地铁高架车站防雷与电磁屏蔽探讨

贺灿花，麦金婵

（广州市气象局，广东 广州 510600）

1 引言

地铁是城市公共交通的重要组成部分，是人员最密集场所之一。地铁车站的电气系统、电子系统和通信系统庞大复杂，这些系统维系着地铁的正常运行，如果受到雷击，发生系统故障，容易造成公共交通秩序混乱，严重影响公共交通安全，甚至会引发人身安全事故［1］。地铁建筑一般都位于地下，但随着城市交通发展的需求，高架地铁也慢慢兴起，高架部分容易成为雷电入侵的突破口，因此，加强地铁的雷电防护非常必要［2］。本文对地铁高架车站的防雷类别、电子系统防护等级和机房电磁屏蔽三个方面进行探讨，从定性和定量两个方面探讨高架车站防雷类别、电子系统雷电防护等级，以及提出机房电磁屏蔽的要求［3-4］。

2 做好雷电防护对地铁交通的意义

据相关媒体资料报道，2008年8月14号，上海轨道交通3号线漕溪路站至虹桥路站（上行）突遭强雷袭击，造成供电中断，该区段列车迫停。2010年7月22号，南京地铁一号线南延线因雷击造成供电接触网两次故障，列车因接触网断电而延误运营，2000多名乘客出行受到影响。2011年4月22日，北京地铁10号线地面信号设备遭到雷击，地铁列车运行间隔由5min延长到10min，造成乘客等车时间变长，部分车站出现乘客滞留现象。

以上地铁遭受的雷击事故表明，事故会严重影响交通出行，大大提高经济、时间等成本。做好地铁雷电防护，降低地铁雷电灾害风险是十分重要的［5］。

3 地铁高架车站防雷类别划分

地铁高架车站使用性质属于人员密集的公共建筑物，依据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）划分该建筑物的防雷类别［6-8］。

根据GB50343-2012，建筑物年预计雷击次数N1（次/a）按下式确定：

N1=K×Ng×Ae（1）

式中：K为校正系数，在一般情况下取1；

Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/km2/a）；

Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。

以广州地铁某高架车站为例计算其年预计雷击次数。确定车站建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）见图1。

图1 某高架车站雷击截收面积图

通过计算得出：Ae=0.025（km2），Ng=17.97（次/km2/a）（雷电监测数据），K取1，年预计雷击次数N1=0.45（次/a）。（GB50057-2010）中3.0.3条第九款“预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所应划为第二类防雷建筑物”［7］，根据以上计算结果，对照此条规定，本地铁高架车站划分为第二类防雷建筑物，雷电防护措施按第二类防雷建筑物要求进行［8］。

4 电子信息系统雷电防护等级划分

4.1 按防雷装置的拦截效率确定雷电防护等级

电子信息系统雷电防护等级按防雷装置拦截效率E确定［8］，其雷电防护等级为：

E=1-Nc/N （2）

Nc按GB50343-2012第4.2.2条计算，N值按GB50343-2012第4.2.1条计算。

当E＞0.98时，定为A级；当0.90＜E≤0.98时，定为B级；当0.80＜E≤0.90时，定为C级；当E≤0.80时，定为D级。

对上述广州地铁某高架车站电子信息系统防雷装置拦截效率E进行计算，计算结果如表1。

表1 某高架车站防雷装置拦截效率E计算结果

计算结果，E＞0.98，所以该地铁高架车站的电子信息系统防护等级划分为A级。

4.2 按电子信息系统的重要性、使用性质和价值确定雷电防护等级

从地铁车站所拥有的电子信息系统及该系统对于维系地铁正常运营所发挥的作用看，其重要性不亚于火车枢纽站。对照（GB50343-2012）表4.3.1的规定，该地铁高架车站的电子信息系统防护等级应定为A级。

综合定量计算结果和定性规定比较，确定该地铁高架车站的电子信息系统雷电防护等级为A级［9-11］。

5 机房电磁环境防护要求

由于雷击电磁脉冲的干扰，地铁车站内弱电设备控制机房对电磁环境有较高的要求，即机房内磁场干扰强度不大于800A/m。因此，应对地铁车站机房内雷击电磁环境进行评估，再根据评估结果确定是否需要采取屏蔽措施［12-14］。

考虑高架车站主体有金属屋面、幕墙百叶和钢结构组成的格栅形大空间屏蔽效能，对上述高架车站机房内部计算磁场强度［15］。根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012中6.3.2-2公式计算LPZ1区内的磁场强度，计算结果见表2。

表2 某高架车站机房LPZ1区磁场强度计算结果

首次雷击时，雷电流强度远大于后续雷击时的雷电流强度，因此，表中数据只考虑首次雷击的雷电流参数，第二类防雷建筑物对应的最大雷电流幅值为150kA。计算结果表明，该高架车站LPZ1区内的磁场强度均远大于800A/m，顶一层的磁场强度最大，越往下越小。为有效防止外界对机房内设备造成的电磁干扰，使磁场强度满足低于800A/m的要求，应进一步对机房采取屏蔽措施［16］，可在机房四周墙体内敷设一定尺寸的屏蔽网格。选用铜/铝做屏蔽网格材料，依据GB50057-2010第6.3.2条对该高架车站屏蔽网格宽w和安全距离为ds/1进行计算，见表3。

表3 某高架车站遭直接雷击时屏蔽网格宽、安全距离估算值

为了尽可能降低雷击电磁脉冲对设备的干扰影响，提高防护效果，设备机房不宜设置于顶一层，宜设置在建筑物底层中心部位，机房内设备远离引下线或钢柱［17］。

6 结论

地铁高架车站的雷电防护是非常重要的，在确定建筑物防雷类别、电子信息系统雷电防护等级以及屏蔽措施等方面，应严格执行相关规范标准，建筑物应按第二类防雷建筑物、电子信息系统应按雷电防护等级A级要求进行设防，屏蔽措施要有效防止外界对机房内设备造成的电磁干扰，做到安全可靠、技术先进、经济合理，为地铁交通正常运行保驾护航。