長(zhǎng)沙磁浮快線工程的防雷接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王德發(fā)

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//高級(jí)工程師）

長(zhǎng)沙磁浮快線工程的防雷接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王德發(fā)

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//高級(jí)工程師）

磁浮快線的車體構(gòu)造、軌道結(jié)構(gòu)和受流方式與其他軌道交通方式明顯不同，因此在防雷接地設(shè)計(jì)方面需要特殊考慮。介紹了長(zhǎng)沙磁浮快線車站、高架區(qū)間、車輛段防雷及接地網(wǎng)的設(shè)置方式、使用材料及相關(guān)材料，詳細(xì)說明了接觸軌、F型軌道及弱電系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計(jì)方案，著重介紹了區(qū)間及F型軌道防雷接地的具體做法及土建預(yù)留預(yù)埋的要求。經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，長(zhǎng)沙磁浮快線的防雷接地設(shè)計(jì)，取得了較好的防雷效果。

長(zhǎng)沙磁浮快線；防雷接地；車站；區(qū)間；車輛段

長(zhǎng)沙磁浮快線工程已于2016年5月6日正式開通運(yùn)營(yíng)。磁浮快線的車體構(gòu)造、軌道結(jié)構(gòu)和受流方式與其他軌道交通方式明顯不同，因此在防雷接地設(shè)計(jì)中需做特殊考慮。本文根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合長(zhǎng)沙磁浮快線工程特點(diǎn)，介紹長(zhǎng)沙磁浮快線的防雷接地設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

1 長(zhǎng)沙磁浮快線的防雷接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 車站防雷接地

長(zhǎng)沙磁浮快線的車站按照二類防雷建筑物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。屋頂避雷帶沿女兒墻及屋面敷設(shè)；當(dāng)屋面為金屬，且滿足金屬屋面做接閃器的條件時(shí)，可不敷設(shè)避雷帶［4］。避雷帶采用φ 10熱鍍鋅圓鋼；其支架高出墻面15 cm，支架間距不大于1.0 m，拐角處間距不大于0.5 m。二者在屋頂連接成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷帶網(wǎng)格［5-6］。凡突出屋面的金屬管道、水箱及金屬構(gòu)架均需與避雷帶焊接。引下線利用建筑物鋼筋體系（包括梁內(nèi)鋼筋和柱內(nèi)鋼筋），根據(jù)柱網(wǎng)跨度設(shè)置。引下線的平均間距不應(yīng)大于18 m。被用作引下線的建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋采用不小于φ 10的主筋通長(zhǎng)焊接或綁扎；引下線上端與避雷帶焊接，下端與綜合接地網(wǎng)可靠焊接。這樣可使避雷帶、引下線及接地網(wǎng)整體電氣貫通。

長(zhǎng)沙磁浮快線車站接地采用綜合接地系統(tǒng)。該綜合接地系統(tǒng)的接地裝置第一部分利用承臺(tái)基礎(chǔ)樁基、承臺(tái)和基礎(chǔ)梁內(nèi)鋼筋組成自然接地體；第二部分由承臺(tái)周圍的人工水平接地體和垂直接地體構(gòu)成。第一部分與第二部分的綜合接地電阻不大于1 Ω［7］。車站結(jié)構(gòu)底板、中板、頂板及側(cè)墻結(jié)構(gòu)鋼筋可靠焊接或綁扎，結(jié)構(gòu)柱外圍主筋（不少于兩根）與車站底板、中板、頂板及側(cè)墻主筋可靠焊接。

人工接地網(wǎng)與車站結(jié)構(gòu)鋼筋相連接構(gòu)成磁浮高鐵站的綜合地網(wǎng)，且能分別測(cè)量接地電阻。車站綜合地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)不大于1 Ω。

長(zhǎng)沙磁浮快線車站人工接地網(wǎng)設(shè)3組引出線，分別為強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備和非電氣金屬管線接地引出線［4］。每組引出線的距離應(yīng)滿足沿接地導(dǎo)體的距離不小于20 m的要求。每組接地引出線為3根，其中1根為備用。

1.2 高架區(qū)間防雷接地

長(zhǎng)沙磁浮快線高架區(qū)間防雷接地示意圖見圖1。長(zhǎng)沙磁浮快線區(qū)間疏散平臺(tái)為全金屬結(jié)構(gòu)，上部與金屬護(hù)欄焊接，下部與強(qiáng)弱電纜支架焊接。高架區(qū)間利用金屬疏散平臺(tái)上的護(hù)欄作為接閃器，利用每個(gè)橋墩的鋼筋體系作為引下線。被用作專用引下線的橋墩內(nèi)主筋直徑不小于10 mm，引下線上端與疏散平臺(tái)下端的電纜支架通過扁鋼連接，使得疏散平臺(tái)與引下線電氣貫通。在區(qū)間伸縮縫或疏散平臺(tái)斷開處，需用直徑不小于10 mm的電纜連接。

區(qū)間的承臺(tái)基礎(chǔ)樁基、承臺(tái)和基礎(chǔ)梁內(nèi)鋼筋組成了自然接地體。每個(gè)橋墩的接地均電阻不大于10 Ω。在橋墩表面-1.0 m處預(yù)留接地鋼板，如接地電阻不滿足要求，則可增設(shè)人工接地極；在橋墩表面標(biāo)高0.5 m處設(shè)接地電阻監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為避免產(chǎn)生迷流，區(qū)間一半的橋墩與區(qū)間疏散平臺(tái)連接，作為區(qū)間橋梁防雷的引下線及接地網(wǎng)；另一半的橋墩通過地極保護(hù)器與接觸軌連接，作為接觸軌的防雷引下線和接地網(wǎng)。經(jīng)計(jì)算，疏散平臺(tái)的金屬護(hù)欄完全可以保護(hù)軌道和橋梁。

圖1 長(zhǎng)沙磁浮快線高架區(qū)間防雷接地示意圖

1.3 車輛段防雷接地

車輛段附屬樓、綜合庫及牽引降壓混合變電所等建筑物按二類防雷建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。防直擊雷采用φ10熱鍍鋅圓鋼沿女兒墻及屋脊等部位敷設(shè)避雷帶，并在整個(gè)屋面組成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷網(wǎng)格。不同高差避雷帶采用φ10圓鋼可靠焊接，屋面所有突出金屬構(gòu)件均要與之可靠連接。屋面煙道處設(shè)置高1.0 m的φ12鍍鋅圓鋼避雷針，并與避雷帶相連；豎向金屬管道在底端與頂端與防雷裝置多次連接。防雷引下線利用建筑構(gòu)造柱內(nèi)直徑大于10 mm的鋼筋作為引下線，其平均間距不大于18 m。柱子主鋼筋須上下連通，被利用的柱子上端主鋼筋與屋面避雷帶或暗敷引下線焊接，下端與基礎(chǔ)主鋼筋焊接，并在-1.0 m標(biāo)高處焊出一根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼。此扁鋼伸向室外距外墻皮的距離不小于1.0 m，以便必要時(shí)增加人工接地極。柱子鋼筋在0.5 m標(biāo)高處預(yù)埋接地連接端子板，以供測(cè)量接地電阻使用。

長(zhǎng)沙磁浮快線車輛段低壓配電系統(tǒng)接地采用TN-S或TN-C-S系統(tǒng)。電源在變配電室分別引出N線（工作零線）及PE線（專用保護(hù)接地線）。電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分、控制箱與配電箱的金屬框架、電力線路的金屬保護(hù)管、各種金屬接線盒、電纜橋架及插座的保護(hù)接地孔等必須與PE線連接。凡正常不帶電，且當(dāng)絕緣破壞時(shí)有可能帶電壓的一切電氣設(shè)備金屬外殼均應(yīng)可靠接地。

在建筑物內(nèi)設(shè)總等電位聯(lián)結(jié)（MEB）端子箱，將電纜金屬外皮、鋼管及進(jìn)出建筑物金屬管道等作MEB，并根據(jù)設(shè)備的防護(hù)等級(jí)要求設(shè)置相應(yīng)級(jí)別的電涌保護(hù)器進(jìn)行防護(hù)。在每層衛(wèi)生間及通信、信號(hào)、FAS（火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）、BAS（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）、AFC（自動(dòng)售檢票）等專業(yè)的電子設(shè)備用房均設(shè)置局部等電位端子板（LEB）。局部等電位之間采用25 mm×4 mm扁鋼連接。

1.4 接觸軌防雷接地

在正線接觸軌上，正極每隔約300 m設(shè)置1個(gè)直流避雷器［8］，在上網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置的避雷器可保護(hù)變電所內(nèi)的設(shè)備，負(fù)極每隔約50 m就設(shè)置直流避雷器以保護(hù)車輛與F型軌道間隙。直流避雷器單獨(dú)設(shè)置引下線，并與區(qū)間防雷所用的引下線交叉設(shè)置。

在車站及車輛段庫內(nèi)設(shè)置的接地軌，當(dāng)車輛進(jìn)站或進(jìn)庫時(shí)能自動(dòng)接地以保護(hù)人員安全。接地軌與變電所接地母排通過95 mm2電纜相連。

1.5 F型軌道防雷接地

F型軌道接地示意圖見圖2。在每個(gè)F型軌道的接頭處均采用M12×20螺栓和截面50 mm2的接地連接線進(jìn)行連接。接地連接線采用鍍錫軟銅絞線。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型伸縮接頭處接地連接線長(zhǎng)度分別為250 mm、650 mm和950 mm。

圖2 F型軌道接地示意圖

為滿足磁浮系統(tǒng)要求，在車站有效站臺(tái)的兩端、車輛段每股道的尾端均設(shè)置F軌接地連接電纜，在正線區(qū)間每隔2 km處設(shè)置接地連接電纜。

1.6 弱電系統(tǒng)防雷接地

需防雷接地的弱電系統(tǒng)主要包括通信、信號(hào)及站臺(tái)門等專業(yè)。位于室外的設(shè)備（如攝像機(jī)、信號(hào)燈、接入點(diǎn)天線等）均設(shè)置了避雷針。避雷針與區(qū)間橋墩的引下線焊接［9］，或與疏散平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接。對(duì)于已處于其它接閃器或高層建筑原有接閃系統(tǒng)保護(hù)范圍之內(nèi)的設(shè)備，可不再設(shè)置直擊雷防護(hù)。

各系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部根據(jù)GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》，自行設(shè)置第二級(jí)或第三極防雷保護(hù)［10］。

所有弱電設(shè)備的金屬外殼、線槽、保護(hù)管，以及設(shè)備房?jī)?nèi)的防靜電地板支架及金屬門窗均需與房間內(nèi)的接地母排相連接［10-11］。

通信線路均采用鋼槽或鋼管防護(hù)，以降低設(shè)備遭受雷電侵入波損害的概率。信號(hào)傳輸線路盡量采用光纖。站內(nèi)雙電源切換UPS（不間斷電源）進(jìn)線處設(shè)置浪涌保護(hù)器。

站臺(tái)門系統(tǒng)接地是車站停車區(qū)域低于軌面450 mm處設(shè)置與變電所接地母排相連的接地軌。當(dāng)磁浮列車到站后，列車與車站地網(wǎng)為等電位。故磁浮車站站臺(tái)門不需進(jìn)行絕緣處理，但需進(jìn)行等電位連接：①站臺(tái)門系統(tǒng)需進(jìn)行豎直方向和水平方向的等電位連接。②站臺(tái)門系統(tǒng)與軌道通過50 mm2電纜連接至強(qiáng)電接地總母排端子，保證二者等電位。

2 結(jié)語

長(zhǎng)沙磁浮快線全線均為高架線路，且區(qū)間各種設(shè)備較多。一旦因雷擊造成關(guān)鍵設(shè)備或系統(tǒng)的損壞，勢(shì)必對(duì)正常運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生較大影響。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須制定完善的防雷保護(hù)方案以確保磁浮線運(yùn)行的防雷安全。本文對(duì)長(zhǎng)沙磁浮快線的防雷及接地設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總結(jié)，旨在為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013：153.

［2］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50057—2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范：GB 50343—2012［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：13.

［4］ 靳小兵，巫俊威，田琨，等.城市地鐵雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.氣象科技，2014（6）：1106.

［5］ 劉軍啟.地鐵及輕軌車站防雷和接地系統(tǒng)分析及探討［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2009（6）：35.

［6］ 劉永紅.地鐵車站的防雷接地保護(hù)研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2008（4）：94.

［7］ 于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與運(yùn)用［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008：113.

［8］ 徐光強(qiáng)，江安，曹小相.直流1 500 V接觸軌系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)［J］.都市快軌交通，2010（1）：18.

［9］ 王道平，呂昆坤，劉帥.地鐵防雷系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的研究［J］.通訊世界，2015（7）：1.

［10］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50601—2010［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010：7.

［11］ 宋世超.地鐵工程中無線基站防雷接地的研究［J］.信息通信，2015（5）：206.

Design of Lightning Protection and Grounding for Changsha Maglev Express Project

WANG Defa

There are significant differences between maglev train and other rail transit means in car-body structure，track structure and current collection mode，special consideration should be paid to the design of lightning protection and grounding.In this paper，the setting mode and materials of lightning protection and grounding facilities for Changsha maglev express station，elevated section and depotare introduced，concrete practices of the design are described.In theform ofdiagram，lightning protection and grounding solutions，the civil reserve requirements of embedded construction in the interval and F-typetrack arealso introduced.These design schemes and solutions have been used in Changsha maglev express project with good lightning protection effect，providing a valuable reference for the design of similar projects in the future.

Changsha maglev express；lightning protection and grounding；station；section；depot

Author′s address China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

U224.2+5∶U237

10.16037/j.1007-869x.2017.12.029

2016-03-23）