既有線電氣化改造防雷接地施工質(zhì)量控制

陳星翰

（中鐵路安工程咨詢有限公司，天津 300171）

0 引言

綜合防雷接地系統(tǒng)是既有線設(shè)備可靠運(yùn)行的重要保障，主要涉及信號(hào)、電力、通信、接觸網(wǎng)等專業(yè)［1］，既有線電氣化改造的目標(biāo)是將道床、橋梁、隧道、建筑、站臺(tái)等各區(qū)域各專業(yè)設(shè)施的防雷接地系統(tǒng)貫穿連接，構(gòu)建形成一體化的防雷接地系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)支持下，既有線各設(shè)施之間的接地有效連接，可有效緩解原本存在的接地電阻較高問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化接地場(chǎng)坪尺寸，節(jié)約成本；還可避免電位差存在于各專業(yè)設(shè)施之中，有效提升設(shè)備的可靠性與維保人員的安全性。賈鋒華［2］指出四電集成防雷接地是解決雷電電磁干擾問(wèn)題的重要措施，信號(hào)、通信、電氣化、信息等設(shè)備需要建立統(tǒng)一的接地系統(tǒng)；相關(guān)研究表明，既有線在電氣化防雷接地施工過(guò)程中需積極推進(jìn)四電集成綜合防雷接地改造。為避免改造工程對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行造成干擾，對(duì)施工期間各施工項(xiàng)目的質(zhì)量控制進(jìn)行研究，提出施工質(zhì)量控制措施。

1 既有線綜合防雷接地系統(tǒng)改造工程概況

為確保既有電氣化改造順利實(shí)施，對(duì)綜合防雷接地系統(tǒng)需要開(kāi)展的工程內(nèi)容進(jìn)行分析如下：

（1）施工單位需要掌握防雷接地相關(guān)的技術(shù)措施，施工區(qū)間需要基于綜合治理與整體防護(hù)的思路推進(jìn)各專業(yè)項(xiàng)目施工的協(xié)同開(kāi)展。

（2）針對(duì)接地網(wǎng)優(yōu)化接地電阻。

（3）針對(duì)雷電過(guò)電壓情況，增強(qiáng)鋼軌周邊設(shè)施的抗干擾水平。

（4）線路新建桿塔區(qū)域，針對(duì)四電設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以規(guī)避反擊問(wèn)題。

（5）四電設(shè)備用房要從法拉第籠方面優(yōu)化機(jī)房的屏蔽網(wǎng)絡(luò)。

（6）選擇更適宜的浪涌保護(hù)器優(yōu)化信號(hào)樓的防雷能力。

（7）需要實(shí)現(xiàn)通信線路與電源線路的屏蔽隔離［3］。

（8）需要做好等電位連接工作。

綜合防雷接地系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 綜合防雷接地系統(tǒng)構(gòu)成

2 主要施工質(zhì)量控制措施

2.1 防雷分線柜

防雷分線柜的可靠運(yùn)行需要在溫度、振動(dòng)、濕度、氣壓等方面［4］滿足一定的環(huán)境要求。防雷分線柜施工質(zhì)量控制流程見(jiàn)圖2。

圖2 防雷分線柜質(zhì)量控制流程

2.1.1 運(yùn)行環(huán)境

設(shè)備運(yùn)行期間，應(yīng)確保在-10～55℃溫度范圍內(nèi)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定；同時(shí)，結(jié)合科技運(yùn)〔2008〕36號(hào)文［5］技術(shù)條件要求，應(yīng)做好振動(dòng)測(cè)試工作，確保設(shè)備機(jī)械性能良好；確保設(shè)備能夠在106 kPa及以上氣壓環(huán)境中運(yùn)行，同時(shí)避免設(shè)備在25℃時(shí)90%相對(duì)濕度以下出現(xiàn)無(wú)法正常工作的情況；還需要避免導(dǎo)電性塵埃和具有腐蝕性、易燃性的氣體存在于設(shè)備周邊。

2.1.2 安全防護(hù)性

施工人員需要基于0.1 Ω的連接電阻標(biāo)準(zhǔn)確保柜體接地的連接牢固性，并將標(biāo)識(shí)張貼于接地點(diǎn)附近區(qū)域，同時(shí)需要按照GB/T 5169.14—2017［6］要求對(duì)非金屬材料在柜內(nèi)的防火等級(jí)進(jìn)行控制，確保其達(dá)到V-0級(jí)別。此外，施工人員需要針對(duì)施工完成的設(shè)備做好爬電距離和電氣間隙測(cè)試工作，避免存在5.6 mm以內(nèi)的爬電情況以及2 mm以內(nèi)的電氣間隙，并確保非放電情況下，不存在防雷接地部件對(duì)地導(dǎo)通的問(wèn)題缺陷。

2.1.3 結(jié)構(gòu)功能

防雷分線柜應(yīng)能夠針對(duì)模塊故障等異常情況發(fā)出遠(yuǎn)程告警和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信號(hào)；能夠有效防護(hù)過(guò)電流、過(guò)電壓等問(wèn)題。設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控可借助通線串口來(lái)實(shí)現(xiàn)，并基于TB/T 2311—2017［7］要求對(duì)浪涌保護(hù)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確保其采用壓敏電阻、組合式模塊串聯(lián)放電管的結(jié)構(gòu)形式。

2.1.4 配線工藝

（1）走線、安裝。施工人員需要確保所選型的防雷元器件能夠在柜內(nèi)有效安裝，并按照豎排方式做好布局規(guī)劃工作。為便于電力檢修，防雷分線柜需要避免從靜電地板下方直接走線，應(yīng)配置專用的電纜走線槽，避免進(jìn)出線混雜，做好分線工作。在防雷接地系統(tǒng)接線施工過(guò)程中，需要確保線路具有阻燃能力，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做好走線規(guī)劃，避免走向變化較多或預(yù)留線纜較長(zhǎng)等情況，并基于TB/T 2311—2017做好浪涌保護(hù)器選型和安裝工作。

（2）設(shè)備接地。為避免接地線混接匯流排，屏蔽接地、保護(hù)接地以及防雷接地需獨(dú)立與總接地排進(jìn)行可靠連接；在柜體兩側(cè)布置分線端子和防雷元器件，借助跳線實(shí)現(xiàn)端子與設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)有效隔離；分線柜端子與浪涌保護(hù)器引接線長(zhǎng)度不應(yīng)大于0.5 m，浪涌保護(hù)器與被保護(hù)設(shè)備端子的連接線截面積不應(yīng)小于1.5 mm2；浪涌保護(hù)器等防雷元器件需要借助接地銅排進(jìn)行接地連接，線槽中的線孔直徑需要在7 mm以內(nèi)，形狀為圓形，并采取相應(yīng)的屏蔽措施規(guī)避信號(hào)線與防雷接地線在相同線槽內(nèi)的干擾情況；將護(hù)線套加裝于孔洞區(qū)域，如過(guò)線孔等，并根據(jù)線纜兩端走向情況張貼或懸掛相應(yīng)的標(biāo)識(shí)牌。此外，借助印制板連接遙信端子，提升連接可靠性。

2.2 電源防雷箱

電源防雷箱需要滿足一定環(huán)境下的可靠運(yùn)行需求，主要包括溫度、振動(dòng)、濕度、氣壓等方面的要求。電源防雷箱施工質(zhì)量控制流程見(jiàn)圖3。

圖3 電源防雷箱施工質(zhì)量控制流程

2.2.1 環(huán)境適應(yīng)性

設(shè)備需要滿足在-10～40℃溫度范圍內(nèi)、106 kPa及以上氣壓環(huán)境下、323～437 V的交流電壓供給情況下正常運(yùn)行；同時(shí)避免設(shè)備在25℃時(shí)90%相對(duì)濕度以下出現(xiàn)無(wú)法正常工作的情況；還需要避免導(dǎo)電性塵埃和具有腐蝕性、易燃性的氣體存在于設(shè)備周邊；結(jié)合科技運(yùn)〔2008〕36號(hào)文［5］技術(shù)條件要求，做好振動(dòng)測(cè)試工作，確保設(shè)備機(jī)械性能良好。

2.2.2 電氣性能

施工人員需要按表1數(shù)據(jù)做好防雷箱選型和電氣參數(shù)測(cè)試工作，確保其電氣性能符合鐵路四電防雷接地系統(tǒng)的運(yùn)行需求。

表1 電源防雷箱電氣性能

2.2.3 功能要求

（1）異常報(bào)警功能。防雷箱應(yīng)能夠針對(duì)模塊故障等異常情況發(fā)出遠(yuǎn)程告警和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信號(hào)，能夠有效預(yù)防雷電引發(fā)的過(guò)電流、過(guò)電壓等問(wèn)題。

（2）供電監(jiān)控功能。應(yīng)能夠有效監(jiān)測(cè)電源供電情況，在電源浪涌保護(hù)器的引接線上，應(yīng)串聯(lián)斷路裝置，防止浪涌保護(hù)器故障時(shí)引起系統(tǒng)供電中斷。當(dāng)斷路裝置動(dòng)作或浪涌保護(hù)器故障時(shí)，應(yīng)有聲光告警，便于工作人員能夠查看防雷箱設(shè)備電源是否正常供電、浪涌保護(hù)器有無(wú)異常情況、雷電泄流具體頻次等。

（3）外殼防護(hù)功能。設(shè)備外殼應(yīng)按照GB/T 4208—2017［8］要求，基于IP20的防護(hù)等級(jí)做好相關(guān)防護(hù)措施，同時(shí)需要確保防雷部件在非放電情況下為斷路狀態(tài)，接地電阻測(cè)試結(jié)果應(yīng)在1 000 MΩ以上，在放電情況下為短路接地狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下級(jí)元器件的有效防護(hù)。

2.3 綜合防雷接地系統(tǒng)

2.3.1 屋面避雷網(wǎng)、避雷帶、引下線施工

（1）屋面避雷網(wǎng)敷設(shè)施工時(shí)，材料應(yīng)選取合理、焊接間距要適宜、焊縫處應(yīng)飽滿無(wú)缺陷。材料采用25 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼，鍍鋅厚度為20～60 μm，施工時(shí)按照3 m×3 m網(wǎng)格形狀構(gòu)建避雷網(wǎng)（見(jiàn)圖4）；同時(shí)，避雷帶采用直徑不小于8 mm的熱鍍鋅圓鋼，高于屋面0.15 m，避雷帶與避雷網(wǎng)的連接采取間隔3 m焊接的方式，間隔合理，以熱鍍鋅圓鋼作為支撐柱確保避雷帶的穩(wěn)定。避雷網(wǎng)敷設(shè)過(guò)程中應(yīng)提前將4～6根引下線布置于外墻周邊，便于后續(xù)引下線敷設(shè)施工。各焊接處焊縫應(yīng)飽滿，不得有虛焊、夾渣、咬肉、氣孔等缺陷，用角磨機(jī)將每個(gè)焊點(diǎn)打磨平滑后，刷2遍銀粉漆做防銹處理。

（2）引下線施工時(shí)，材料應(yīng)選取合理、焊接間距要適宜、焊縫處應(yīng)飽滿無(wú)缺陷。選擇熱鍍鋅圓鋼，直徑不小于12 mm，必要時(shí)可用熱鍍鋅扁鋼作為替代，熱鍍鋅扁鋼截面積不應(yīng)小于100 mm2，厚度不應(yīng)小于4 mm。引下線作為連接接地線與避雷帶的重要線路，應(yīng)與其他電氣線路保持1 m以上的安全間隔。同時(shí)，為防止出現(xiàn)引下線移出的情況，施工中應(yīng)按照不大于2 m的間隔布置固定卡釘。焊接避雷帶與引下線的過(guò)程中，應(yīng)保證其外觀平直，避免出現(xiàn)90°以上的彎折，從而影響焊接質(zhì)量。引下線下端采取相同方式焊接到接地網(wǎng)上［9］，各焊接處焊縫應(yīng)飽滿，不得有虛焊、夾渣、咬肉、氣孔等缺陷，用角磨機(jī)將每個(gè)焊點(diǎn)打磨平滑后，做好防腐處理。

（3）基礎(chǔ)地網(wǎng)敷設(shè)施工時(shí)，設(shè)置合適的鋼筋基礎(chǔ)地網(wǎng)、布置符合要求的接地體、焊接做好防腐處理。施工人員需要合理應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)鋼筋，確保基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)能夠組成3 m以內(nèi)網(wǎng)格密度的基礎(chǔ)地網(wǎng)。在四電房屋周邊，施工人員需要將40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼以0.7 m以上的深度埋設(shè)于房屋周邊，將間隔外墻1 m以內(nèi)的區(qū)域作為水平接地體以滿足環(huán)形接地裝置的工作要求。在接地電阻或引下線無(wú)法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，則需要增設(shè)垂直接地體。此外，環(huán)形接地裝置需要通過(guò)焊接的方式與房屋周邊主筋連接，焊接間距應(yīng)在5～10 m，各焊接部位應(yīng)刷涂瀝青漆做好防腐處理。

2.3.2 室內(nèi)屏蔽網(wǎng)施工

（1）屏蔽籠構(gòu)建。信號(hào)通信設(shè)備機(jī)房（信號(hào)機(jī)械室或信號(hào)樓）6面屏蔽網(wǎng)（墻、頂、地面）應(yīng)閉合，構(gòu)成法拉第屏蔽籠（包括窗、門(mén)），屏蔽籠可與墻內(nèi)主筋或水平接地體多處連接。施工中要合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)鋼筋實(shí)現(xiàn)屏蔽網(wǎng)的構(gòu)建，嚴(yán)格按要求做好接地樁與墻內(nèi)主筋的連接工作［10］。

（2）墻體主筋焊接施工及防銹處理。房屋結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架時(shí)，在外墻混凝土內(nèi)使用直徑不小于12 mm的鋼筋焊接成不大于5 m×5 m的網(wǎng)格。圓鋼采用全縫焊接時(shí)，搭接長(zhǎng)度應(yīng)為其直徑的6倍（7.5 cm）；若采用單縫焊接時(shí)，搭接長(zhǎng)度應(yīng)延長(zhǎng)至12 cm，焊好后敲掉焊渣，刷涂防銹漆。豎向主筋上部應(yīng)與頂面鋼筋焊接、下部應(yīng)與地面鋼筋全縫焊接，焊接部位應(yīng)刷涂防銹漆做防銹處理。

（3）法拉第籠焊接施工及防腐處理。使用直徑不小于8 mm的熱鍍鋅圓鋼作為法拉第籠屏蔽網(wǎng)主筋，形成連續(xù)電氣通路。其余部位鋼筋焊成0.6 m×0.6 m的網(wǎng)格作為法拉第屏蔽籠。采用全縫焊接時(shí)，圓鋼接續(xù)（拐角）處的搭接長(zhǎng)度不小于其直徑的6倍（5 cm）；若采用單縫焊接時(shí)，搭接長(zhǎng)度應(yīng)延長(zhǎng)至8 cm。同時(shí)，0.6 m×0.6 m的鋼筋網(wǎng)格與5 m×5 m的鋼筋網(wǎng)格結(jié)合處應(yīng)采用全縫焊接，所有焊接部位均應(yīng)刷涂防銹漆做防銹處理。

（4）室內(nèi)門(mén)窗屏蔽網(wǎng)材質(zhì)和尺寸需符合要求。對(duì)于窗和玻璃隔斷的屏蔽，應(yīng)采用截面積不小于9 mm2、網(wǎng)孔小于80 mm×80 mm的鋁合金網(wǎng)，并用不小于16 mm2的軟銅線與地網(wǎng)或屏蔽層可靠連接；對(duì)于門(mén)的屏蔽，采用金屬防火防盜門(mén)，并用不小于16 mm2的軟銅線（包熱縮帶）與地網(wǎng)或屏蔽層進(jìn)行可靠連接。

（5）安裝防靜電地板，完成底部支架與室內(nèi)屏蔽網(wǎng)電氣連接。信號(hào)設(shè)備房地面宜鋪設(shè)防靜電地板，應(yīng)根據(jù)房間形狀、室內(nèi)設(shè)備的布置、活動(dòng)地板數(shù)量，設(shè)計(jì)鋪裝方案。防靜電地板的絕緣電阻不得小于105Ω，載重應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙要求。防靜電地板的各支架間應(yīng)可靠連接，并與墻面屏蔽籠冷壓栓接或焊接，連接點(diǎn)間距不應(yīng)大于5 m。栓接（焊接）采用40 mm×0.2 mm銅箔帶鋪設(shè)成與防靜電地板方格相同的網(wǎng)格，銅箔網(wǎng)格交叉點(diǎn)應(yīng)施焊或與支座卡接，安裝示意見(jiàn)圖5。

圖5 靜電地板底端銅箔安裝示意圖

（6）室內(nèi)墻體接地板的引出。當(dāng)信號(hào)設(shè)備房地面未鋪設(shè)0.6 m×0.6 m的鋼筋網(wǎng)格時(shí)，至少應(yīng)在墻內(nèi)側(cè)每個(gè)墻角處從墻內(nèi)鋼筋引出接地板供防靜電地板連接使用，引出的接地板間距不大于5 m，接地板引出點(diǎn)距地面高度為0.1 m。

（7）不同樓層屏蔽網(wǎng)的連接。當(dāng)信號(hào)通信設(shè)備設(shè)置于不同樓層時(shí)，各層屏蔽網(wǎng)用不小于50 mm2絕緣電線、電纜焊接，連接處不少于2處。

2.3.3 綜合防雷施工

在防雷接地系統(tǒng)放線過(guò)程中，施工人員需要確保電力線纜具有阻燃能力，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做好走線規(guī)劃工作，避免走向變化較多或預(yù)留線纜較長(zhǎng)等情況出現(xiàn)，同時(shí)需要對(duì)線纜彎曲半徑進(jìn)行合理控制。各防雷接地裝置需要就近連接匯集接地線，連接線應(yīng)采用截面積1.5 mm2以上的多股銅導(dǎo)線，表層塑料統(tǒng)籌為黃綠色［11］。防雷保護(hù)裝置需要采用截面積1.5 mm2以上的二次線與被保護(hù)設(shè)備連接，同時(shí)需要將連接線長(zhǎng)度控制在0.5 m以內(nèi)，特殊情況下需要通過(guò)凱文接法等方式連接，避免接線出現(xiàn)1.5 m以上的情況。防雷保護(hù)裝置需要通過(guò)雙螺母栓接方式連接接地線，同時(shí)需要避免線纜長(zhǎng)度超出1 m，在布線區(qū)域需要設(shè)置標(biāo)明電纜走向的標(biāo)識(shí)牌［12］。

在穿越孔洞走線的過(guò)程中，施工人員需要做好絕緣防護(hù)工作，避免出現(xiàn)匯集線、引接線等與墻體發(fā)生短接等情況，并采用屏蔽埋地的方式敷設(shè)出入建筑的信號(hào)線、通信線、電力線等線纜，同時(shí)采取兩端接地的方式提升屏蔽效果，并避免在室外對(duì)15 m以內(nèi)的屏蔽電纜接地［13］。對(duì)于無(wú)屏蔽效果的線路，施工人員則需要布設(shè)金屬套管。若信號(hào)線纜穿過(guò)區(qū)域存在屏蔽層，布線人員則需要采取1 m以上的敷設(shè)間距，并確保線纜之間的平行性，在無(wú)法按要求開(kāi)展施工時(shí)，則可以合理應(yīng)用金屬套管敷設(shè)非屏蔽電纜或直接敷設(shè)屏蔽電纜，并做好線纜或金屬套管的接地工作，必要時(shí)可以接入接地匯集線或走線架。在敷設(shè)期間，需要避免出現(xiàn)出入線、高低頻線、電源信號(hào)線相互靠近的情況，施工人員要按照一定間隔做好電力線與信號(hào)線之間的平行敷設(shè)工作，必要時(shí)需要選用屏蔽電纜并做好屏蔽層接地工作，布置間距相關(guān)要求見(jiàn)表2。

表2 通信信號(hào)電纜與電力電纜的間距

2.3.4 綜合防雷接地施工質(zhì)量管理要求

在四電防雷接地改造施工之前，各專業(yè)需要組織綜合接口核查工作，避免圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工條件不符，同時(shí)需要及時(shí)針對(duì)接口分歧問(wèn)題做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)工作，確保防雷接地施工組織協(xié)調(diào)到位，分工合理有序，有效規(guī)避施工漏洞。監(jiān)理、工程技術(shù)人員需要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督管控力度，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)要求做好相關(guān)施工指導(dǎo)書(shū)的編制工作，確保施工人員經(jīng)過(guò)交底、培訓(xùn)能夠嚴(yán)格按照方案、指導(dǎo)書(shū)要求完成各項(xiàng)工作。此外，為了避免因材料質(zhì)量缺陷影響綜合防雷接地施工質(zhì)量，監(jiān)理、施工、供貨商等需要聯(lián)合做好用料質(zhì)量核驗(yàn)工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

既有線通信、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)等各專業(yè)之間的防雷接地集合改造工作關(guān)系到鐵路關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，通過(guò)論述避雷網(wǎng)、避雷帶、引下線、地網(wǎng)施工、屏蔽網(wǎng)施工及綜合防雷施工過(guò)程的質(zhì)量控制要點(diǎn)，對(duì)防雷接地中的接地體安裝、接地干線安裝、避雷引下線敷設(shè)以及避雷網(wǎng)安裝等防雷接地施工重難點(diǎn)進(jìn)行了介紹與分析。在改造施工過(guò)程中，施工人員需要嚴(yán)格按要求做好防雷接地裝置、線纜的選型工作，基于施工接口較多的問(wèn)題做好圖紙核驗(yàn)與施工組織工作，確保各項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)得到有效落實(shí)，推進(jìn)防雷接地改造施工的高質(zhì)量開(kāi)展。