轨道交通系统的防雷安全*

宋平健，李京校(北京市避雷装置安全检测中心，北京　100089)



轨道交通系统的防雷安全*

宋平健，李京校
(北京市避雷装置安全检测中心，北京100089)

宋平健(1957—)，男，高级工程师，从事建筑物及电子系统的雷电防护工作。

摘要:分析了轨道交通系统雷击事故的原因，概述了完善轨道交通系统防雷安全的工程技术措施和防雷安全管理措施。建议轨道交通系统的防雷安全应落实防雷装置检测与维护制度，并制定雷电应急预案，确保轨道交通系统的安全运行。

关键词:高铁;地铁;接触网;防雷安全

李京校(1983—)，男，工程师，从事建筑物及电子系统的防雷工作。

0　引言

随着我国社会、经济和科学技术的快速发展，高速铁路、城市轨道交通等交通业态发展迅速，给人们的出行带来极大的快捷与方便，同时大风、浓雾、暴雨等恶劣天气现象对交通的影响也日渐突出。高铁、动车会因雷击失去动力或控制失效而停车，城市轨道交通也会因雷电停运或降速运行。随着城市规模的扩大，城市轨道交通线路逐步向新城延伸，如何有效降低雷电风险是一个值得探讨的问题。

1　铁路交通

1.1雷击原因分析

高速列车停车、晚点很多都与雷电天气有关，主要因接触网设备的耐雷水平较低，信号及控制系统耐受雷电感应过电压冲击水平差。

(1)雷击接触网，可导致接触网的损坏或断电。由于给列车馈电的接触网架空设置，接触线、承力索是沿线路最高的金属体，因此遭受直接雷击的几率最高。雷电击中接触线或承力索时，雷电流向雷击点的前后两个方向传输，使导线电位抬升，当电压超过支撑绝缘子的冲击放电电压时，绝缘子闪络、短路。另外，雷击支柱或回流线时，雷击点的阻抗使其对地电位大大升高，当电压超过线路绝缘子的耐冲击电压水平时，支柱顶部或回流线对接触线或承力索放电，发生反击。雷电流的热效应、电动力效应可引起接触线承力索或回流线的熔断、切断，当雷电流传到变电所时还有可能引发跳闸。

(2)雷电流导致钢轨电位升高，若维护检修人员在钢轨附近行走，就有可能由于跨步电压的存在而引起人体触电。另外，雷电流在钢轨上引起的电位急剧升高，可对轨道附近的信号机、应答器、转辙器等电子电气设备造成严重的威胁。

(3)车站建筑物遭雷击，可导致车站内列车的监控、调度系统发生故障。雷击车站建筑物或车站附近地面时，雷电电磁脉冲作用于连接站内外的各类线路，引起与站外信号、监测、通信、控制装置相连接的室内设备端口误动作甚至损坏，无法实现对运行列车的有效监控。

1.2雷电安全防护措施

雷电防护措施可从以下几个方面完善:

(1)完善接触网的雷电防护措施，包括增加支柱接地点的数量，降低支柱的接地电阻值，增设馈电线路避雷器，以及架设避雷线等［3］。目前接触网支柱多采用利用回流线作闪络保护的集中接地方式，接地点数量少、接地电阻较大是接触网耐雷水平偏低、支柱烧伤闪络的主要原因。降低接地电阻值，可以有效降低雷电流在接地体上的电压降，减少绝缘子闪络及对接触线反击的发生概率。通过缩短两个接地点之间的距离或增加接地点的数量，可以降低雷电流在线路上的感应电压，提高线路的耐雷水平。

在降低支柱接地电阻值困难的山坡、山地风口处，土壤电阻率高的区段以及土壤电阻率变化大的水陆交接区段，接触网安装适配的避雷器，可降低线路上的雷电过电压，防止或减少变电所频繁跳闸，同时减小雷电对人员、信号设备及易燃可燃物品的威胁。

线路经过多雷区和强雷区［4］的区段，应在接触网上方的适当位置和高度设置避雷线，利用避雷线对其下方空间的屏蔽功能，减少对支柱及接触线(包括承力索)的直接雷击。同时，由于避雷线与承力索(接触线)间的耦合作用，可降低在接触线上产生的雷电感应电压。

(2)完善钢轨附近电子电气设备及车站主控室内设备的防雷，综合运用屏蔽、接地、等电位联结等措施。屏蔽的线缆或普通线缆敷设在金属线槽内以及设备金属壳体的接地，可以减弱雷电电磁场对设备及线路的雷电感应;在机房建立等电位联结网络，各设备的金属外壳连接在一个近似的等电位面上，可降低设备间的电位差;在电源线路、信号线路的端口安装适配的电涌保护器(Surge Protective Device，SPD)，分流沿线路进入的雷电流，限制线路出现的雷电过电压，保护设备的端口。

(3)完善雷电预警机制，及早防范。在铁路沿线建立以闪电定位系统、大气电场监测系统为主要监测手段的雷电监测系统，对沿线附近正在发生的或向铁路沿线靠近的雷电天气提前预警、预报。

2　城市轨道交通

2.1雷击原因分析

地铁作为人员密集、机电和电子系统高度集中的工程建设项目，对雷电活动非常敏感。根据雷电放电的特点，高架线路的车站、列车及接触网，地面停车场、车辆段以及地下站的出入口、冷却塔等易成为雷击的对象。雷电对列车地面线路接触网的影响最为突出，在造成接触网物理损坏的同时，对列车馈电系统也带来严重的威胁。另外，雷电击中车站、高架区间、接触网及线路的附近区域，在导致建(构)筑物物理损毁的同时，对雷电极为敏感的信号、通信、综合监控、自动售检票、屏蔽门等系统也同时受到严重威胁。

2.2地铁系统的防雷安全措施

地铁雷电防护应注意以下方面:

(1)采用接触网馈电的高架区间及地面区间，雷电防护应符合相关标准GB 50157—2013《地铁设计规范》的要求:“地上区段架空接触网应设置避雷器，其间距不应大于300 m。在隧道入口和为地上线接触网供电的隔离开关处应设置避雷器。”在地面区段、高架桥区段，架空地线应每隔200 m设置火花间隙;架空地线可兼作避雷线。避雷器与火花间隙的工频接地电阻不应大于10 Ω。高架桥梁应利用桥墩作防雷接地装置。

(2)采用接触轨馈电的高架及地面区间牵引电源，除了在牵引变电室的正、负母线柜和车站端头开关柜内设置专用SPD外，建议分别在接触轨和走行轨上按一定的间隔(如200 m)交错对地安装雷电流放电器件或类似功能的SPD，增加雷电流就近泄放入地通道，降低轨道与道床之间的电位差，保护轨道对道床的绝缘，降低雷电高电位对轨道旁的信号设备、通信设备的影响［6］。

(3)信号、通信、综合监控、屏蔽门等电子系统设备应综合运用屏蔽、接地、等电位联结、SPD等雷电防护措施，减小沿电源线路及信号线路进入室内的雷电流，减弱雷电电磁场对设备及线路的感应，均衡各系统、各设备之间的电位差，限制线路出现过电压。

(4)车辆段、停车场、车站出入口、风亭以及冷却塔等地面建(构)筑物或电气设备，严格按GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的要求采取防雷措施。

3　防雷安全管理

为使防雷装置和防雷措施发挥作用，需强化防雷安全管理。

(1)轨道交通系统的防雷安全应从工程建设的源头抓起。新建线(场、段、站)应采取有效的防雷技术措施，防雷装置的设置及防雷措施的运用应纳入技术审查及监管范围，雷电防护工程与其他相关主体工程应同步设计、同步施工、同步验收。

(2)建立健全防雷装置检测制度。根据国家有关规定，投入使用后的防雷装置应定期检测，建(构)筑物及电子系统防雷装置应每年检测一次［8］。防雷检测应在雷雨季节前完成。

(3)管理部门应强化对防雷安全工作的管理。如建立雷电预警系统，健全雷电防护应急预案，安排专人负责防雷装置的日常维护，及时检查防雷装置的状态，对存在的隐患及出现的问题及时排除。

4　结语

轨道交通系统的防雷安全应从源头抓起，强化接触网系统的直击雷防护设计，完善信号、通信、控制及牵引电源系统的雷击电磁脉冲防护措施的综合运用，注重运营后防雷安全工作的监督与管理，保证轨道交通系统的安全运行。

参考文献

［1］国务院“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故调查组.“7·23”甬温线特别重大铁路交通事故调查报告［EB/OL］.2011-12-25.http:∥www.gov.cn/gzdt/2011-12/29/content_2032986.htm.

［2］社会频道-新华网.南京地铁1号线遭雷击2次断电，瘫痪逾2个半小时［EB/OL］.2010-07-23.http:∥news.xinhuanet.com/society/2010-07/23/ c_12366800_2.htm.

［3］吴广宁，曹晓斌，李瑞芳.铁道交通供电系统的防雷与接地［M］.北京:科学出版社，2011:216-217.

［4］铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件: TB/T 3074—2003［S］.

［5］地铁设计规范: GB 50157—2003［S］.

［6］宋平健，王媛媛.地铁高架站线防雷若干问题探讨［J］.气象科技，2013，41(4):753-757.

［7］建筑物防雷设计规范: GB 50057—2010［S］.

［8］中国气象局.防雷减灾管理办法［G］.

Analysis About Lightning Protection Safety of Rail Transit System

SONG Pingjian，LI Jingxiao
(Beijing Lightning Devices Security Test Center，Beijing 100089，China)

Abstract:This paper analyzed the causes of lightning stroke accidents for track traffic system.The engineering and technology to improve the safety performance of lightning protection measures were summarized.The suggestions of lightning protection management are put forward，including the implementation of the lightning protection device detection and maintenance system，formulating the emergency plan of lightning.

Key words:high-speed railway; metro; contact net; lightning protection safety

收稿日期:2015-08-12

*基金项目:四川省质量技术监督局重要技术标准研究项目(ZYBZ2013-44)

DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.03.014

中图分类号:TU 856

文献标志码:B

文章编号:1674-8417(2016)03-0058-03