雷電對城市軌道交通供電設(shè)備的危害及防雷整治探討

王濤，袁文，滕麗麗，潘德忠，崔海明，沈延輝

（1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司；2.寧波市氣象局，浙江 寧波 315000）

軌道交通供電設(shè)備主要由牽引變電所內(nèi)的變電設(shè)備以及接觸網(wǎng)輸電設(shè)備組成，高架段的接觸網(wǎng)輸電線路長年暴露于自然環(huán)境中并且沒有備份。一旦遭受到雷擊如果缺少過電壓保護(hù)措施或者采取的措施不當(dāng)，就有可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)的絕緣設(shè)備燒穿進(jìn)而導(dǎo)致線路跳閘，對軌道交通供電安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。如果雷擊產(chǎn)生的電流通過接觸網(wǎng)線傳輸?shù)较嘟臓恳冸娝?，勢必?huì)造成所內(nèi)供電設(shè)備的損壞，從而導(dǎo)致故障擴(kuò)大形成更大范圍的事故。因此，就需針對雷電對軌道交通供電設(shè)備的危害進(jìn)行研究，找到軌道交通供電設(shè)備的防雷整治措施顯得尤為重要。

1 軌道交通供電設(shè)備防雷存在的問題

1.1 缺乏相關(guān)的的防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國已發(fā)布實(shí)施的關(guān)于城市軌道的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約有90余項(xiàng)，其中國家標(biāo)準(zhǔn)35項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)60項(xiàng)，均沒有針對城市軌道交通防雷技術(shù)要求以及防雷裝置的檢測、維護(hù)和管理做出規(guī)定?，F(xiàn)有的軌道交通設(shè)計(jì)基本參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)執(zhí)行，但由于軌道交通建筑主體常常位于地下，長期以來，人們對軌道交通的防雷設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不像地面建筑那樣給予應(yīng)有的重視，特別是長期暴露在自然環(huán)境中的供電接觸網(wǎng)設(shè)備。一旦遭受雷擊或雷電波侵入，將危及軌道交通的運(yùn)輸秩序，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 防雷效果受限于防雷裝置

在城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備中，主要的防雷手段是安裝避雷器。而這其中氧化鋅避雷器因其具有良好的非線性性能和放電性能被廣泛使用，但氧化鋅避雷器由于制造工藝的緣故存在許多不足。比如，避雷器上最基本的組成材料的硅橡膠，易受到潮濕、老化等因素影響降低氧化鋅避雷器的實(shí)際防雷避雷效果。此外，氧化鋅避雷器尺寸不大，安裝過程中一旦方向出錯(cuò)不易被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致脫離器無法正常發(fā)揮其作用。

1.3 防雷裝置日常檢修不夠重視

目前，在軌道交通日常設(shè)備設(shè)施維護(hù)作業(yè)中,主要是針對供電設(shè)備本體運(yùn)行狀態(tài)檢查與維護(hù),基本上忽略了對防雷裝置的定期檢查,這樣就不會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)防雷裝置是否損壞，造成了整體的防雷效果不佳的隱患。此外，防雷裝置參數(shù)和接閃器等設(shè)施是否滿足現(xiàn)有線路設(shè)備對防雷需要缺乏專業(yè)性的測量鑒定。

2 軌道交通供電設(shè)備的防雷原則

2.1 整體防護(hù)

雷電造成的軌道交通供電設(shè)備的損害較為多樣和復(fù)雜，而且在無法準(zhǔn)確測定其毀傷的情況下，必須將單一防護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w防護(hù)，防止?fàn)恳话l(fā)動(dòng)全身的情況出現(xiàn)。

2.2 綜合治理

鑒于雷電會(huì)直接或者間接對軌道交通供電設(shè)備產(chǎn)生影響，因而要秉承綜合治理的原則，既要防范直接損害，也要防范間接影響，運(yùn)用多種多樣的防雷電技術(shù)，綜合使用防雷措施，有效減少雷電直接產(chǎn)生的高壓電損害和間接產(chǎn)生的電磁脈沖的損害。

2.3 層層設(shè)防

防雷應(yīng)當(dāng)在軌道交通規(guī)劃建設(shè)、日常維護(hù)的過程中均有體現(xiàn)。在建設(shè)的過程中，選擇適合的裝置進(jìn)行合理的安裝，在日常維護(hù)的過程中必須時(shí)刻監(jiān)控，如果發(fā)生故障，應(yīng)當(dāng)立刻檢修，確保防雷裝置的正常使用。

3 軌道交通供電設(shè)備的具體防雷整治措施

3.1 制定軌道交通行業(yè)的雷電標(biāo)準(zhǔn)

協(xié)同軌道交通行業(yè)各業(yè)主單位以及氣象主管部門共同制定城市軌道交通防雷技術(shù)規(guī)范，從理論基礎(chǔ)上規(guī)范城市軌道交通防雷的設(shè)計(jì)、施工、檢測與維護(hù)等，以便正確、安全、科學(xué)地開展城市軌道交通防雷裝置檢測技術(shù)工作。

軌道交通附屬設(shè)施較多且分散，線路較長，既有局部獨(dú)立進(jìn)行防雷，也有綜合統(tǒng)一防雷。根據(jù)線路所處地區(qū)發(fā)生雷電的頻率把防雷措施分為A、B、C三個(gè)等級，各個(gè)等級采取的不同防雷措施，如表1所示。

表1 供電設(shè)備防雷措施分類表

3.2 優(yōu)化防雷裝置布局

在參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)中明確需裝避雷器外，對易受雷擊高架段接觸網(wǎng)錨段加裝氧化鋅避雷器及電壓均衡器，確保不大于200m范圍內(nèi)設(shè)置一處避雷器。這樣一來，可以增加雷電能量釋放通道，降低因氧化鋅避雷器自身損壞導(dǎo)致整體防雷體系失效概率。

3.3 加強(qiáng)防雷裝置的日常維護(hù)工作

防雷裝置的日常維護(hù)工作是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、長期性、季節(jié)性的工作，需要設(shè)備歸屬部門對防雷設(shè)施進(jìn)行定期維護(hù)檢查，建立防雷裝置檢修臺賬,對于巡視中發(fā)現(xiàn)的裝置損壞等情況及時(shí)更換，確保日常維護(hù)落實(shí)到位。尤其是在雷雨季節(jié)，適當(dāng)增加巡視檢查密度，并在不斷發(fā)現(xiàn)問題的過程中完善檢修規(guī)則，形成綜合性的防雷體系，減少雷電給軌道交通供電設(shè)備的損害。此外，定期委托有資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行整體防雷效果檢測，確保防雷體系處于優(yōu)良狀態(tài)。

4 實(shí)際效果

參照國內(nèi)成功的雷電防護(hù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合寧波軌道交通防雷經(jīng)驗(yàn)，以寧波軌道交通1號線二期高架段防雷優(yōu)化為例，使用本研究提出的整體防雷措施，主要是優(yōu)化了防雷裝置布局以及加強(qiáng)季節(jié)性的巡檢工作。根據(jù)國際大電網(wǎng)會(huì)議第33研究委員會(huì)(電力系統(tǒng)絕緣配合)指出：復(fù)線線路牽引供電設(shè)備一年內(nèi)受到雷電擊中的次數(shù)N=0.244×Td×1.3，Td為當(dāng)?shù)氐哪甓绕骄妆┤諗?shù)。如表2所示。

表2 寧波地區(qū)軌道交通供電線路受雷擊故障表

由數(shù)據(jù)可知，近4年來雷電總次數(shù)有逐年下降的趨勢，2017年寧波地區(qū)的雷暴日為58天，使用公式N=0.244×Td×1.3得出線路受到雷擊次數(shù)為18.39次，根據(jù)SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，2017年全年因雷擊天氣引起的自動(dòng)重合閘等故障報(bào)警為12次，即因雷擊導(dǎo)致故障為η=（12/18.39）×100%=65.25%。2018年實(shí)施防雷措施改造后，計(jì)算雷電故障率分別為33.78%、29.19%、27.65%。說明采用優(yōu)化避雷器布局可在一定程度上減少雷擊造成的故障。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，系統(tǒng)性的防雷工作也越來越重要。本文就以軌道交通供電設(shè)備的防雷為研究對象，綜合分析了當(dāng)前軌道交通供電設(shè)備防雷存在的問題，并提出了軌道交通設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮直擊雷防護(hù)和雷擊電磁脈沖防護(hù)措施，從接閃器、引下線、接地裝置、屏蔽、等電位連接、綜合布線和SPD等多方面對城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)。最后，通過實(shí)際應(yīng)用取得了初步的成效，確保防雷裝置設(shè)置的合理性,為以后制定專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)打下良好的基礎(chǔ)。