哈尔滨地铁车站防雷检测技术的探讨

张修典，李春影，张春龙（黑龙江省雷电灾害预警防护中心，黑龙江 哈尔滨150030）



哈尔滨地铁车站防雷检测技术的探讨

张修典，李春影，张春龙
（黑龙江省雷电灾害预警防护中心，黑龙江 哈尔滨150030）

1　引言

近年来，上海、南京等地发生多起因雷击引起的地铁停运的事故，2008年8月15日，上海地铁3号线遭强雷电袭击，造成供电中断，列车被迫停驶。2010年7月23日，南京地铁一号线南延线因雷击造成供电接触网出现故障，列车因接触网断电延误运营，2000多名乘客出行受到影响。雷电已成为城市轨道交通安全运行的较大威胁。地铁车站是涉及公共安全的人员密集场所，电力、通信、信号等电力电子信息类系统构成复杂，这些系统是维系地铁正常运营的中枢神经，一旦遭受雷击，雷电产生的瞬态脉冲过电压将会导致地铁的供电系统故障和电子设备失效，危及地铁正常运行甚至造成重大的人员伤亡和巨大经济损失。科学检测地铁防雷工程是地铁安全运行的一个重要保障，如果不研究地铁防雷的特点，按照建筑物防雷检测规范生搬硬套 ，必然造成严重的后果。开展地铁防雷检测技术研究非常有必要，对于保障地铁防雷安全和指导防雷技术人员的检测工作都有非常重要的指导意义。

2　地铁概况

哈尔滨地铁工程是哈尔滨市迄今为止最大的城市基础设施项目。按照国家要求和城市总体规划，哈尔滨市确定近期轨道交通建设期限为10年，由地铁1号线一、二、三期，地铁2号线一期，地铁3号线一、二期组成。其中一期工程自西向东，横贯城市中心区，全长27.3公里，已于2012年竣工通车。

哈尔滨地铁车站主体结构大多采用钢筋混凝土和钢管作为支撑，地上车站采用框架结构。地铁站附属建筑，如控制中心、停车场、车辆段等均为框架结构，基础采用桩基。地铁依靠电力运行，其供电系统也是易受雷电感应侵袭的部位。采用的接触网馈电，输电线位于列车上方，遭受雷击概率也相应增加，地铁的弱电系统主要包括通信系统、信号系统、综合监控系统、自动售检票系统、综合安防等主要系统［1］。首先是信号系统，它肩负着地铁运行控制、运行状态监控的重要任务，堪称地铁的“大脑”；通信系统，负责传输各种信息，包括广播、时钟、监控以及乘客使用的移动网络；环境控制系统，主要包括空调与暖气等，调节车站车厢的环境；此外还有屏蔽门控制、自动售票检票机和旅客信息系统。这些复杂的电子设备，是维系地铁顺利安全运行的关键所在。

3　检测基本方法

（1）接地电阻测试。对于普通站点采用四点法，电流极和电压极布置在车站建筑物外的自然土壤中，测量接地点的接地电阻值；对于变电所、牵引降压混合变电所采取异频大地网测试方法测量接地阻抗值。

（2）等电位连接测试。以接地电阻测试中所测试的扁钢、LEB为测试基准点，测试各电气设备、设施与基准点之间的过渡电阻值。

（3）绝缘电阻测试。以建筑物结构钢筋为基准，测试屏蔽门体的绝缘电阻值。

4　检测内容及检测项目

4.1车站接地装置

（1）检查综合接地网、地铁站出入口及室外设备防雷接地、弱电接地等各接地的设置方式及连接方式。

（2）检测测试口接地扁钢、区间扁钢、站台层钢结构、设备室 LEB、牵引降压变电室扁钢、出入口钢结构等的接地电阻值。

（3）隧道内接地线与隧道外引入的接地线应采用螺栓连接，接地线宜通过配管进入接地箱。接地引入线与母线连接应采用气焊，焊接长度不得小于200mm，并不得损伤芯线。接地线引入隧道时，必须设置防水套管，并作绝缘处理，接地引入线保护套管与隧道穿墙管法兰盘连接应绝缘，绝缘电阻应＞100 MΩ。

4.2车站内电子系统检测

检查信号室、专用及公安通信设备室、综合项目监控室、自动售检票、屏蔽门、环控电控室等电气及电子系统LEB的设置；检查各设备室的设备与 LEB之间的电气连接和过渡电阻值。

4.3车辆段及车站附属设施

检测车辆段各建筑物的外部防雷装置的设置；检测相关电子系统的等电位连接；检测车辆段场地灯杆的接地情况。

检查地下车站出入口、室外空调冷却塔直击雷防护装置的设置；测量车站内屏蔽门、闸机、自动售检票、柜箱、UPS室、扶梯等设备的接地装置过渡电阻值；测量屏蔽门体绝缘电阻。

4.4电源电涌保护器（SPD）

（1）检查车站各部位电源系统电涌保护器的布设、工作状态，检查过电流保护装置的状态及上下级的能量配合；检查SPD连接线长度、截面积和安装工艺；测量SPD的压敏电压和泄漏电流；测量SPD接地端与PE之间的过渡电阻。

（2）冲击电流参数检查：根据哈尔滨闪电定位监测的雷电流数据，经分析计算，哈尔滨地铁车站的电涌保护器安装最低要求为：在全线各站内的变电所低压侧进线柜处、车辆段和停车场的低压柜、柴油发电机配电箱及各独立建筑物总配电柜处，安装第一级SPD，冲击放电电流应≥12.5 kA（10/350 μs）或标称放电电流60 kA（8/20 μs），建议第一级SPD采用开关型；全线各站内二、三级负载的分配电箱处、UPS机房配电箱处，以及在车辆段及停车场二、三级负荷的分配电箱处、UPS机房的配电箱处，安装第二级SPD，标称放电电流应≥40 kA（8/20 μs）；各站及车辆段及停车场第三级SPD应安装在重要设备前端的分配电箱处，标称放电电流应不小于20 kA（8/20 μs）（表1）。

表1　电源电涌保护器安装要求

4.5信号电涌保护器

检查相关设备信号防雷箱或信号SPD的设置；测量信号防雷箱或信号SPD与LEB或接地端子之间的过渡电阻值。

4.6牵引电源

检查车站、车辆段变电所牵引电源电涌保护器的设置；测量电涌保护器接地端的过渡电阻值。

5　变电所大地网接地阻抗检测

地铁变电所所处的地网属于大地网范畴，用普通接地电阻测试仪测量的接地电阻不能真实反映地网的接地性能，因此地网测试应依据中华人民共和国电力行业标准DL/T 475—2006《接地装置工频测试导则》要求进行接地阻抗检测。接地阻抗测试采用异频大地网测试法。

5.1测量仪器及测量方法

图1　大地网测试接线示意图及测量装置实物图

使用的仪器为大型地网接地装置测试仪，通过采用新型异频交流电源，并采用微机控制和信号处理等措施，解决测试过程中的抗干扰问题，提高测试结果的精度和准确性，大大降低试验人员的劳动强度和试验成本，是传统接地测量装置的替代产品。根据现场勘查情况和试验条件，选择0.618直线法进行测量，接地测试点选在变电所的主变电总接地点处，记为G点，电流极为C点。电位极为P点，取dCG=5 D，dPG=0.618 dGC。电流线采用4 mm2多股铜绞线，电位线采用2.5 mm2多股铜绞线。

5.2电流极C位置的选定

选择在距地铁站地网边缘约5 D处的绿化带里打入4根1.2 m长的金属电极，4根电极布成一个环网状（类似一个小接地网），以减小回路电阻，增大注入电流。

5.3电位极P（零电位区域）位置的选定

根据DL/T 475-2006，电位极P的位置定在电流极C到地网G东边缘0.618倍距离位置。首先在该位置测量，然后在此位置沿测量用电流极C与被测接地装置G之间的连接线前后各自移动一次，每次移动的距离为电流线长度的5%，测量电压极P与接地装置G之间的电压。确定三次测试值之间的相对误差不超过5%，把中间位置作为测量用的电压极P位置。在此位置打入1根电极作为电压极。

5.4接地阻抗测试

根据图1连接后，检查电流极C和电位极P连接是否良好，将电源输入口连接380 V、50 Hz三相交流电，选择电流注入点即可以开始测量。采用异频法以50 Hz为中心，改变测量的频率进行测量50±5 Hz，50±4 Hz，50±3 Hz，50±2 Hz，50±1 Hz（仪器的频率范围为40-60 Hz）。记录在不同电流和不同频率下的接地阻抗值。

6　结论

（1）地铁车站内电子通信系统极其复杂，涉及设备众多，要想做好地铁防雷的检测工作，应总结其工作特点和传输特性进行分类处理，区分其同建筑物防雷的区别，制定出一套行之有效的检测方案是保证检测质量的关键。

（2）地铁变电站的大地网检测应注意：应严格按照图纸计算地网的对角线长度，从而可以正确确定电压极和电流极的位置及导线长度；地铁站进出口人员流动较大，而大地网测试属于带交流电作业，因此应选择夜间进行测试，同时检测人员应做好安全防护工作。

文章编号：1002-252X（2016）02-0036-02

收稿日期：2016-3-1

第一作者简介：张修典（1979-），男，黑龙江省依安县人，齐齐哈尔大学，本科生，工程师.