既有线电气化改造防雷接地施工质量控制

陈星翰

（中铁路安工程咨询有限公司，天津 300171）

0 引言

综合防雷接地系统是既有线设备可靠运行的重要保障，主要涉及信号、电力、通信、接触网等专业［1］，既有线电气化改造的目标是将道床、桥梁、隧道、建筑、站台等各区域各专业设施的防雷接地系统贯穿连接，构建形成一体化的防雷接地系统。在这一系统支持下，既有线各设施之间的接地有效连接，可有效缓解原本存在的接地电阻较高问题，进一步优化接地场坪尺寸，节约成本；还可避免电位差存在于各专业设施之中，有效提升设备的可靠性与维保人员的安全性。贾锋华［2］指出四电集成防雷接地是解决雷电电磁干扰问题的重要措施，信号、通信、电气化、信息等设备需要建立统一的接地系统；相关研究表明，既有线在电气化防雷接地施工过程中需积极推进四电集成综合防雷接地改造。为避免改造工程对各系统设备运行造成干扰，对施工期间各施工项目的质量控制进行研究，提出施工质量控制措施。

1 既有线综合防雷接地系统改造工程概况

为确保既有电气化改造顺利实施，对综合防雷接地系统需要开展的工程内容进行分析如下：

（1）施工单位需要掌握防雷接地相关的技术措施，施工区间需要基于综合治理与整体防护的思路推进各专业项目施工的协同开展。

（2）针对接地网优化接地电阻。

（3）针对雷电过电压情况，增强钢轨周边设施的抗干扰水平。

（4）线路新建杆塔区域，针对四电设施进行优化改进，以规避反击问题。

（5）四电设备用房要从法拉第笼方面优化机房的屏蔽网络。

（6）选择更适宜的浪涌保护器优化信号楼的防雷能力。

（7）需要实现通信线路与电源线路的屏蔽隔离［3］。

（8）需要做好等电位连接工作。

综合防雷接地系统构成见图1。

图1 综合防雷接地系统构成

2 主要施工质量控制措施

2.1 防雷分线柜

防雷分线柜的可靠运行需要在温度、振动、湿度、气压等方面［4］满足一定的环境要求。防雷分线柜施工质量控制流程见图2。

图2 防雷分线柜质量控制流程

2.1.1 运行环境

设备运行期间，应确保在-10～55℃温度范围内设备运行稳定；同时，结合科技运〔2008〕36号文［5］技术条件要求，应做好振动测试工作，确保设备机械性能良好；确保设备能够在106 kPa及以上气压环境中运行，同时避免设备在25℃时90%相对湿度以下出现无法正常工作的情况；还需要避免导电性尘埃和具有腐蚀性、易燃性的气体存在于设备周边。

2.1.2 安全防护性

施工人员需要基于0.1 Ω的连接电阻标准确保柜体接地的连接牢固性，并将标识张贴于接地点附近区域，同时需要按照GB/T 5169.14—2017［6］要求对非金属材料在柜内的防火等级进行控制，确保其达到V-0级别。此外，施工人员需要针对施工完成的设备做好爬电距离和电气间隙测试工作，避免存在5.6 mm以内的爬电情况以及2 mm以内的电气间隙，并确保非放电情况下，不存在防雷接地部件对地导通的问题缺陷。

2.1.3 结构功能

防雷分线柜应能够针对模块故障等异常情况发出远程告警和现场报警信号；能够有效防护过电流、过电压等问题。设备的远程监控可借助通线串口来实现，并基于TB/T 2311—2017［7］要求对浪涌保护器进行结构优化，确保其采用压敏电阻、组合式模块串联放电管的结构形式。

2.1.4 配线工艺

（1）走线、安装。施工人员需要确保所选型的防雷元器件能够在柜内有效安装，并按照竖排方式做好布局规划工作。为便于电力检修，防雷分线柜需要避免从静电地板下方直接走线，应配置专用的电缆走线槽，避免进出线混杂，做好分线工作。在防雷接地系统接线施工过程中，需要确保线路具有阻燃能力，结合现场情况做好走线规划，避免走向变化较多或预留线缆较长等情况，并基于TB/T 2311—2017做好浪涌保护器选型和安装工作。

（2）设备接地。为避免接地线混接汇流排，屏蔽接地、保护接地以及防雷接地需独立与总接地排进行可靠连接；在柜体两侧布置分线端子和防雷元器件，借助跳线实现端子与设备的连接，实现有效隔离；分线柜端子与浪涌保护器引接线长度不应大于0.5 m，浪涌保护器与被保护设备端子的连接线截面积不应小于1.5 mm2；浪涌保护器等防雷元器件需要借助接地铜排进行接地连接，线槽中的线孔直径需要在7 mm以内，形状为圆形，并采取相应的屏蔽措施规避信号线与防雷接地线在相同线槽内的干扰情况；将护线套加装于孔洞区域，如过线孔等，并根据线缆两端走向情况张贴或悬挂相应的标识牌。此外，借助印制板连接遥信端子，提升连接可靠性。

2.2 电源防雷箱

电源防雷箱需要满足一定环境下的可靠运行需求，主要包括温度、振动、湿度、气压等方面的要求。电源防雷箱施工质量控制流程见图3。

图3 电源防雷箱施工质量控制流程

2.2.1 环境适应性

设备需要满足在-10～40℃温度范围内、106 kPa及以上气压环境下、323～437 V的交流电压供给情况下正常运行；同时避免设备在25℃时90%相对湿度以下出现无法正常工作的情况；还需要避免导电性尘埃和具有腐蚀性、易燃性的气体存在于设备周边；结合科技运〔2008〕36号文［5］技术条件要求，做好振动测试工作，确保设备机械性能良好。

2.2.2 电气性能

施工人员需要按表1数据做好防雷箱选型和电气参数测试工作，确保其电气性能符合铁路四电防雷接地系统的运行需求。

表1 电源防雷箱电气性能

2.2.3 功能要求

（1）异常报警功能。防雷箱应能够针对模块故障等异常情况发出远程告警和现场报警信号，能够有效预防雷电引发的过电流、过电压等问题。

（2）供电监控功能。应能够有效监测电源供电情况，在电源浪涌保护器的引接线上，应串联断路装置，防止浪涌保护器故障时引起系统供电中断。当断路装置动作或浪涌保护器故障时，应有声光告警，便于工作人员能够查看防雷箱设备电源是否正常供电、浪涌保护器有无异常情况、雷电泄流具体频次等。

（3）外壳防护功能。设备外壳应按照GB/T 4208—2017［8］要求，基于IP20的防护等级做好相关防护措施，同时需要确保防雷部件在非放电情况下为断路状态，接地电阻测试结果应在1 000 MΩ以上，在放电情况下为短路接地状态，实现对下级元器件的有效防护。

2.3 综合防雷接地系统

2.3.1 屋面避雷网、避雷带、引下线施工

（1）屋面避雷网敷设施工时，材料应选取合理、焊接间距要适宜、焊缝处应饱满无缺陷。材料采用25 mm×4 mm热镀锌扁钢，镀锌厚度为20～60 μm，施工时按照3 m×3 m网格形状构建避雷网（见图4）；同时，避雷带采用直径不小于8 mm的热镀锌圆钢，高于屋面0.15 m，避雷带与避雷网的连接采取间隔3 m焊接的方式，间隔合理，以热镀锌圆钢作为支撑柱确保避雷带的稳定。避雷网敷设过程中应提前将4～6根引下线布置于外墙周边，便于后续引下线敷设施工。各焊接处焊缝应饱满，不得有虚焊、夹渣、咬肉、气孔等缺陷，用角磨机将每个焊点打磨平滑后，刷2遍银粉漆做防锈处理。

（2）引下线施工时，材料应选取合理、焊接间距要适宜、焊缝处应饱满无缺陷。选择热镀锌圆钢，直径不小于12 mm，必要时可用热镀锌扁钢作为替代，热镀锌扁钢截面积不应小于100 mm2，厚度不应小于4 mm。引下线作为连接接地线与避雷带的重要线路，应与其他电气线路保持1 m以上的安全间隔。同时，为防止出现引下线移出的情况，施工中应按照不大于2 m的间隔布置固定卡钉。焊接避雷带与引下线的过程中，应保证其外观平直，避免出现90°以上的弯折，从而影响焊接质量。引下线下端采取相同方式焊接到接地网上［9］，各焊接处焊缝应饱满，不得有虚焊、夹渣、咬肉、气孔等缺陷，用角磨机将每个焊点打磨平滑后，做好防腐处理。

（3）基础地网敷设施工时，设置合适的钢筋基础地网、布置符合要求的接地体、焊接做好防腐处理。施工人员需要合理应用建筑结构钢筋，确保基础钢筋网能够组成3 m以内网格密度的基础地网。在四电房屋周边，施工人员需要将40 mm×4 mm的热镀锌扁钢以0.7 m以上的深度埋设于房屋周边，将间隔外墙1 m以内的区域作为水平接地体以满足环形接地装置的工作要求。在接地电阻或引下线无法满足设计标准的情况下，则需要增设垂直接地体。此外，环形接地装置需要通过焊接的方式与房屋周边主筋连接，焊接间距应在5～10 m，各焊接部位应刷涂沥青漆做好防腐处理。

2.3.2 室内屏蔽网施工

（1）屏蔽笼构建。信号通信设备机房（信号机械室或信号楼）6面屏蔽网（墙、顶、地面）应闭合，构成法拉第屏蔽笼（包括窗、门），屏蔽笼可与墙内主筋或水平接地体多处连接。施工中要合理应用结构钢筋实现屏蔽网的构建，严格按要求做好接地桩与墙内主筋的连接工作［10］。

（2）墙体主筋焊接施工及防锈处理。房屋结构为钢筋混凝土框架时，在外墙混凝土内使用直径不小于12 mm的钢筋焊接成不大于5 m×5 m的网格。圆钢采用全缝焊接时，搭接长度应为其直径的6倍（7.5 cm）；若采用单缝焊接时，搭接长度应延长至12 cm，焊好后敲掉焊渣，刷涂防锈漆。竖向主筋上部应与顶面钢筋焊接、下部应与地面钢筋全缝焊接，焊接部位应刷涂防锈漆做防锈处理。

（3）法拉第笼焊接施工及防腐处理。使用直径不小于8 mm的热镀锌圆钢作为法拉第笼屏蔽网主筋，形成连续电气通路。其余部位钢筋焊成0.6 m×0.6 m的网格作为法拉第屏蔽笼。采用全缝焊接时，圆钢接续（拐角）处的搭接长度不小于其直径的6倍（5 cm）；若采用单缝焊接时，搭接长度应延长至8 cm。同时，0.6 m×0.6 m的钢筋网格与5 m×5 m的钢筋网格结合处应采用全缝焊接，所有焊接部位均应刷涂防锈漆做防锈处理。

（4）室内门窗屏蔽网材质和尺寸需符合要求。对于窗和玻璃隔断的屏蔽，应采用截面积不小于9 mm2、网孔小于80 mm×80 mm的铝合金网，并用不小于16 mm2的软铜线与地网或屏蔽层可靠连接；对于门的屏蔽，采用金属防火防盗门，并用不小于16 mm2的软铜线（包热缩带）与地网或屏蔽层进行可靠连接。

（5）安装防静电地板，完成底部支架与室内屏蔽网电气连接。信号设备房地面宜铺设防静电地板，应根据房间形状、室内设备的布置、活动地板数量，设计铺装方案。防静电地板的绝缘电阻不得小于105Ω，载重应符合设计图纸要求。防静电地板的各支架间应可靠连接，并与墙面屏蔽笼冷压栓接或焊接，连接点间距不应大于5 m。栓接（焊接）采用40 mm×0.2 mm铜箔带铺设成与防静电地板方格相同的网格，铜箔网格交叉点应施焊或与支座卡接，安装示意见图5。

图5 静电地板底端铜箔安装示意图

（6）室内墙体接地板的引出。当信号设备房地面未铺设0.6 m×0.6 m的钢筋网格时，至少应在墙内侧每个墙角处从墙内钢筋引出接地板供防静电地板连接使用，引出的接地板间距不大于5 m，接地板引出点距地面高度为0.1 m。

（7）不同楼层屏蔽网的连接。当信号通信设备设置于不同楼层时，各层屏蔽网用不小于50 mm2绝缘电线、电缆焊接，连接处不少于2处。

2.3.3 综合防雷施工

在防雷接地系统放线过程中，施工人员需要确保电力线缆具有阻燃能力，结合现场情况做好走线规划工作，避免走向变化较多或预留线缆较长等情况出现，同时需要对线缆弯曲半径进行合理控制。各防雷接地装置需要就近连接汇集接地线，连接线应采用截面积1.5 mm2以上的多股铜导线，表层塑料统筹为黄绿色［11］。防雷保护装置需要采用截面积1.5 mm2以上的二次线与被保护设备连接，同时需要将连接线长度控制在0.5 m以内，特殊情况下需要通过凯文接法等方式连接，避免接线出现1.5 m以上的情况。防雷保护装置需要通过双螺母栓接方式连接接地线，同时需要避免线缆长度超出1 m，在布线区域需要设置标明电缆走向的标识牌［12］。

在穿越孔洞走线的过程中，施工人员需要做好绝缘防护工作，避免出现汇集线、引接线等与墙体发生短接等情况，并采用屏蔽埋地的方式敷设出入建筑的信号线、通信线、电力线等线缆，同时采取两端接地的方式提升屏蔽效果，并避免在室外对15 m以内的屏蔽电缆接地［13］。对于无屏蔽效果的线路，施工人员则需要布设金属套管。若信号线缆穿过区域存在屏蔽层，布线人员则需要采取1 m以上的敷设间距，并确保线缆之间的平行性，在无法按要求开展施工时，则可以合理应用金属套管敷设非屏蔽电缆或直接敷设屏蔽电缆，并做好线缆或金属套管的接地工作，必要时可以接入接地汇集线或走线架。在敷设期间，需要避免出现出入线、高低频线、电源信号线相互靠近的情况，施工人员要按照一定间隔做好电力线与信号线之间的平行敷设工作，必要时需要选用屏蔽电缆并做好屏蔽层接地工作，布置间距相关要求见表2。

表2 通信信号电缆与电力电缆的间距

2.3.4 综合防雷接地施工质量管理要求

在四电防雷接地改造施工之前，各专业需要组织综合接口核查工作，避免图纸设计与现场施工条件不符，同时需要及时针对接口分歧问题做好现场协调工作，确保防雷接地施工组织协调到位，分工合理有序，有效规避施工漏洞。监理、工程技术人员需要加强质量监督管控力度，严格按设计、标准要求做好相关施工指导书的编制工作，确保施工人员经过交底、培训能够严格按照方案、指导书要求完成各项工作。此外，为了避免因材料质量缺陷影响综合防雷接地施工质量，监理、施工、供货商等需要联合做好用料质量核验工作。

3 结束语

既有线通信、信号、电力、接触网等各专业之间的防雷接地集合改造工作关系到铁路关键设备的运行稳定性，通过论述避雷网、避雷带、引下线、地网施工、屏蔽网施工及综合防雷施工过程的质量控制要点，对防雷接地中的接地体安装、接地干线安装、避雷引下线敷设以及避雷网安装等防雷接地施工重难点进行了介绍与分析。在改造施工过程中，施工人员需要严格按要求做好防雷接地装置、线缆的选型工作，基于施工接口较多的问题做好图纸核验与施工组织工作，确保各项设计标准得到有效落实，推进防雷接地改造施工的高质量开展。