軌道交通系統(tǒng)的防雷安全*

宋平健，李京校(北京市避雷裝置安全檢測(cè)中心，北京　100089)

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軌道交通系統(tǒng)的防雷安全*

宋平健，李京校
(北京市避雷裝置安全檢測(cè)中心，北京100089)

宋平健(1957—)，男，高級(jí)工程師，從事建筑物及電子系統(tǒng)的雷電防護(hù)工作。

摘要:分析了軌道交通系統(tǒng)雷擊事故的原因，概述了完善軌道交通系統(tǒng)防雷安全的工程技術(shù)措施和防雷安全管理措施。建議軌道交通系統(tǒng)的防雷安全應(yīng)落實(shí)防雷裝置檢測(cè)與維護(hù)制度，并制定雷電應(yīng)急預(yù)案，確保軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞:高鐵;地鐵;接觸網(wǎng);防雷安全

李京校(1983—)，男，工程師，從事建筑物及電子系統(tǒng)的防雷工作。

0　引言

隨著我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高速鐵路、城市軌道交通等交通業(yè)態(tài)發(fā)展迅速，給人們的出行帶來(lái)極大的快捷與方便，同時(shí)大風(fēng)、濃霧、暴雨等惡劣天氣現(xiàn)象對(duì)交通的影響也日漸突出。高鐵、動(dòng)車(chē)會(huì)因雷擊失去動(dòng)力或控制失效而停車(chē)，城市軌道交通也會(huì)因雷電停運(yùn)或降速運(yùn)行。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市軌道交通線(xiàn)路逐步向新城延伸，如何有效降低雷電風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

1　鐵路交通

1.1雷擊原因分析

高速列車(chē)停車(chē)、晚點(diǎn)很多都與雷電天氣有關(guān)，主要因接觸網(wǎng)設(shè)備的耐雷水平較低，信號(hào)及控制系統(tǒng)耐受雷電感應(yīng)過(guò)電壓沖擊水平差。

(1)雷擊接觸網(wǎng)，可導(dǎo)致接觸網(wǎng)的損壞或斷電。由于給列車(chē)饋電的接觸網(wǎng)架空設(shè)置，接觸線(xiàn)、承力索是沿線(xiàn)路最高的金屬體，因此遭受直接雷擊的幾率最高。雷電擊中接觸線(xiàn)或承力索時(shí)，雷電流向雷擊點(diǎn)的前后兩個(gè)方向傳輸，使導(dǎo)線(xiàn)電位抬升，當(dāng)電壓超過(guò)支撐絕緣子的沖擊放電電壓時(shí)，絕緣子閃絡(luò)、短路。另外，雷擊支柱或回流線(xiàn)時(shí)，雷擊點(diǎn)的阻抗使其對(duì)地電位大大升高，當(dāng)電壓超過(guò)線(xiàn)路絕緣子的耐沖擊電壓水平時(shí)，支柱頂部或回流線(xiàn)對(duì)接觸線(xiàn)或承力索放電，發(fā)生反擊。雷電流的熱效應(yīng)、電動(dòng)力效應(yīng)可引起接觸線(xiàn)承力索或回流線(xiàn)的熔斷、切斷，當(dāng)雷電流傳到變電所時(shí)還有可能引發(fā)跳閘。

(2)雷電流導(dǎo)致鋼軌電位升高，若維護(hù)檢修人員在鋼軌附近行走，就有可能由于跨步電壓的存在而引起人體觸電。另外，雷電流在鋼軌上引起的電位急劇升高，可對(duì)軌道附近的信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器、轉(zhuǎn)轍器等電子電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的威脅。

(3)車(chē)站建筑物遭雷擊，可導(dǎo)致車(chē)站內(nèi)列車(chē)的監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障。雷擊車(chē)站建筑物或車(chē)站附近地面時(shí)，雷電電磁脈沖作用于連接站內(nèi)外的各類(lèi)線(xiàn)路，引起與站外信號(hào)、監(jiān)測(cè)、通信、控制裝置相連接的室內(nèi)設(shè)備端口誤動(dòng)作甚至損壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行列車(chē)的有效監(jiān)控。

1.2雷電安全防護(hù)措施

雷電防護(hù)措施可從以下幾個(gè)方面完善:

(1)完善接觸網(wǎng)的雷電防護(hù)措施，包括增加支柱接地點(diǎn)的數(shù)量，降低支柱的接地電阻值，增設(shè)饋電線(xiàn)路避雷器，以及架設(shè)避雷線(xiàn)等［3］。目前接觸網(wǎng)支柱多采用利用回流線(xiàn)作閃絡(luò)保護(hù)的集中接地方式，接地點(diǎn)數(shù)量少、接地電阻較大是接觸網(wǎng)耐雷水平偏低、支柱燒傷閃絡(luò)的主要原因。降低接地電阻值，可以有效降低雷電流在接地體上的電壓降，減少絕緣子閃絡(luò)及對(duì)接觸線(xiàn)反擊的發(fā)生概率。通過(guò)縮短兩個(gè)接地點(diǎn)之間的距離或增加接地點(diǎn)的數(shù)量，可以降低雷電流在線(xiàn)路上的感應(yīng)電壓，提高線(xiàn)路的耐雷水平。

在降低支柱接地電阻值困難的山坡、山地風(fēng)口處，土壤電阻率高的區(qū)段以及土壤電阻率變化大的水陸交接區(qū)段，接觸網(wǎng)安裝適配的避雷器，可降低線(xiàn)路上的雷電過(guò)電壓，防止或減少變電所頻繁跳閘，同時(shí)減小雷電對(duì)人員、信號(hào)設(shè)備及易燃可燃物品的威脅。

線(xiàn)路經(jīng)過(guò)多雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)［4］的區(qū)段，應(yīng)在接觸網(wǎng)上方的適當(dāng)位置和高度設(shè)置避雷線(xiàn)，利用避雷線(xiàn)對(duì)其下方空間的屏蔽功能，減少對(duì)支柱及接觸線(xiàn)(包括承力索)的直接雷擊。同時(shí)，由于避雷線(xiàn)與承力索(接觸線(xiàn))間的耦合作用，可降低在接觸線(xiàn)上產(chǎn)生的雷電感應(yīng)電壓。

(2)完善鋼軌附近電子電氣設(shè)備及車(chē)站主控室內(nèi)設(shè)備的防雷，綜合運(yùn)用屏蔽、接地、等電位聯(lián)結(jié)等措施。屏蔽的線(xiàn)纜或普通線(xiàn)纜敷設(shè)在金屬線(xiàn)槽內(nèi)以及設(shè)備金屬殼體的接地，可以減弱雷電電磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備及線(xiàn)路的雷電感應(yīng);在機(jī)房建立等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)，各設(shè)備的金屬外殼連接在一個(gè)近似的等電位面上，可降低設(shè)備間的電位差;在電源線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路的端口安裝適配的電涌保護(hù)器(Surge Protective Device，SPD)，分流沿線(xiàn)路進(jìn)入的雷電流，限制線(xiàn)路出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓，保護(hù)設(shè)備的端口。

(3)完善雷電預(yù)警機(jī)制，及早防范。在鐵路沿線(xiàn)建立以閃電定位系統(tǒng)、大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主要監(jiān)測(cè)手段的雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)沿線(xiàn)附近正在發(fā)生的或向鐵路沿線(xiàn)靠近的雷電天氣提前預(yù)警、預(yù)報(bào)。

2　城市軌道交通

2.1雷擊原因分析

地鐵作為人員密集、機(jī)電和電子系統(tǒng)高度集中的工程建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)雷電活動(dòng)非常敏感。根據(jù)雷電放電的特點(diǎn)，高架線(xiàn)路的車(chē)站、列車(chē)及接觸網(wǎng)，地面停車(chē)場(chǎng)、車(chē)輛段以及地下站的出入口、冷卻塔等易成為雷擊的對(duì)象。雷電對(duì)列車(chē)地面線(xiàn)路接觸網(wǎng)的影響最為突出，在造成接觸網(wǎng)物理?yè)p壞的同時(shí)，對(duì)列車(chē)饋電系統(tǒng)也帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。另外，雷電擊中車(chē)站、高架區(qū)間、接觸網(wǎng)及線(xiàn)路的附近區(qū)域，在導(dǎo)致建(構(gòu))筑物物理?yè)p毀的同時(shí)，對(duì)雷電極為敏感的信號(hào)、通信、綜合監(jiān)控、自動(dòng)售檢票、屏蔽門(mén)等系統(tǒng)也同時(shí)受到嚴(yán)重威脅。

2.2地鐵系統(tǒng)的防雷安全措施

地鐵雷電防護(hù)應(yīng)注意以下方面:

(1)采用接觸網(wǎng)饋電的高架區(qū)間及地面區(qū)間，雷電防護(hù)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求:“地上區(qū)段架空接觸網(wǎng)應(yīng)設(shè)置避雷器，其間距不應(yīng)大于300 m。在隧道入口和為地上線(xiàn)接觸網(wǎng)供電的隔離開(kāi)關(guān)處應(yīng)設(shè)置避雷器?！痹诘孛鎱^(qū)段、高架橋區(qū)段，架空地線(xiàn)應(yīng)每隔200 m設(shè)置火花間隙;架空地線(xiàn)可兼作避雷線(xiàn)。避雷器與火花間隙的工頻接地電阻不應(yīng)大于10 Ω。高架橋梁應(yīng)利用橋墩作防雷接地裝置。

(2)采用接觸軌饋電的高架及地面區(qū)間牽引電源，除了在牽引變電室的正、負(fù)母線(xiàn)柜和車(chē)站端頭開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)置專(zhuān)用SPD外，建議分別在接觸軌和走行軌上按一定的間隔(如200 m)交錯(cuò)對(duì)地安裝雷電流放電器件或類(lèi)似功能的SPD，增加雷電流就近泄放入地通道，降低軌道與道床之間的電位差，保護(hù)軌道對(duì)道床的絕緣，降低雷電高電位對(duì)軌道旁的信號(hào)設(shè)備、通信設(shè)備的影響［6］。

(3)信號(hào)、通信、綜合監(jiān)控、屏蔽門(mén)等電子系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)綜合運(yùn)用屏蔽、接地、等電位聯(lián)結(jié)、SPD等雷電防護(hù)措施，減小沿電源線(xiàn)路及信號(hào)線(xiàn)路進(jìn)入室內(nèi)的雷電流，減弱雷電電磁場(chǎng)對(duì)設(shè)備及線(xiàn)路的感應(yīng)，均衡各系統(tǒng)、各設(shè)備之間的電位差，限制線(xiàn)路出現(xiàn)過(guò)電壓。

(4)車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)、車(chē)站出入口、風(fēng)亭以及冷卻塔等地面建(構(gòu))筑物或電氣設(shè)備，嚴(yán)格按GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求采取防雷措施。

3　防雷安全管理

為使防雷裝置和防雷措施發(fā)揮作用，需強(qiáng)化防雷安全管理。

(1)軌道交通系統(tǒng)的防雷安全應(yīng)從工程建設(shè)的源頭抓起。新建線(xiàn)(場(chǎng)、段、站)應(yīng)采取有效的防雷技術(shù)措施，防雷裝置的設(shè)置及防雷措施的運(yùn)用應(yīng)納入技術(shù)審查及監(jiān)管范圍，雷電防護(hù)工程與其他相關(guān)主體工程應(yīng)同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收。

(2)建立健全防雷裝置檢測(cè)制度。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，投入使用后的防雷裝置應(yīng)定期檢測(cè)，建(構(gòu))筑物及電子系統(tǒng)防雷裝置應(yīng)每年檢測(cè)一次［8］。防雷檢測(cè)應(yīng)在雷雨季節(jié)前完成。

(3)管理部門(mén)應(yīng)強(qiáng)化對(duì)防雷安全工作的管理。如建立雷電預(yù)警系統(tǒng)，健全雷電防護(hù)應(yīng)急預(yù)案，安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)防雷裝置的日常維護(hù)，及時(shí)檢查防雷裝置的狀態(tài)，對(duì)存在的隱患及出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)排除。

4　結(jié)語(yǔ)

軌道交通系統(tǒng)的防雷安全應(yīng)從源頭抓起，強(qiáng)化接觸網(wǎng)系統(tǒng)的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)，完善信號(hào)、通信、控制及牽引電源系統(tǒng)的雷擊電磁脈沖防護(hù)措施的綜合運(yùn)用，注重運(yùn)營(yíng)后防雷安全工作的監(jiān)督與管理，保證軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

［1］國(guó)務(wù)院“7·23”甬溫線(xiàn)特別重大鐵路交通事故調(diào)查組.“7·23”甬溫線(xiàn)特別重大鐵路交通事故調(diào)查報(bào)告［EB/OL］.2011-12-25.http:∥www.gov.cn/gzdt/2011-12/29/content_2032986.htm.

［2］社會(huì)頻道-新華網(wǎng).南京地鐵1號(hào)線(xiàn)遭雷擊2次斷電，癱瘓逾2個(gè)半小時(shí)［EB/OL］.2010-07-23.http:∥news.xinhuanet.com/society/2010-07/23/ c_12366800_2.htm.

［3］吳廣寧，曹曉斌，李瑞芳.鐵道交通供電系統(tǒng)的防雷與接地［M］.北京:科學(xué)出版社，2011:216-217.

［4］鐵道信號(hào)設(shè)備雷電電磁脈沖防護(hù)技術(shù)條件: TB/T 3074—2003［S］.

［5］地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范: GB 50157—2003［S］.

［6］宋平健，王媛媛.地鐵高架站線(xiàn)防雷若干問(wèn)題探討［J］.氣象科技，2013，41(4):753-757.

［7］建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范: GB 50057—2010［S］.

［8］中國(guó)氣象局.防雷減災(zāi)管理辦法［G］.

Analysis About Lightning Protection Safety of Rail Transit System

SONG Pingjian，LI Jingxiao
(Beijing Lightning Devices Security Test Center，Beijing 100089，China)

Abstract:This paper analyzed the causes of lightning stroke accidents for track traffic system.The engineering and technology to improve the safety performance of lightning protection measures were summarized.The suggestions of lightning protection management are put forward，including the implementation of the lightning protection device detection and maintenance system，formulating the emergency plan of lightning.

Key words:high-speed railway; metro; contact net; lightning protection safety

收稿日期:2015-08-12

*基金項(xiàng)目:四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目(ZYBZ2013-44)

DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.03.014

中圖分類(lèi)號(hào):TU 856

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號(hào):1674-8417(2016)03-0058-03