城市轨道交通防雷技术与应用

马剑　马绎皓

摘要：城市轨道交通系统使用了最为精密的设备，其极易受到雷电流的干扰，对设备造成损害，从而严重影响交通轨道的正常使用，甚至会威胁人民生命财产安全。本文基于城市轨道交通建设特点，详细阐述了城市轨道交通系统的组成以及雷电电磁环境对各个区域的影响，从而提出具体的防雷方案，希望能进一步促进我国城市轨道交通的安全运行，切实为我国经济发展贡献一份力量。

关键词：城市轨道交通;防雷技术;具体方案

中图分类号：TM862              文献标识码：A

收稿日期：2020-04-09

作者简介：马剑（1983- ），男，工程师，本科，研究方向：雷电防御及计算机科学与技术。

随着我国经济飞速发展，对于建设城市轨道交通的需求越来越大。为了保证城市轨道交通的安全性、便捷性、环保性，在轨道交通系统之中采用了许多先进的现代信息科技。但是，随着设备的精密程度、复杂程度和系统的升级，导致其功耗越来越大，运行电压越来越低，对雷电流的抗干扰程度越来越弱。当收到雷电流侵害的时候会严重影响设备的正常运行，对轨道交通控制中心和各站点相互连接的通讯设备造成损伤，从而带来了无法估计的经济财产损失。因此，在城市轨道交通建设过程之中建立综合防雷技术，对轨道交通实现全面的防护，从而减少雷电流安全隐患，保证城市轨道交通的安全运行，减少经济损失，保障人民生命财产安全。

1 城市轨道交通系统组成

随着现代科技的进步，许多先进技术被应用到城市轨道系统建设之中，既增强了各站点与控制中心的联系，保证了城市轨道交通快捷、方便的运行，也加强了城市轨道交通在面对各种应急情况下的应变能力，从而保证了城市轨道交通安全、环保的运行。城市轨道交通系统是由多种具备不同功能性质的子系统构成的，其中主要分为基础设施和控制系统两个大类。基础建设主要包括线路、电压站和车站等的建设，这些均是易导电材质构成，在遭遇雷雨天气的时候，极易受到雷电流侵害;控制系统主要是供电系统、通信系统和信号系统组成，其是通过无线波进行信号传输，在遭遇雷雨天气的时候会受到雷电电磁脉冲的影响，从而影响了城市轨道交通的正常运行，带来了极大的经济损失。

2 雷电电磁环境对各个区域的影响

在城市轨道交通系统之中，主要是按照车站和线路所处位置的不同，对轨道交通分为地下、地上两个方面。

地下站（线）是由于城市轨道交通在建设的时候，按照城市整体规划对交通便捷性与全面性的要求，在构建这部分轨道的时候，由于地面上存在建筑物且不能进行拆除，而只有从地下进行建设的轨道交通。一般建设在距地面10-15米之间，其不仅方便了乘客进出，也能节省大量的资金。地下车站和线路的主体框架是由钢筋水泥土浇灌而出的，采用钢筋焊接或绑扎的施工工艺，能形成良好的金属防磁波屏障，构建出“法拉第笼”，在现实之中对外界空间的雷电电磁脉冲有非常强的抵御效果。在地下车站内部的设备与建筑受到防雷保护，受到雷击的可能性几乎为零[1]。

地上站（线）是建设城市轨道交通路线之中，没有任何外物阻挡而在地面进行的城市轨道铺设。地面站（线）受到雷击的影响要依据地理地貌和當地建筑情况的不同进行判定。如在四川区域，由于属于盆底，在雷雨天气的时候，雷动较小，对城市轨道交通的影响较小。但是对有某些北方城市，雷动较大，为了解决城市内部交通拥挤情况，常常需要铺设高架线等作为辅助交通工具，这样的情况无疑会增高城市轨道线路以及车站的建设位置。同时，由于轨道交通全线使用电力系统来对车辆进行牵引的，在种种因素的影响下，导致城市轨道交通的线路和车站等受到雷击的几率增大，甚至有可能面临直击雷袭击。

雷电对城市轨道交通的影响，不仅仅是由于车站、车辆和线路等会直接遭受雷电的袭击，其存在的信号系统、电力系统等内部精密的零件设备会由于受到雷电电磁脉冲的影响而失灵。在雷电爆发的时候，其产生的大量磁场对设备信号的干扰也是显而易见的。同时，由于其产生的直流电气牵引系统，会以传导、感应、辐射等多种传播方式对所在区域的电流造成严重影响;散落的电流也能在通讯的时候，与其通信导线附近产生电位差，除了能腐蚀地下管线之外，还会在接地的通讯设备上形成高位电，从而威胁工作人员与设备的安全。因此，雷电造成的电磁脉冲对周边磁场环境的影响也是威胁城市轨道交通安全性的重要难题。

3 具体防雷方案

3.1 直击雷防护

在对地上站（线）进行防雷保护的时候，可以参照《建筑物防雷设计规范》中对于建筑防雷分类的计算方法，对地上站（线）建筑物进行精密的计算，从而确定对应直击雷类别，再依据相关措施做好相应的设计。这种方法在我国已趋近成熟，并取得了一定成效，本文就不展开讨论了。

3.2 等电位连接

在城市轨道交通系统建设之中，车站是设备最为集中的区域，在采用地下站建设的时候，常常使用混凝土钢筋结构为基础，在整个地下站的建设中利用钢筋形成“法拉第笼”，及有效保证了系统接地阻值的需要，也方便了个设备的接地建造。而对于地上站的建筑，则是基础建筑直接落地，在建筑内部并排电位端。其作为内部系统与设备正常工作的基础组成部分，在发生腐蚀或者意外断裂的情况的时候，会导致设备系统接地阻值升高甚至是悬空。为了有效保证接地系统的可靠性，在建设基础建设的时候就应该采用耐腐蚀与不易锻炼的材料，或者是做好防腐蚀工作[2]。例如，在针对雷电磁脉冲散乱电流对设备阴极保护措施的影响的时候，在接地就别设备交警的区域就要增强材料的耐腐蚀能力，可以采用最新型、现今的镀铜钢接地产品，或者是降阻防腐剂等。

在进行城市轨道交通系统建设中，要充分把握设备机房与现场设备接地端子供设备接地，由于当前技术受限，无法完善的设置出等电位连接网络，这在系统受到雷击电磁脉冲得到时候，将造成设备电位差，从而无视设备的绝缘体而造成设备故障，严重影响了设备系统的稳定运行。所以，在城市轨道交通系统建设过程之中，对设备电位连接的保护是放电措施研究的重点，其也是对工作人员人身财产安全的有利保障。

在城市轨道交通系统建设之中一般采用S型和M型两种等电位连接网络。S型等电位连接网络系统适用于设备集中、系统线路礼品卡在局部缠绕的情况，而M型恰恰相反。因此，依据城市轨道交通系统的结构特点，一般采用的是M型等电位连接网络。在这样的情况下，设备机房内地面采用的金属网格连接网一般使用的薄铜带，这样更加有利于电磁脉冲电流的通过。如果在建设之中，利用等电位连接和接地设备是以最短的途径与铜带连接，并多出采用接地装置连接，将有效缓解电磁脉冲对设备等电位网络的影响。

3.3 雷电电磁脉冲的防护

随着城市规模的扩大，城市轨道交通压力增大，城市轨道不得不进行重复建设，即轨道与轨道之间间隔尚短。同时，由于现代信息技术的发展，信息控制系统代替了人工操作，全智能控制系统既提高了城市轨道交通的效率，也能极大满足当前快节奏的生活。但是，采用的智能化设备也在增多，对系统机电设备和通信设备系统的防护也变得极为重要。在面对城市轨道交通全自动化、机械化的操作设备的时候，避免因雷电电磁脉冲对设备的影响，将变得极为重要。从等电位网络进行分析，各个子系统间可以在做好接地保护的基础之上，全方位做好等电位连接，再综合运用分流、阻隔、绝缘体保护等措施，极大减小雷电电磁脉冲电流对设备的影响，从各个子系统的关系上，来抗拒雷电从磁场的影响[3]。

3.4 机电与通信系统的保护

城市轨道交通的机电房与通信控制系统主要集中在车站以及控制中心等场所，而车辆上则是安装了车载系统，其为了方便车辆与控制中心的联系，也能提醒车站做好准备。在整个通讯过程之中，主要是依靠无线信息进行传递的。而对于雷电电磁的影响下，无法准确进行信息传递，会严重影响到车辆的安全运行。其中可以采用卫星通信等方式。

3.5 供电系统

城市轨道交通线路主要采用的集中供电形式，是建立一个供电站，对城市轨道交通整体进行供电。一般会在每条线路上建立多个变电站，以方便对车站、车联、电子监控等设备进行不同电压的供电。这些变电装置和系统都是通过自动化形成，而考慮到供电系统可能会遭受到雷击的各个可能性，建议采用最新的防雷装置进行。在对于暴露与地面的变电所房屋可以采用避雷针等方式，来减少直击雷的几率。同时，可以做好设备接地保护，可以安装一级电源浪涌保护器KSP-25KA/350/4P/M（350波形产品）;重要设备供电末端安装二级电源浪涌保护器，选型为KSP-80KA/4P/M。;在各信息计方配电电源箱处安装三级电源浪涌保护器，选型为KSP-40KA/4P/M;对于在设备前端电源处安装末级电源防雷插排，选型为KS-CP-01A-10/M;所有网络信号前后端均安装千兆网络避雷器KS-RJ45-2E/1000/M ;监控视频端安装网络监控三合一避雷器KS-2E/24/M。利用最新的科技材料来有效规避雷电的影响。

4 结语

城市轨道交通防雷技术并不是一蹴而就，而是需要进行全面考虑，对各项防雷措施进行定期排查和长期治理的，只有这样才能解决雷电对城市交通轨道的影响。

参考文献：

[1]刘晓娟，张雁鹏，汤自安.城市轨道交通智能控制系统[M].中国铁道出版社，2008.

[2]范文毅，殷锡金.城市轨道交通车站设备[M].中国铁道出版社，2000.

[3]何宗华.城市轨道交通车站机电设备运行与维修[M].中国建筑工业出版社，2005.

Abstract： The urban rail transit system uses the most sophisticated equipment， which is extremely susceptible to interference from lightning currents， causing damage to the equipment， thereby seriously affecting the normal use of traffic rails， and even threatening the safety of peoples lives and property. Based on the characteristics of urban rail transit construction， this article elaborated on the composition of urban rail transit system and the impact of lightning electromagnetic environment on various regions， so as to propose specific lightning protection plans， hoping to further promote the safe operation of urban rail transit in China Contribute to economic development.

Key words： Urban rail transit; Lightning protection technology; Specific plan