城市轨道交通信息技术设备防雷接地系统研究

嵇玮

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，现代科学技术的飞速发展，铁路和轨道交通信号电子化设备的应用大幅增加，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定地运行，是目前需要研究的一个新课题。城市轨道交通工程有多种接地类型，按用电设备类型可分为电气设备（强电）接地、机电设备接地、信息技术设备（弱电）接地三类。其中信息技术设备接地分为系统接地、保护接地、防雷接地、功能接地等。本文对轨道交通信息技术设备接地设计采用标准、接地网、接地型式、接地电阻取值对信息技术设备系统的影响进行分析，并对高架车站在雷击电磁脉冲条件下站内磁场强度进行计算，验证了城市轨道交通应利用自然接地体形成多层结构的等电位联结网络，既能有效泄放故障电流、雷击电流及静电荷，又能获得各系统之间均衡电压，提高抗电磁骚扰能力。

关键词：城市轨道交通;信息技术设备;防雷接地;等电位联结;接地电阻

引言

在城市轨道交通接触网系统运行过程中，常会出现雷击造成设备损坏而导致行车中断的事故。防雷技术可对接触网系统起到有效的防护作用，避免雷击造成的绝缘子损坏、线路跳闸等故障。为轨道交通防雷装置检测提供技术支撑。本文对编制《城市轨道交通交通防雷装置检测技术规范》的背景进行了分析，介绍了该规范的主要内容，重点对规范的技术要点进行了解析。

1雷击对接触网的危害

雷电是不同电荷云层之间的放电现象，具有极高的瞬时电压。当雷电击中露天供电接触网线路时，雷电冲击电压可能造成绝缘子永久击穿，导致短路跳闸故障。一旦发生跳闸事故，将引起行车中断，严重影响运行秩序。同时，雷击产生的过电压可通过接触网传入牵引变电所，引起变电所内二次设备损坏，造成巨大的经济损失。

2接地型式

2.1多网状联结星形网络

城市轨道交通中各系统用电设备众多，一般情况下供配电系统、机电设备系统、信息技术系统的线路、设备间距无法满足防止电磁骚扰的要求，可能会对信号、通信的传输造成影响。另外，牵引供电系统的杂散电流、机电设备系统的谐波电流等也会引起信息技术设备间参考电位不同，对车站信息技术设备运行造成骚扰。以低压配电箱的保护线（PE线）母排作为参考电位点，并从低压配电箱的PE母排放射式地引出PE线至信息技术设备，低压配电箱的PE母排通过通信、信号等设备房内的接地端子排接入车站综合接地网。此时，PE线既作为保护接地线同时兼作信息技术设备的信号接地线。这种多网状联结星形网络设计实施简单易行，可以避免部分电磁骚扰。

2.2加设避雷线或避雷针

为了防止直击雷的侵害，一般采用架空避雷线架空线路，当接触网附近地面遭受雷击时，雷电流致使导线产生很强的感应过电压，而避雷线与接触网导线之间的耦合作用可减小绝缘子承受的感应电压。因此，避雷线不仅可以有效降低接触网遭受直击雷的概率，还可以降低因感应过电压而导致绝缘子击穿闪络的概率。安装避雷针也是针对直击雷的有效保护措施，将避雷针安装在接触网支柱顶端，避雷针与接地引线相连，从而通过引线与埋在地下的泄流地网连接起来。当雷云放电接近地面时，其会使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地网将雷电流引入大地，从而使接触网设备免遭雷击损坏。在已建成的工程中加设雷电防护措施，需根据实际情况采用更加合适的方案。以广州轨道交通一号线地面段防雷系统改造为例，对雷击故障数据进行统计和分析，发现由于车厂库线的密集布局及对雷电流的分流作用，其遭受雷击的概率相对小很多，雷击落点均在正线露天段的西塱—坑口站之间及试车线上，该两处区域线路沿线较空旷。因既有支柱高度不符合避雷线安装高度要求，如加设避雷线，须另立避雷线杆塔以满足高度要求，工程投资成本较大，且施工区域为既有运营线路，施工对列车安全运行造成较大隐患。而在支柱顶端加设避雷针，同样可满足防雷要求，且具有成本小、施工周期短等优点，故将加设避雷针作为直击雷保护措施。

2.3车体雷电击中防护

如果车辆在落车状态下被雷电击中，由于此时车体与大地等电位，雷电流将直接被泄放至大地，不会造成危险。如果车辆在悬浮状态下被雷电击中，车体和负母线之间的直连接地线使负极接触轨与车体处于等电势状态，雷电能量将被引至负轨上，而负轨与大地之间设有避雷器，可借助此避雷器泄放落到车体上的雷电能量。

2.4提升接地水平

要保证接触网系统的防雷效果，不仅要合理布局和安装避雷装置，还要确保其接地效果良好。接地系统好坏直接决定防雷措施的效果，设计、施工部门应根据现场实际合理布置接地装置，确保接地装置的等效阻值满足要求，运营管理单位应定时对接地电阻参数进行测量，发现问题及时处理。受土质及环境因素影响，地面段接地系统阻值参数不能满足防雷接地要求，为此运营部门对接地系统进行了完善性改造，以增强防雷系统可靠性。防雷装置的接地电阻高低及设备是否正确接地是能否实现防雷保护的重要因素，由于避雷针的防雷接地电阻要求不大于10Ω，为回填沙土，因此将在沿线路每跨埋设垂直接地体，且上下行线避雷针通过接地连接线互相连接，使全部避雷针接地线连成一体，以提高避雷针整体接地水平。

结语

信息技术设备特点是绝缘强度低、过电流过电压耐受能力差、对电磁骚扰敏感。弱电系统是维系城市轨道交通正常运营的中枢神经，一旦遭受電磁骚扰，将危及线路的正常运营，甚至造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。多年以来，由于顾虑牵引供电系统的杂散电流对隧道、车站、桥梁等建筑物的土建结构影响，城轨交通信息设备接地并未利用结构主钢筋形成共用的网状联结星形网络并构建多层等电位联结网络。经测试证明，城市轨道交通利用结构钢筋作为自然接地体，完全符合强、弱电设备接地要求。在防雷设计和改造过程中，应结合区段的实际环境、气候条件，并采用合理的防雷设计、防雷措施，以提升接触网的整体防雷性能。

参考文献

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