杭州城市軌道交通防雷技術探討

李強，任勇

（杭州市氣象局，浙江 杭州 310051）

城市軌道交通是大城市公共交通的重要組成部分，為緩解交通擁堵，減少空氣污染起到越來越重要的作用。由于地鐵和軌道交通的客運量較大，且地鐵一般位于地下，一旦出現事故，將會帶來嚴重后果。雷電是城市軌道交通的重要威脅之一，2010 年，南京地鐵1 號線南延段雷擊接觸網和接觸網支柱導致接觸網斷裂；2018 年7 月26 日，上海地鐵1 號線因雷擊造成供電設備故障，運營受影響1 個半小時。因此，一個良好的防雷系統能夠為地鐵的正常平穩運行提供有力的保障。

1 杭州地鐵情況介紹

現在，杭州市軌道交通1 號線、2 號線、4 號線已陸續投入使用，其中2 號線與4 號線均為地下車站，1 號線含3個高架區間站。所有站點均已完成防雷裝置竣工驗收檢測，但在檢測過程中，發現部分設計思想與防雷設計規范要求不太貼合，針對杭州的氣象環境和地鐵建設的地理環境，本文從接地系統的設計、機房設備的等電位連接、電源及信號線路的布設、浪涌保護器的選擇、高架區間段和行人出入口的防直擊雷等幾個方面進行探討。

2 接地系統的設計

接地裝置時，整個地鐵運行系統安全的基礎，地鐵車站內的接地形式主要有信息系統接地、用電設備工作接地、保護性重復接地、防直擊雷接地等。在一般情況下，這些接地系統宜采用共用的接地系統，并作等電位連接。接地電阻大小要求，按照所接入接地系統的最小要求確定。當有設備需要特別要求單獨接地時應注意其獨立接地體與共用接地體間距離，以防反擊。為防止強電與弱電之間的串擾，從基礎接地引出總等電位排，一般預留10 個點（2 個備用），強、弱電系統的接地母排（每組不少于二根）應從接地網的不同點引出，且強、弱電接地母排引出點應間隔20m 以上的距離。車站接地系統如圖1 所示。

3 機房內設備等電位連接分析

圖1 車站地網系統圖

地鐵采用的是TN-S 供電，地線和零線在進戶處才進行了區分，這樣就導致零線中可能產生電壓，所產生的電壓會對設備的接地產生干擾。面對這種干擾，可以將機房內的弱電設備及其他設備金屬外殼采用M 型與S 型混合接地的方式，就近與等電位接地排連接，等電位連接排與建筑時預留的局部等電位排連接；機柜外殼接地后，內部設備的外殼應該就近連接至機架上。涉及電源浪涌保護器的防雷接地，應當在機柜內設置單獨的地排，此地排與機柜絕緣，安裝絕緣腳子。防雷地排的接地引專線至等電位連接排。強電與弱電的等電位連接排分開設置，其連接導線穿管敷設，穿管接地。

4 設備電源及信號線路屏蔽設計

4.1 設備損壞形式

現代電子設備、用電裝置都需要多外殼和保護地線進行重復接地，進行接地后其自身電位與接地裝置相同，設備運行時電位隨接地裝置變化而變化。地鐵線路較長，車站較多，所有車站通過各種線路與設備連成一個整體，接地電位很容易受其他設備影響（如設備損壞、短路等），在這些正常運行設備與外接線路之間發生反擊，造成設備損壞。其主要表現在：（1）進出設備機房的信號、控制、電源、橋架等線路與連接在其上的其他設備；（2）從室外進入室內的各種管線；（3）接地裝置所處環境周圍因遭受雷擊地電位升高等。

4.2 采取措施

各種線路應最大范圍的不在雷電感應范圍內，對雷電感應敏感的線路采取合理雙層屏蔽（外層屏蔽層接地網與內層屏蔽層接地網互相獨立、內層與進戶地網適當作等電位連接）。穿越防雷區的電源線應穿鋼管或屏蔽管敷設，穿管在入戶處與局部等電位排連接，在前端與引線處機房等電位排連接。信號線路在金屬橋架內敷設，電源線與信號線穿管間距離不宜小于20cm。信號線路屏蔽層應接地，在線纜的出線端和入線端均應接地。采取光纜傳輸的光纜加強芯也應接地。線纜走線應盡量的平直，避免大角度彎折，應盡量減少電纜自身形成的感應環面積。

5 電源系統浪涌保護器能量配合

在變壓器低壓側裝一組采用Ⅰ級實驗的浪涌保護器。在重要的弱電機房、控制系統、風機系統、照明系統等用電配電箱裝設置相匹配的電源SPD。進出LPZ0 區與LPZ1 區的各種信號與電源線路等在交接處或者前后端設備箱內設置相匹配的電源SPD。所有安裝的電源SPD 應自帶失效保護提醒裝置，工作人員應定期巡查，發現故障及時排除。機房內浪涌保護器安裝方式如圖2 所示。

圖2 機房浪涌保護器安裝系統圖

6 高架區間段觸網的直擊雷防護

6.1 絕緣水平

為保證接觸網的抗雷擊過電壓的能力，最直接的辦法是提高接觸網絕緣水平，但過度提高絕緣水平又會造成工程投資的無謂增加。杭州地鐵采用DC1500V 供電，根據IEC 相關標準，DC1500V 接觸網絕緣子的絕緣水平一般要求其爬距不小于120mm。根據國內相關地鐵建設經驗，杭州地鐵1 號線工程地面及高架區段接觸網采用爬距不小于250mm 的防污型瓷質絕緣子，其技術指標如表1 所示。

表1 防污型瓷質絕緣子技術表

絕緣子雷電沖擊耐壓值達100kV 以上，其絕緣水平能夠滿足杭州地區的要求。

6.2 直擊雷防護

高架區間處于LPZ0 區，可能遭受直擊雷擊。應設置防直擊雷保護裝置，當材料滿足條件，絕緣能達到擊穿限度時，可以利用觸網的架空地線和觸網支撐桿作為接閃裝置。觸網架空接地線在材料滿足條件是可作為接閃線。架空地線每隔200m 左右通過地電壓均衡器接地。地電壓均衡器正常運行時防止雜散電流向地鐵外部擴散，在發生雷擊事故時，能瞬時將架空地線和接觸網接地側設備（橋墩地網）短接。

6.3 避雷器選擇

高架區間段避雷器主要選擇氧化鋅為主，安裝時應增加與觸網桿絕緣的絕緣腳子，防止點位反擊，安裝距離視地理環境及桿間距離而定，在相對高度較高時應減少距離，原則上每兩個避雷器之間間距不少于300m。接觸網在高架區間段結束，進入隧道口設置避雷器，此處避雷器接地應注意不能利用隧道內強電接地，仍需就近與橋墩基礎進行連接。地面及高架區段接觸網的避雷器、地電壓均衡器等設備均設置接地體，接地電阻不大于10Ω。

7 行人出入口及無障礙電梯的直擊雷防護

7.1 出入口防直擊雷

7.2 無障礙電梯防直擊雷

（1）處于LPZ0B 區的無障礙電梯。處于接閃器保護范圍內的無障礙電梯可以不采取防直擊雷措施，因其直接進入地鐵地下層，可利用地鐵接地系統，將電梯龍骨鋼架與接地裝置進行等電位連接。

（2）處于LPZ0A 區的無障礙電梯。處于馬路邊或者空曠地帶，無接閃器保護的無障礙電梯可利用電梯支撐鋼架作為接閃器，宜采用獨立的接地裝置，引下線及接地裝置做法可按照地鐵出入口方式設計安裝。

8 結語

根據地鐵設備安裝的特性，本文總結了幾種關鍵的防雷技術并得出以下結論：（1）作為防雷的關鍵，應充分考慮設備運行的性質，及其所處的環境，不能生搬硬套規范做法；（2）地鐵系統防雷應考慮側重點，從接閃、卸流、防反擊等方面綜合分析；（3）需要考慮防雷的投入成本及其影響程度之間關系，在降低風險的同時保證經濟合理。在不斷的防雷檢測和施工過程中，專業人員應當積累實踐知識，提升研究水平，為城市軌道安全運行保駕護航。