城市轨道交通系统雷电防护浅析

姚继东，刘 洋，江晓玲

(吉林省气象灾害防御技术中心，吉林 长春 130062)

0 引言

自19世纪60年代初第一条地铁线路出现，标志着城市轨道交通时代开始。目前，轨道交通已经成为城市交通的骨干线路。随着对轨道交通低能耗的要求，系统工作电压越来越低，受到雷击过电压侵袭风险也越来越大。在各系统运行中，由于雷电波侵入，电力系统、线路和车站雷电环境要求越来越高，特别是高架线、地面线、地面车站都有着遭受直接雷击危险，而控制系统、通信网络、视频监控、消防系统都可能受到雷击脉冲干扰风险。从近些年轨道交通，特别是地铁雷击灾害记录看，主要是地面线出现雷击导致。但这绝不能证明地下部分不会遭受雷电电磁脉冲侵袭。因此防雷检测决不能忽视地下设施防雷装置检测。笔者根据近几年轨道交通防雷检测实践提出以下检测方法。

1 轨道交通系统雷电侵袭特征

1)直击雷侵袭对象。轨道交通中遭受直击雷侵袭主要是地上站建筑物、地上降压站、跟随站和中间站及直流输电接触网。

2)雷击高电位与雷电波侵入与防护对城市轨道交通中，由于地下线(站)处于格栅型金属架和金属网及绑扎或焊接的钢筋水泥构成的电气连接、屏蔽效果非常好，遭受直击雷可能性几乎没有，受雷击电磁脉冲干扰可能性也较小，因此，唯一雷电波通道是地面线路转入地下线路时，沿各类金属管线侵入地铁系统。但不论地下还是地上部分，雷击电流会沿各类金属线路或沿金属管道侵入。地铁内各种电力设施和电子设备集中，雷电放电时巨大电流能引起雷电感应，造成这些设备损坏或误动。因此轨道交通弱电部分还是存在雷击电磁脉冲干扰隐患。可能遭受直接雷击的主要有地面线(站)。地铁隧道内及地下站雷击电磁脉冲防护对象包括机电、通信、自动检票、屏蔽门、火灾报警、视频监控、轨道交通指挥、旅客信息及行车管理和控制系统等。

2 轨道交通主要防雷装置

2.1 直接雷击防护装置

直接雷击防范与防护对象：电气与供电系统主变电(110 kV/35 kV)、牵引变电站(35 kV变压器、整流器/直流1500 V/750 V)、降压变电站(35 kV/400 V)、跟随变电站，高架线路、架空线路应做好直击雷有效拦截措施；地面站、地面线、高架站、高架线都要严格防范直击雷侵袭。通过加装接闪杆(避雷针)、避雷线、避雷网等，通过引下线和良好接地系统把雷击电流导入大地。

2.2 雷电电磁脉冲防护装置

2.2.1 轨道交通变电、配电系统特征

1)地铁供电变电站一次设备或称为一次系统地铁供电变电站按能划分主要有4种类型:主变电站、牵引变电站、降压变电站和跟随变电站。主变电所将110 kV电网电压降为35 kV，给牵引变电站和降压变电站供电；牵引变电站则是将35 kV交流电经变压器、转换为直流1 500 V/750 V，给接触网/接触轨供电；降压变电站则是将35 kV电网电压降为400 V，提供车站动力和照明电源，同时也是跟随变电站进线电源；跟随变电站无变压器，是降压变电站400 V侧在地理上延伸，是为离降压变电站较远地铁设备供电。主变电站、降压变电站、跟随变电站与交流电网上其他变电站并无本质区别，无论是电气接线方式还是运行方式均与普通变电站类似，直流牵引变电站是地铁供电系统所特有。

一般地铁站A端设置降压变电所，车站B端设置跟随式降压变电所，跟随式降压变电所进线电源采用交流35 kV(或10 kV)，电源引自降压变电所。车站A端(包括站内和临近区间)电气设备电源引自降压变电所低压开关柜，车站B端(包括站内和临近区间)电气设备电源引自跟随式降压变电所低压开关柜。这些开关柜是电涌保护器主要安装场所。

2)变电站自动化系统：系统支持功能(如自检)、系统配置或维护功能(如测试、配置参数)、运行或控制功能(如遥控)、本地过程自动化功能(如数据采集)、分布式自动化支持功能(如联锁、同期)和分布式过程自动化功能(如顺控、电压无功控制)等类别。

3)电气化铁路牵引变电所高压电气设备与防雷装置。一是牵引变压器、自用变压器、断路器、互感器、避雷器、隔离开关、电容器、电抗器等；二是车站低压配电系统，包括0.4 kV变压系统、动力配电与控制系统、照明配电与控制系统；三是车站配电室分布，包括通风空调集中配电室、站厅照明配电室站台照明配电室、蓄电池室。

2.2.2 各类供电线路、设备雷电限压分流措施防护

供电系统主电站110 kV/35 kV、牵引变电站35 kV变压器、整流器/直流1 500 V/750 V、降压变电站35 kV/400 V、跟随变电站，高架线路、架空线路；各类供电线路、设备都应进行雷电限压分流措施防护。

2.2.3 弱电系统防雷装置

轨道交通雷击电磁脉冲防护主要针对弱电系统设备场地应做好等电位连接措施、合理布线和电磁屏蔽措施，防止雷击电磁脉冲侵袭。

1)雷击电磁脉冲防护对象包括机电、通信、自动检票、火灾报警、视频监控、轨道交通指挥、旅客信息、行车管理和控制系统。语音和数据通信中调度电话、程控交换机、专线电话、传真机都应加装防雷模块实施保护。

2)移动通信光纤、微波系统接口、移动交换机、基站、中继器，漏泄同轴电缆等线路也要进行必要过电压、过电流保护。

3)至于依托多媒体网络技术，以计算机系统为核心的乘客信息系统；包括列车自动防护系统、驾驶系统、监控系统组成的列车运行自动控制系统(ATC)防护重点则是各系统现场设备及与之相连的机房设备端口进行雷击过电压保护。同时也要完善线路电磁屏蔽。

4)站台屏蔽门系统雷电保护应主要解决人员可能接触的金属部件的等电位连接，与轨道间电气隔离，控制线路、驱动线路、伺服线路UPS、RS系列接口加装SPD保护。

2.3 轨道交通接地系统

轨道交通接地系统一般包括主变电站接地；牵引站、降压站、跟随站接地系统；接触网直流线路接地系统。而地铁站弱电接地和屏蔽接地及屏蔽门接地大多是与地下站配电系统接地共用接地。接地电阻一般要求0.5 Ω。

3 轨道交通系统防雷检测问题

1)轨道交通防雷检测主要对象是轻轨站和地铁站地上站各站点接闪装置接地电阻测试及接闪体、引下线可靠性检查。

2)地铁站地面线路进入地下处等电位检测和检查。地铁站、轻轨站特别是城市边缘站、高架站出入口金属设施(如金属扶手、金属护栏等)等的等电位连接状况亦应检查检测。

3)地铁站机电系统、弱电系统限压分流装置接地检测、地铁站屏蔽门接地检测。

4)地铁站机电系统接地与等电位连接。

5)轻轨和地铁地面线接触网接闪线与限压分流箱接地检测；电涌保护器状态检查与漏流检测。

6)主变电站接地装置。

4 结语

轨道交通各类地上建筑物、变电站、地面线是防雷与防雷检测主要对象，地铁站地下机电及弱电系统防雷装置、地铁站屏蔽门系统都是雷击电磁脉冲重点防护对象和防雷检测对象，轨道交通接地阻值一般不得高于0.5 Ω。