杭州城市轨道交通防雷技术探讨

李强，任勇

（杭州市气象局，浙江 杭州 310051）

城市轨道交通是大城市公共交通的重要组成部分，为缓解交通拥堵，减少空气污染起到越来越重要的作用。由于地铁和轨道交通的客运量较大，且地铁一般位于地下，一旦出现事故，将会带来严重后果。雷电是城市轨道交通的重要威胁之一，2010 年，南京地铁1 号线南延段雷击接触网和接触网支柱导致接触网断裂；2018 年7 月26 日，上海地铁1 号线因雷击造成供电设备故障，运营受影响1 个半小时。因此，一个良好的防雷系统能够为地铁的正常平稳运行提供有力的保障。

1 杭州地铁情况介绍

现在，杭州市轨道交通1 号线、2 号线、4 号线已陆续投入使用，其中2 号线与4 号线均为地下车站，1 号线含3个高架区间站。所有站点均已完成防雷装置竣工验收检测，但在检测过程中，发现部分设计思想与防雷设计规范要求不太贴合，针对杭州的气象环境和地铁建设的地理环境，本文从接地系统的设计、机房设备的等电位连接、电源及信号线路的布设、浪涌保护器的选择、高架区间段和行人出入口的防直击雷等几个方面进行探讨。

2 接地系统的设计

接地装置时，整个地铁运行系统安全的基础，地铁车站内的接地形式主要有信息系统接地、用电设备工作接地、保护性重复接地、防直击雷接地等。在一般情况下，这些接地系统宜采用共用的接地系统，并作等电位连接。接地电阻大小要求，按照所接入接地系统的最小要求确定。当有设备需要特别要求单独接地时应注意其独立接地体与共用接地体间距离，以防反击。为防止强电与弱电之间的串扰，从基础接地引出总等电位排，一般预留10 个点（2 个备用），强、弱电系统的接地母排（每组不少于二根）应从接地网的不同点引出，且强、弱电接地母排引出点应间隔20m 以上的距离。车站接地系统如图1 所示。

3 机房内设备等电位连接分析

图1 车站地网系统图

地铁采用的是TN-S 供电，地线和零线在进户处才进行了区分，这样就导致零线中可能产生电压，所产生的电压会对设备的接地产生干扰。面对这种干扰，可以将机房内的弱电设备及其他设备金属外壳采用M 型与S 型混合接地的方式，就近与等电位接地排连接，等电位连接排与建筑时预留的局部等电位排连接；机柜外壳接地后，内部设备的外壳应该就近连接至机架上。涉及电源浪涌保护器的防雷接地，应当在机柜内设置单独的地排，此地排与机柜绝缘，安装绝缘脚子。防雷地排的接地引专线至等电位连接排。强电与弱电的等电位连接排分开设置，其连接导线穿管敷设，穿管接地。

4 设备电源及信号线路屏蔽设计

4.1 设备损坏形式

现代电子设备、用电装置都需要多外壳和保护地线进行重复接地，进行接地后其自身电位与接地装置相同，设备运行时电位随接地装置变化而变化。地铁线路较长，车站较多，所有车站通过各种线路与设备连成一个整体，接地电位很容易受其他设备影响（如设备损坏、短路等），在这些正常运行设备与外接线路之间发生反击，造成设备损坏。其主要表现在：（1）进出设备机房的信号、控制、电源、桥架等线路与连接在其上的其他设备；（2）从室外进入室内的各种管线；（3）接地装置所处环境周围因遭受雷击地电位升高等。

4.2 采取措施

各种线路应最大范围的不在雷电感应范围内，对雷电感应敏感的线路采取合理双层屏蔽（外层屏蔽层接地网与内层屏蔽层接地网互相独立、内层与进户地网适当作等电位连接）。穿越防雷区的电源线应穿钢管或屏蔽管敷设，穿管在入户处与局部等电位排连接，在前端与引线处机房等电位排连接。信号线路在金属桥架内敷设，电源线与信号线穿管间距离不宜小于20cm。信号线路屏蔽层应接地，在线缆的出线端和入线端均应接地。采取光缆传输的光缆加强芯也应接地。线缆走线应尽量的平直，避免大角度弯折，应尽量减少电缆自身形成的感应环面积。

5 电源系统浪涌保护器能量配合

在变压器低压侧装一组采用Ⅰ级实验的浪涌保护器。在重要的弱电机房、控制系统、风机系统、照明系统等用电配电箱装设置相匹配的电源SPD。进出LPZ0 区与LPZ1 区的各种信号与电源线路等在交接处或者前后端设备箱内设置相匹配的电源SPD。所有安装的电源SPD 应自带失效保护提醒装置，工作人员应定期巡查，发现故障及时排除。机房内浪涌保护器安装方式如图2 所示。

图2 机房浪涌保护器安装系统图

6 高架区间段触网的直击雷防护

6.1 绝缘水平

为保证接触网的抗雷击过电压的能力，最直接的办法是提高接触网绝缘水平，但过度提高绝缘水平又会造成工程投资的无谓增加。杭州地铁采用DC1500V 供电，根据IEC 相关标准，DC1500V 接触网绝缘子的绝缘水平一般要求其爬距不小于120mm。根据国内相关地铁建设经验，杭州地铁1 号线工程地面及高架区段接触网采用爬距不小于250mm 的防污型瓷质绝缘子，其技术指标如表1 所示。

表1 防污型瓷质绝缘子技术表

绝缘子雷电冲击耐压值达100kV 以上，其绝缘水平能够满足杭州地区的要求。

6.2 直击雷防护

高架区间处于LPZ0 区，可能遭受直击雷击。应设置防直击雷保护装置，当材料满足条件，绝缘能达到击穿限度时，可以利用触网的架空地线和触网支撑杆作为接闪装置。触网架空接地线在材料满足条件是可作为接闪线。架空地线每隔200m 左右通过地电压均衡器接地。地电压均衡器正常运行时防止杂散电流向地铁外部扩散，在发生雷击事故时，能瞬时将架空地线和接触网接地侧设备（桥墩地网）短接。

6.3 避雷器选择

高架区间段避雷器主要选择氧化锌为主，安装时应增加与触网杆绝缘的绝缘脚子，防止点位反击，安装距离视地理环境及杆间距离而定，在相对高度较高时应减少距离，原则上每两个避雷器之间间距不少于300m。接触网在高架区间段结束，进入隧道口设置避雷器，此处避雷器接地应注意不能利用隧道内强电接地，仍需就近与桥墩基础进行连接。地面及高架区段接触网的避雷器、地电压均衡器等设备均设置接地体，接地电阻不大于10Ω。

7 行人出入口及无障碍电梯的直击雷防护

7.1 出入口防直击雷

7.2 无障碍电梯防直击雷

（1）处于LPZ0B 区的无障碍电梯。处于接闪器保护范围内的无障碍电梯可以不采取防直击雷措施，因其直接进入地铁地下层，可利用地铁接地系统，将电梯龙骨钢架与接地装置进行等电位连接。

（2）处于LPZ0A 区的无障碍电梯。处于马路边或者空旷地带，无接闪器保护的无障碍电梯可利用电梯支撑钢架作为接闪器，宜采用独立的接地装置，引下线及接地装置做法可按照地铁出入口方式设计安装。

8 结语

根据地铁设备安装的特性，本文总结了几种关键的防雷技术并得出以下结论：（1）作为防雷的关键，应充分考虑设备运行的性质，及其所处的环境，不能生搬硬套规范做法；（2）地铁系统防雷应考虑侧重点，从接闪、卸流、防反击等方面综合分析；（3）需要考虑防雷的投入成本及其影响程度之间关系，在降低风险的同时保证经济合理。在不断的防雷检测和施工过程中，专业人员应当积累实践知识，提升研究水平，为城市轨道安全运行保驾护航。