氣焊，焊接長度不得小于200mm，并不得損傷芯線。接地線引入隧道時，必須設置防水套管，并作絕緣處理，接地引入線保護套管與隧道穿墻管法蘭盤連接應絕緣，絕緣電阻應＞100 MΩ。

4.2車站內電子系統檢測

檢查信號室、專用及公安通信設備室、綜合項目監控室、自動售檢票、屏蔽門、環控電控室等電氣及電子系統LEB的設置；檢查各設備室的設備與 LEB之間的電氣連接和過渡電阻值。

4.3車輛段及車站附屬設施

檢測車輛段各建筑物的外部防雷裝置的設置；檢測相關電子系統的等電位連接；檢測車輛段場地燈桿的接地情況。

檢查地下車站出入口、室外空調冷卻塔直擊雷防護裝置的設置；測量車站內屏蔽門、閘機、自動售檢票、柜箱、UPS室、扶梯等設備的接地裝置過渡電阻值；測量屏蔽門體絕緣電阻。

4.4電源電涌保護器（SPD）

（1）檢查車站各部位電源系統電涌保護器的布設、工作狀態，檢查過電流保護裝置的狀態及上下級的能量配合；檢查SPD連接線長度、截面積和安裝工藝；測量SPD的壓敏電壓和泄漏電流；測量SPD接地端與PE之間的過渡電阻。

（2）沖擊電流參數檢查：根據哈爾濱閃電定位監測的雷電流數據，經分析計算，哈爾濱地鐵車站的電涌保護器安裝最低要求為：在全線各站內的變電所低壓側進線柜處、車輛段和停車場的低壓柜、柴油發電機配電箱及各獨立建筑物總配電柜處，安裝第一級SPD，沖擊放電電流應≥12.5 kA（10/350 μs）或標稱放電電流60 kA（8/20 μs），建議第一級SPD采用開關型；全線各站內二、三級負載的分配電箱處、UPS機房配電箱處，以及在車輛段及停車場二、三級負荷的分配電箱處、UPS機房的配電箱處，安裝第二級SPD，標稱放電電流應≥40 kA（8/20 μs）；各站及車輛段及停車場第三級SPD應安裝在重要設備前端的分配電箱處，標稱放電電流應不小于20 kA（8/20 μs）（表1）。

表1　電源電涌保護器安裝要求

4.5信號電涌保護器

檢查相關設備信號防雷箱或信號SPD的設置；測量信號防雷箱或信號SPD與LEB或接地端子之間的過渡電阻值。

4.6牽引電源

檢查車站、車輛段變電所牽引電源電涌保護器的設置；測量電涌保護器接地端的過渡電阻值。

5　變電所大地網接地阻抗檢測

地鐵變電所所處的地網屬于大地網范疇，用普通接地電阻測試儀測量的接地電阻不能真實反映地網的接地性能，因此地網測試應依據中華人民共和國電力行業標準DL/T 475—2006《接地裝置工頻測試導則》要求進行接地阻抗檢測。接地阻抗測試采用異頻大地網測試法。

5.1測量儀器及測量方法

圖1　大地網測試接線示意圖及測量裝置實物圖

使用的儀器為大型地網接地裝置測試儀，通過采用新型異頻交流電源，并采用微機控制和信號處理等措施，解決測試過程中的抗干擾問題，提高測試結果的精度和準確性，大大降低試驗人員的勞動強度和試驗成本，是傳統接地測量裝置的替代產品。根據現場勘查情況和試驗條件，選擇0.618直線法進行測量，接地測試點選在變電所的主變電總接地點處，記為G點，電流極為C點。電位極為P點，取dCG=5 D，dPG=0.618 dGC。電流線采用4 mm2多股銅絞線，電位線采用2.5 mm2多股銅絞線。

5.2電流極C位置的選定

選擇在距地鐵站地網邊緣約5 D處的綠化帶里打入4根1.2 m長的金屬電極，4根電極布成一個環網狀（類似一個小接地網），以減小回路電阻，增大注入電流。

5.3電位極P（零電位區域）位置的選定

根據DL/T 475-2006，電位極P的位置定在電流極C到地網G東邊緣0.618倍距離位置。首先在該位置測量，然后在此位置沿測量用電流極C與被測接地裝置G之間的連接線前后各自移動一次，每次移動的距離為電流線長度的5%，測量電壓極P與接地裝置G之間的電壓。確定三次測試值之間的相對誤差不超過5%，把中間位置作為測量用的電壓極P位置。在此位置打入1根電極作為電壓極。

5.4接地阻抗測試

根據圖1連接后，檢查電流極C和電位極P連接是否良好，將電源輸入口連接380 V、50 Hz三相交流電，選擇電流注入點即可以開始測量。采用異頻法以50 Hz為中心，改變測量的頻率進行測量50±5 Hz，50±4 Hz，50±3 Hz，50±2 Hz，50±1 Hz（儀器的頻率范圍為40-60 Hz）。記錄在不同電流和不同頻率下的接地阻抗值。

6　結論

（1）地鐵車站內電子通信系統極其復雜，涉及設備眾多，要想做好地鐵防雷的檢測工作，應總結其工作特點和傳輸特性進行分類處理，區分其同建筑物防雷的區別，制定出一套行之有效的檢測方案是保證檢測質量的關鍵。

（2）地鐵變電站的大地網檢測應注意：應嚴格按照圖紙計算地網的對角線長度，從而可以正確確定電壓極和電流極的位置及導線長度；地鐵站進出口人員流動較大，而大地網測試屬于帶交流電作業，因此應選擇夜間進行測試，同時檢測人員應做好安全防護工作。

文章編號：1002-252X（2016）02-0036-02

收稿日期：2016-3-1

第一作者簡介：張修典（1979-），男，黑龍江省依安縣人，齊齊哈爾大學，本科生，工程師.