城市轨道交通车站综合监控等系统的防雷接地方案探讨

徐建 蒋永兵

摘  要：针对目前城市轨道交通车站综合监控系统、火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、门禁系统防雷接地方案存在不够全面、规范的问题，通过深入分析轨道交通弱电监控系统、车站综合接地系统的特点，结合国家相关防雷接地技术规范的要求和我国多个城市轨道交通系统相关实践经验，提出上述综合监控等系统在车站的具体防雷接地技术方案，重点对雷电防护分区、接地、防电涌措施、线缆敷设的建议方案进行了阐述。

关键词：城市轨道交通;综合监控;FAS;BAS;门禁系统;防雷;接地

中图分类号：TP273+.5          文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）03-0044-05

Discussion on Lightning Protection and Grounding Scheme of Comprehensive Monitoring System of Urban Rail Transit Station

XU Jian， JIANG Yongbing

（China Railway Electrification Survey Design & Research Institute Co.， Ltd.， Tianjin  300250， China）

Abstract： In view of the incomplete and non-standard problems in the scheme of lightning protection and grounding of current urban rail transit station comprehensive monitoring system， Fire Alarm System （FAS）， Building Automatic System （BAS）， and entrance guard system， through analyzing deeply the characteristics of the rail transit weak current monitoring system and the station comprehensive grounding system， this paper combines with the requirements of national relevant grounding for lightning technical specifications and relevant practical experience of many urban rail transit systems in China. It proposes the specific grounding for lightning technical scheme of the above comprehensive monitoring systems in the station， and focuses on expounding the suggested scheme of lightning protection partition， grounding， surge prevention measure and cable laying.

Keywords： urban rail transit; comprehensive monitoring; FAS; BAS; entrance guard system; lightning protection; grounding

0  引  言

為了保证我国城市轨道交通线路的安全、可靠运行，综合监控系统、火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、门禁系统等弱电监控系统被广泛应用。上述系统具有设备众多、位置分散的特点，设置防雷接地措施往往要增加一定投资，同时车站设备大部分处于建筑内部，电磁环境相对较好，出现雷电侵扰情况也相对较少，因此，上述系统车站防雷接地设计的完整、规范性往往被忽视，极易出现防雷措施缺失的情况。由于上述弱电监控系统直接用于对城市轨道交通供电、机电设备运行进行监控，一旦发生强雷电电磁脉冲干扰，有可能引起设备、人员伤害，严重情况下甚至对车站乃至整条线路的运行产生较大影响，为此，本文在收集、总结多个城市轨道交通综合监控及相关系统防雷接地方案的基础上，依据相关防雷设计规范要求，提出一套上述系统车站级设备防雷接地设计方案，以供设计参考。

1  车站综合监控及相关系统防雷接地重点

对于城市轨道交通综合监控车站级系统，其主要由设置在综合监控设备室和车站控制室的服务器、工作站类设备以及配套供电的UPS电源系统组成，设备布置相对集中，但同时，系统对外存在大量通信和电源接口（FAS、BAS、门禁系统一般由综合监控系统设置的UPS统一供电）。由此，综合监控系统车站设备防雷接地的重点在于如何做好综合监控设备室内设备的接地以及对外接口部分的防电涌措施。

对于FAS、BAS、门禁车站级系统，一般由站级和现场级两部分设备组成，两者之间通过现场总线连接。站级设备一般也设置于综合监控设备室和车站控制室，防雷接地方案与综合监控系统类似，因此，系统防雷接地的重点在于如何做好分布于车站照明配电室、环控电控室、环控机房等房间的现场级设备的接地，以及如何对接入的监控对象设置合理的防电涌措施。同时，上述系统各类电缆的合理化敷设也是防雷接地的重点。

2  雷电防护区的划分

按照《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）相关雷电防护区划分原则，车站综合监控系统关键网络、服务器设备均置于综合监控设备室内，可按照置于LPZ2区范围内进行设计，工作站等其他设备置于车站控制室，可按照置于LPZ1区范围内进行设计;FAS、BAS、门禁系统主要设备、线缆位于车站公共区、附属用房、走道内，可按照置于LPZ1范围内进行设计，但同时，存在如BAS通向地面冷却塔智能监控单元的线缆、门禁系统设置在紧急疏散通道门外侧的读卡器及联系线缆等设备设施，其应按照置于LPZ0B区范围内进行设计，相关雷电防护区划分如图1所示。643ADA44-9CA4-4DAE-9F04-0B6588D70579

3  综合监控系统防雷接地方案

3.1  接地措施

城市轨道交通正线设置综合接地系统，具体到车站，主要由接地网以及连接强弱电设备、金属管线、架构和接地网的接地线构成。车站接地网设置强电接地母排，供车站和变电所设备工作接地和安全接地用，设置弱电接地母排，供车站通信、信号、综合监控等弱电设备接地用，两组接地母排引出点沿接地体的地中距离不小于20米。根据需要，在设备房间内设置强电、弱电接地端子箱，用于相关设备接地，如图2所示。

综合监控系统接地的作用主要体现在安全保护接地和功能性接地。目前国内综合监控系统通信接口的零电平普遍采用悬浮处理，实践证明可以保证可靠通信，因此，目前综合监控系统应重点关注安全保护接地。

如前所述，综合监控设备室、车站控制室，均设置有弱电接地母排，因此，应采用S型结构以综合监控机柜接地端子板为单元进行等电位联结，如图3所示，机柜内各设备再通过接地线连接至本柜接地端子板。弱电接地母排、机柜接地端子板、设备之间接地电缆建议采用多股铜芯导线，线径不小于6 mm2。

同时，除等电位联结外，各机柜应将引入本机柜的AC220 V电源PE线接入机柜等电位端子板上。

3.2  防电涌措施

一般情况下，综合监控系统统一设置UPS，并负责向BAS、门禁等多个子系统供电。在电源进线侧，动照专业已在牵引降压变电所或降压变电所AC400 V母线处设置了采用I或Ⅱ类试验的一级电涌保护装置，部分地区还在向弱电监控系统供电的双切箱内设置了采用Ⅱ类试验二级电涌保护装置。与上述方案对应，如果动照专业设置的上级双切箱已经考虑了电涌保护装置，UPS系统电源进线侧无须设置电涌保护装置，否则应设置采用Ⅱ类试验的二级电涌保护装置。在UPS系统馈出母线侧应设置采用Ⅱ类试验的三级电涌保护装置，提供综合监控设备的防电涌保护及防止可能存在的其他系统电涌电流侵入。上述设置的电涌保护器参数如表1所示。

车站综合监控系统通过通信前置机与多个子系统互联，包括闭路电视系统（CCTV）、广播系统（PA）、乘客导引系统（PIS）、自动售检票系统（AFC）、门禁系统（ACS）等，并通过交换机直接接入集成子系统，包括电力监控系统（PSCADA）、FAS、BAS、站台门系统（PSD）等，同时通过以太网接至主干网，综合监控与上述集成、互联系统的接口类型主要为以太网和RS485接口。其中，CCTV、PA、PIS一般置于通信设备室，AFC一般置于AFC设备室，ACS一般置于综合监控设备室，上述房间均属于LPZ2区范围，且综合监控与上述系统通信线缆均在金属线槽或钢管内敷设，因此，系统间不再考虑设置防电涌措施。对于与站台门系统、PSCADA（变电所控制室）、BAS（环控电控室）的接口，建议设置防电涌措施，具体参数如表2所示。

3.3  布线

车站综合监控系统布线主要集中于车站控制室和综合监控设备室内，采用金属线槽敷设方式，主要考虑以下两点：

（1）强、弱电线槽布置应尽量减少电磁感应环路面积.

（2）确保强电、弱电电缆间距，对于综合监控系统应保证线缆间不小于150 mm间距。

4  FAS、BAS、门禁系统防雷接地方案

4.1  接地措施

与综合监控系统相同，FAS、BAS、门禁设备也无功能性接地需求，因此，接地设计重点仍为安全保护接地。BAS站级设备集成至综合监控系统，FAS站级设备设置于车站控制室，门禁系统站级设备设置于综合监控设备室，因此上述系统站级设备等电位联结均可与综合监控系统统一考虑，如图3所示。与综合监控系统有所不同的是，FAS、BAS、门禁系统存在大量模块、控制箱（柜）分布设置在车站各个房间、走道，上述设备也需要做等电位联结，具体方案为：采用S型结构将各个箱、柜接入所在或邻近房间的强电或弱电接地端子箱端子板（根据命名不同，部分也称作局部等电位端子箱）。接地端子箱端子板与箱、柜之间接地电缆建议采用多股铜芯导线，线径不小于6 mm2。除等电位联结外，引入箱、柜的AC220 V电源PE线也应接入箱、柜等电位端子板上，如图4所示。

对于上述等电位联结方案，有以下三项内容需要说明：

（1）部分地区FAS分布设置的模块箱，未考虑等电位联结，理由是上述箱内电源电压均采用安全电压。本文认为，作为等电位联结，除了防范本箱柜内电源意外碰壳引起的安全事故外，还应考虑外部箱柜、桥架、线缆等意外带电后对本系统或人身安全的影响，因此，FAS模块箱应做等电位联结。（2）在部分地区，BAS在环控电控室设置工作接地总母排，门禁系统在综合监控设备室设置工作接地总母排，两系统分别用多根1X6 mm2线缆将分散的模块箱、控制箱串接接入。上述接地方案混淆了工作接地和等电位联结，并造成了大量线缆浪费，因为，首先目前BAS实际不存在工作接地的需求，其次该方式用于等电位联结起不到应有的作用（距离过远，线缆线径不够）。（3）对于FAS、BAS和门禁系统，部分设计人员担心通过强电接地端子箱端子板接地，会对弱电系统造成通信干扰或反击损害，本文认为：首先，目前上述弱电系统通信接口的信号地均采用悬浮方式，通信可靠，不需要工作接地，因此所谓的“通信干扰”实际并不存在;其次，接入强电接地端子箱的目的是为了实现等电位联结，因为强电接地端子箱所在房间设备的等电位联结均接入该箱内端子板，所以上述系统只有接入此接地端子箱端子板，才能更好地实现“等电位”的作用。

4.2  防电涌措施

FAS由動照专业提供消防一级电源，FAS火灾报警控制器设备电源进线根据动照专业双切箱内防电涌装置的设置情况，可以直接引入或者设置采用Ⅱ类试验的二级电涌保护装置引入。BAS、门禁系统电源进线均引自综合监控系统设置的UPS馈出母线，其上已经设置了电涌保护装置。同时两系统各自设置的配电箱至内部设备全部在LPZ1区范围内，且相关线缆均在金属线槽或钢管内敷设，因此也不再考虑设置防电涌措施。643ADA44-9CA4-4DAE-9F04-0B6588D70579

部分地区门禁系统在通向地面的紧急疏散通道门外侧设置了读卡器，由于该读卡器位置属于LPZ0B区，应当设置防电涌措施。该处读卡器通过韦根通信方式接入门禁就地控制器（一般设置在邻近设备用房内），因此可以在就地控制器处，设置一级信号防电涌装置，同时在同样链接于RS485串行通信线上的，与该就地控制器相邻的前后两个就地控制器处设置二级信号防电涌装置，具体参数如表3所示。

部分地区BAS需要采集位于地面的冷却塔、多联空调机组等设备的运行信息，相应通信线需引至位于LPZ0B的智能通信单元接口处，应当设置防电涌措施。考虑到上述设备一般采用RS485串行通信方式接入邻近远程I/O，因此可以在设置该远程I/O的模块箱（一般设置在邻近设备用房内）处设置一级信号防电涌装置，同时在该模块箱与相邻的两个模块箱处设置上二级信号防电涌装置，具体参数如表4所示。

4.3  布线

车站FAS、BAS、門禁系统布线较为分散，但线缆均采用金属线槽或钢管敷设方式，主要考虑如下两点：（1）同一线槽需要放置强、弱电电缆时，必须采用金属板分隔开。（2）确保强电、弱电电缆间距，一般情况下应保证不小于10 mm间距（配电箱进线回路除外）。

5  结  论

综上所述，城市轨道交通车站综合监控及相关系统的防雷接地设计中，建议重点关注以下几点：（1）除非产品有工作接地要求，否则系统不建议再单独从综合监控设备室或车站控制室的弱电接地端子箱向分散设置的各处设备引接工作接地线，造成大量线缆浪费。（2）系统设备的等电位联结应采用S型结构，且就近接入所在房间的强电或弱电接地端子箱端子板。（3）电源PE线作为保护接地，应在设备机柜接地板处与等电位联结短接。（4）LPZOB至LPZ1的分界处应设置电源、信号的一级防电涌装置，并在相邻合适位置设置二级防电涌装置。（5）合理划分雷电防护区，尽量减少电涌保护装置的设置数量。（6）电源、信号线缆敷设合理，强弱电线缆分开敷设并保证一定距离。相信通过上述防雷接地优化措施，能够在工程整体增加投资不多的情况下，降低弱电监控系统遭受电涌侵入的可能和危害，使得城市轨道交通综合监控及相关系统运行更加安全可靠。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB 50343—2012 [S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

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[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物防雷设计规范，GB 50057—2010 [S].北京：中国计划出版社，2011.

[4] 全国避雷器标准化技术委员会（SAC/TC 81）.低压电涌保护器 第22部分：电信和信号网络的电涌保护器 选择和使用导则：GB/T 18802.22—2019 [S].北京：中国标准出版社，2019.

[5] 刘屏周.工业与民用配电设计手册：第四版 [M].北京：中国电力出版社，2016.

作者简介：徐建（1976—），男，汉族，福建平潭人，高级工程师，本科，研究方向：城市轨道交通自动化系统;蒋永兵（1982—），男，汉族，重庆大足人，高级工程师，本科，研究方向：城市轨道交通自动化系统。643ADA44-9CA4-4DAE-9F04-0B6588D70579