城市軌道交通信息技術(shù)設(shè)備防雷接地系統(tǒng)研究

嵇瑋

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和各行各業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵路和軌道交通信號(hào)電子化設(shè)備的應(yīng)用大幅增加，先進(jìn)的設(shè)備在雷雨季節(jié)能否安全穩(wěn)定地運(yùn)行，是目前需要研究的一個(gè)新課題。城市軌道交通工程有多種接地類型，按用電設(shè)備類型可分為電氣設(shè)備（強(qiáng)電）接地、機(jī)電設(shè)備接地、信息技術(shù)設(shè)備（弱電）接地三類。其中信息技術(shù)設(shè)備接地分為系統(tǒng)接地、保護(hù)接地、防雷接地、功能接地等。本文對(duì)軌道交通信息技術(shù)設(shè)備接地設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)、接地網(wǎng)、接地型式、接地電阻取值對(duì)信息技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，并對(duì)高架車站在雷擊電磁脈沖條件下站內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了城市軌道交通應(yīng)利用自然接地體形成多層結(jié)構(gòu)的等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)，既能有效泄放故障電流、雷擊電流及靜電荷，又能獲得各系統(tǒng)之間均衡電壓，提高抗電磁騷擾能力。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;信息技術(shù)設(shè)備;防雷接地;等電位聯(lián)結(jié);接地電阻

引言

在城市軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，常會(huì)出現(xiàn)雷擊造成設(shè)備損壞而導(dǎo)致行車中斷的事故。防雷技術(shù)可對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)起到有效的防護(hù)作用，避免雷擊造成的絕緣子損壞、線路跳閘等故障。為軌道交通防雷裝置檢測(cè)提供技術(shù)支撐。本文對(duì)編制《城市軌道交通交通防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的背景進(jìn)行了分析，介紹了該規(guī)范的主要內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)規(guī)范的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了解析。

1雷擊對(duì)接觸網(wǎng)的危害

雷電是不同電荷云層之間的放電現(xiàn)象，具有極高的瞬時(shí)電壓。當(dāng)雷電擊中露天供電接觸網(wǎng)線路時(shí)，雷電沖擊電壓可能造成絕緣子永久擊穿，導(dǎo)致短路跳閘故障。一旦發(fā)生跳閘事故，將引起行車中斷，嚴(yán)重影響運(yùn)行秩序。同時(shí)，雷擊產(chǎn)生的過電壓可通過接觸網(wǎng)傳入牽引變電所，引起變電所內(nèi)二次設(shè)備損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2接地型式

2.1多網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)

城市軌道交通中各系統(tǒng)用電設(shè)備眾多，一般情況下供配電系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)、信息技術(shù)系統(tǒng)的線路、設(shè)備間距無法滿足防止電磁騷擾的要求，可能會(huì)對(duì)信號(hào)、通信的傳輸造成影響。另外，牽引供電系統(tǒng)的雜散電流、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的諧波電流等也會(huì)引起信息技術(shù)設(shè)備間參考電位不同，對(duì)車站信息技術(shù)設(shè)備運(yùn)行造成騷擾。以低壓配電箱的保護(hù)線（PE線）母排作為參考電位點(diǎn)，并從低壓配電箱的PE母排放射式地引出PE線至信息技術(shù)設(shè)備，低壓配電箱的PE母排通過通信、信號(hào)等設(shè)備房內(nèi)的接地端子排接入車站綜合接地網(wǎng)。此時(shí)，PE線既作為保護(hù)接地線同時(shí)兼作信息技術(shù)設(shè)備的信號(hào)接地線。這種多網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)施簡(jiǎn)單易行，可以避免部分電磁騷擾。

2.2加設(shè)避雷線或避雷針

為了防止直擊雷的侵害，一般采用架空避雷線架空線路，當(dāng)接觸網(wǎng)附近地面遭受雷擊時(shí)，雷電流致使導(dǎo)線產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)過電壓，而避雷線與接觸網(wǎng)導(dǎo)線之間的耦合作用可減小絕緣子承受的感應(yīng)電壓。因此，避雷線不僅可以有效降低接觸網(wǎng)遭受直擊雷的概率，還可以降低因感應(yīng)過電壓而導(dǎo)致絕緣子擊穿閃絡(luò)的概率。安裝避雷針也是針對(duì)直擊雷的有效保護(hù)措施，將避雷針安裝在接觸網(wǎng)支柱頂端，避雷針與接地引線相連，從而通過引線與埋在地下的泄流地網(wǎng)連接起來。當(dāng)雷云放電接近地面時(shí)，其會(huì)使地面電場(chǎng)發(fā)生畸變，在避雷針的頂端形成局部電場(chǎng)集中的空間，以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，引導(dǎo)雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地網(wǎng)將雷電流引入大地，從而使接觸網(wǎng)設(shè)備免遭雷擊損壞。在已建成的工程中加設(shè)雷電防護(hù)措施，需根據(jù)實(shí)際情況采用更加合適的方案。以廣州軌道交通一號(hào)線地面段防雷系統(tǒng)改造為例，對(duì)雷擊故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)由于車廠庫線的密集布局及對(duì)雷電流的分流作用，其遭受雷擊的概率相對(duì)小很多，雷擊落點(diǎn)均在正線露天段的西塱—坑口站之間及試車線上，該兩處區(qū)域線路沿線較空曠。因既有支柱高度不符合避雷線安裝高度要求，如加設(shè)避雷線，須另立避雷線桿塔以滿足高度要求，工程投資成本較大，且施工區(qū)域?yàn)榧扔羞\(yùn)營線路，施工對(duì)列車安全運(yùn)行造成較大隱患。而在支柱頂端加設(shè)避雷針，同樣可滿足防雷要求，且具有成本小、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，故將加設(shè)避雷針作為直擊雷保護(hù)措施。

2.3車體雷電擊中防護(hù)

如果車輛在落車狀態(tài)下被雷電擊中，由于此時(shí)車體與大地等電位，雷電流將直接被泄放至大地，不會(huì)造成危險(xiǎn)。如果車輛在懸浮狀態(tài)下被雷電擊中，車體和負(fù)母線之間的直連接地線使負(fù)極接觸軌與車體處于等電勢(shì)狀態(tài)，雷電能量將被引至負(fù)軌上，而負(fù)軌與大地之間設(shè)有避雷器，可借助此避雷器泄放落到車體上的雷電能量。

2.4提升接地水平

要保證接觸網(wǎng)系統(tǒng)的防雷效果，不僅要合理布局和安裝避雷裝置，還要確保其接地效果良好。接地系統(tǒng)好壞直接決定防雷措施的效果，設(shè)計(jì)、施工部門應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際合理布置接地裝置，確保接地裝置的等效阻值滿足要求，運(yùn)營管理單位應(yīng)定時(shí)對(duì)接地電阻參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。受土質(zhì)及環(huán)境因素影響，地面段接地系統(tǒng)阻值參數(shù)不能滿足防雷接地要求，為此運(yùn)營部門對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行了完善性改造，以增強(qiáng)防雷系統(tǒng)可靠性。防雷裝置的接地電阻高低及設(shè)備是否正確接地是能否實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)的重要因素，由于避雷針的防雷接地電阻要求不大于10Ω，為回填沙土，因此將在沿線路每跨埋設(shè)垂直接地體，且上下行線避雷針通過接地連接線互相連接，使全部避雷針接地線連成一體，以提高避雷針整體接地水平。

結(jié)語

信息技術(shù)設(shè)備特點(diǎn)是絕緣強(qiáng)度低、過電流過電壓耐受能力差、對(duì)電磁騷擾敏感。弱電系統(tǒng)是維系城市軌道交通正常運(yùn)營的中樞神經(jīng)，一旦遭受電磁騷擾，將危及線路的正常運(yùn)營，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。多年以來，由于顧慮牽引供電系統(tǒng)的雜散電流對(duì)隧道、車站、橋梁等建筑物的土建結(jié)構(gòu)影響，城軌交通信息設(shè)備接地并未利用結(jié)構(gòu)主鋼筋形成共用的網(wǎng)狀聯(lián)結(jié)星形網(wǎng)絡(luò)并構(gòu)建多層等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)測(cè)試證明，城市軌道交通利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體，完全符合強(qiáng)、弱電設(shè)備接地要求。在防雷設(shè)計(jì)和改造過程中，應(yīng)結(jié)合區(qū)段的實(shí)際環(huán)境、氣候條件，并采用合理的防雷設(shè)計(jì)、防雷措施，以提升接觸網(wǎng)的整體防雷性能。

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