轨道交通防雷、防静电检测技术

吴 超

（苏州市气象局，江苏苏州 215021）

轨道交通防雷、防静电检测技术

吴 超

（苏州市气象局，江苏苏州 215021）

吴 超（1986-），男，工程师，从事防雷技术服务工作。

介绍了轨道交通项目中站台、机房、接触网、车辆段和一般建筑物在防直击雷、防雷电感应、防雷电波入侵方面的检测方法、内容和作业准则，以保证轨道交通正常运行，促进防雷技术服务规范化、标准化运行。

轨道交通；防直击雷；防雷电感应；雷电波入侵

0 引 言

当前,我国正处于城镇化建设快速发展阶段,城市公共交通运力总量将继续保持快速增长态势,尤其是轨道交通运量将大幅增长。轨道交通解决了中心城市公共交通问题,提供绿色环保出行,在长远战略层面上有利于古城建设、古城保护。然而,近年来,雷电灾害频发,故轨道交通防雷防静电引起人们广泛关注。

苏州属于雷暴的高发区,近30 a平均雷暴日达52.4 d。本文结合轨道交通1、2号线、有轨电车1号线,介绍了防雷防静电检测,为市民的安全绿色出行保驾护航。

图1 轨道交通检测内容

1 检测内容

按雷电危害方式不同,分为防直击雷、防雷电感应、防雷电波侵入检测；按检测对象不同,分为车站检测、机房检测、接触网检测、变电所、控制中心等一般建(构)筑物检测。轨道交通检测内容如图1所示。

2 检测方法

2.1 站台检测

2.1.1 轨道交通接地系统

车站主体结构大多采用钢筋混凝土支撑和钢管钢架支撑,钢结构屋盖由桩及地梁支承的钢柱、框架横梁悬臂端支承的钢柱支承。地上车站采用框架结构,地铁站附属建筑,如OCC控制中心、车辆段、停车场均为框架结构,基础采用桩基。

强电系统采用集中式、110/35 kV两级电压供电方式,牵引和动力照明共用35 kV供电网络,牵引供电系统采用架空接触网供电。

一般,车站地网电气/信息设备的功能性接地、保护性接地以及电磁兼容性接地与地铁防雷接地采用共用的接地系统,并实施等电位联结措施。接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。对于车站设置独立的电气/信息设备功能性接地的,必须保证其合理的地中安全距离。

2.1.2 地网测试原理及方法

采用三极法测量地网G的工频接地电阻时,接地体E、电压测试极P、电流测试极C在一条直线上,P点选在EC连线的中间,EC之间的距离DEC一般应取(4～5)D,其中D为地网最大尺寸。测试电极直线布置法如图2所示。

图2 测试电极直线布置法

当DEC＝(4～5)D有困难时,若接地装置周围的土壤电阻率较均匀,DEC＝2D；若接地装置周围的土壤电阻率不均匀时,DEC＝3D,DEP＝1.7D。一般地网接地电阻采用毫安级仪器,而对于存在的杂散电流,测量误差较大,不能真实反映接地装置的真实情况。

(1)方法一,使用大型接地网测试仪,加大测试电流。布线时,接地网边缘至接地电阻测试仪电压极之间的长度宜按地网边缘至电流极之间长度的55%～60%设置。电流极应布设在地网边缘450 m以外,受场地限制不宜小于200 m。

(2)方法二,对于土壤电阻率不均匀造成的杂散电流分布不均匀问题,应取不同的点测量,取其平均值。

(3)方法三,采用异频小电流法(变频电流≥3 A)进行测试,其测试结果与工频大电流法的测试结果和理论计算值相吻合。

(4)方法四,避开迷流释放期。为保证轨道交通运行安全,尽量避免运行期间检测和带电操作,在保证检测人员安全的前提下开展夜间检测。

2.1.3 车站主体设施检测

车站主要分为地面车站和地下车站,需检测内容包括以下几方面：

(1)车站防直接雷部分：室外冷却塔、出入口罩棚、钢架、监控摄像、地面车站建筑物接闪器的外观检查,电阻测试。

(2)防雷电波侵入部分：管线、线槽、扶梯、配电箱(柜)、电涌保护器(Surge Protective Device, SPD)的外观检查,电阻测试,以及SPD性能测试。

(3)防雷电感应部分：自动售票机、闸机、问询台等外观检查,电阻测试。

2.2 机房检测

轨交机房(电子信息系统)主要由车控室、民用通信设备室、通信设备室、警务室、信号控制室、信号设备室、消防控制室、气瓶间、通风空调控制室、屏蔽门控制室、环控机房、配电间等组成。

机房供电制式一般要求为TN_S、TN_C_S,中性线对地电压值应小于2 V。当中性线对地电压值高于电子设备的允许电压值时,会引起硬件故障,烧毁设备或引发控制信号的误动作,从而影响设备的通信质量。

轨道交通各车站内部的等电位网络应为S与M混合型。目前,车站内等电位联结网络多为放射型(S型),只适用于设备较少的低频信号信息系统,且除了联结点ERP外,其他点均应与公共接地系统保持足够的绝缘(10 kV,1.2/ 50μs),显然较难实现。因此对于轨道交通项目,站台层和站厅层信息系统众多,层建筑面积较大,等电位联结网络也需考虑实际情况,需多处设置等电位端子板的信息系统机房,其等电位网络宜采用M型；车站内分布较分散的设备可以通过S型等电位联结,现场检测其等电位网络接地电阻值,然后测试各设备防静电接地及管线、桥架的防雷电感应接地。

机房地板应具备静电泄放和接地措施,防静电地板或地面的表面电阻或体积电阻应为2.5× l04～1.0×109Ω,敷设高度为250～400 mm,静电地板可通过1 MΩ电阻接地。

SPD检测包括外观检查和性能测试。外观检查包含各项参数是否符合系统要求,状态指示是否正常,接线长度是否正确,有无后续保护装置等。性能测试包含接地电阻测试,两端引线长度测量(是否小于0.5 m),剩余电流Ile(不大于20μA)和起动电压U1mA(不小于1.86 U0),绝缘电阻测量(不小于50 MΩ)。

2.3 接触网检测

2.3.1 架空接触网

在地面线及高架线上,架空的接触网每隔200 m设置一组火花间隙型(或组合型)避雷装置,并检查避雷器的外观,测试其接地电阻。成排的接触网立柱通过其基础螺栓接地的,由于雷击感应过电压绝缘闪络,要求具有良好的接地散流,需测试其接地电阻。与接触网平行敷设的低压线路、弱电信号线路要穿管或走桥架敷设,平行间距应不小于100 mm,钢管、桥架、电缆屏蔽层、光纤加强芯应两端接地,接地点间距≤30 m,需测试其接地电阻。

2.3.2 地面地下接触网

按线路的架设方式,一般在地下隧道两端、为地面接触网供电的电源隔离开关处以及地面线、高架线,每隔500m设置与接触网电压等级相适应的避雷器。

2.3.3 避雷装置的接地

避雷装置的工频接地电阻≤10Ω,并通过专用引下线直接接地。

2.4 变电所、控制中心等一般建（构）筑物检测

供电变电站按功能主要划分为主变电站、牵引变电站、降压变电站和跟随变电站等4种类型。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；牵引变电站将35 kV交流电经变压器、整流器转换为直流1 500/750 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,提供车站的动力和照明电源,同时也是跟随变电站的进线电源；跟随变电站无变压器,是降压变电站400 V侧在地理上的延伸,为离降压变电站较远的设备供电。

变电所、控制中心检测包含直接雷防护措施、机房检测等。直接雷防护主要是指建筑物外部接闪散流接地装置检查测量、楼顶金属设备的等电位联结。

在高压配电系统及线路一次回路中设置高压氧化锌避雷器,低压部分电缆进入建筑物时将电缆铠装层与建筑的综合接地装置进行等电位联结,并在进入建筑的第一个隔离开关处设置第一级低压电源SPD,可选用开关型SPD(不小于12.5 kA, 10/350μs)或限压型SPD(1 00 kA以上,8/20μs)。

2.5 车辆段的检测

车辆段的检测是防雷、防静电检测的综合体,检测主体一般包括门卫、后勤楼、维修楼、动调试验间、抢修作业材料库、工程车库、联合车库、镟轮及洗车库、物资总库、运用库、综合楼、吹扫库、办公培训楼、污水处理厂、牵引接触网等。

3 作业准则

(1)应在非雨天和土壤未冻结时检测土壤电阻率和接地电阻值。现场环境条件应能保证正常检测。接地极(间距、埋深)应按照仪器说明书布置,一般情况下,接地极应远离盐碱地、地电流干扰区、回填土区域、地库顶区域、冻土区等。

(2)应具备保障检测人员和设备的安全防护措施,雷雨天应停止检测,攀高危险作业必须遵守攀高作业安全守则。检测仪表、工具等不能放置在高处,防止坠落伤人。

(3)检测过程中,电磁感应式仪器仪表应远离无线电通信设备,指针式仪器仪表应置于水平面上,度数时指针应稳定不动；检测用线宜随用随放,严禁拖拽,仪器仪表的接地引线和其他导线应避开高、低压供电线路。

(4)每项检测内容应由两人及以上完成,每项检测数据应经复核无误后记录于原始记录表中。

(5)检测数据应通过无线电通信设备及时传输；主检人应及时绘制检测平面示意图,并标注检测点位,记录检测数据,复核人应及时报备检测数据两遍,检验并排除非系统误差。

(6)检测仪器应在检定合格有效使用期内使用。

(7)在检测配电房、变电所、配电柜的防雷装置时应着绝缘鞋、绝缘手套及使用绝缘垫,以防电击,检测相应的开关设施时应由专业人员协助参与,确保系统合理运行。

(8)各项检测工作应在确保人身安全、设施安全、单位安全的操作下进行。

4 结 语

轨道交通工程的防雷装置需进行竣工检测及定期检测,以确保轨道交通安全、可靠运行。未来将加快防雷检测规范化进程,以提高人员防雷、防静电技术水平。

[1] 林江，唐华，于海学.地铁迷流腐蚀及其防护技术[J].建筑材料学报，2002，5（1）：72-76.

[2] 裘丽强，徐启腾.城市轨道交通建设如何做好防雷安全工作[J].都市快轨交通，2009，22（4）：54-56.

[3] GB 50174-2008 电子信息系统机房设计规范[S].

[4] 王向东.电气化铁路接触网防雷研究[J].科技信息，2011（36）：354.

Detection Technology of Lightning Protection and ElectroStatic Induction Protection in Rail TranSit Project

WU Chao
(Suzhou Meteorological Bureau,Suzhou 215021,China)

This paper introduced the testmethod,content and operational guidelines of platform,computer room, catenary,depot and common buildings in aspects of direct stroke protection,indirect lightning strike,lightning wave invasion.It can ensure the normal operation of rail transit and promote the standardization and normalization of lightning protection technology.

rail tranSit；direct lightning Protection；lightning induction Protection；lightingWave invaSion

TU 856

B

1674-8417(2015)12-0029_03

2015- 05- 28