地鐵高架車站防雷與電磁屏蔽探討

賀燦花，麥金嬋

（廣州市氣象局，廣東 廣州 510600）

1 引言

地鐵是城市公共交通的重要組成部分，是人員最密集場所之一。地鐵車站的電氣系統、電子系統和通信系統龐大復雜，這些系統維系著地鐵的正常運行，如果受到雷擊，發生系統故障，容易造成公共交通秩序混亂，嚴重影響公共交通安全，甚至會引發人身安全事故［1］。地鐵建筑一般都位于地下，但隨著城市交通發展的需求，高架地鐵也慢慢興起，高架部分容易成為雷電入侵的突破口，因此，加強地鐵的雷電防護非常必要［2］。本文對地鐵高架車站的防雷類別、電子系統防護等級和機房電磁屏蔽三個方面進行探討，從定性和定量兩個方面探討高架車站防雷類別、電子系統雷電防護等級，以及提出機房電磁屏蔽的要求［3-4］。

2 做好雷電防護對地鐵交通的意義

據相關媒體資料報道，2008年8月14號，上海軌道交通3號線漕溪路站至虹橋路站（上行）突遭強雷襲擊，造成供電中斷，該區段列車迫停。2010年7月22號，南京地鐵一號線南延線因雷擊造成供電接觸網兩次故障，列車因接觸網斷電而延誤運營，2000多名乘客出行受到影響。2011年4月22日，北京地鐵10號線地面信號設備遭到雷擊，地鐵列車運行間隔由5min延長到10min，造成乘客等車時間變長，部分車站出現乘客滯留現象。

以上地鐵遭受的雷擊事故表明，事故會嚴重影響交通出行，大大提高經濟、時間等成本。做好地鐵雷電防護，降低地鐵雷電災害風險是十分重要的［5］。

3 地鐵高架車站防雷類別劃分

地鐵高架車站使用性質屬于人員密集的公共建筑物，依據《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）、《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2012）劃分該建筑物的防雷類別［6-8］。

根據GB50343-2012，建筑物年預計雷擊次數N1（次/a）按下式確定：

N1=K×Ng×Ae（1）

式中：K為校正系數，在一般情況下取1；

Ng為建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度（次/km2/a）；

Ae為與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（km2）。

以廣州地鐵某高架車站為例計算其年預計雷擊次數。確定車站建筑物截收相同雷擊次數的等效面積（km2）見圖1。

圖1 某高架車站雷擊截收面積圖

通過計算得出：Ae=0.025（km2），Ng=17.97（次/km2/a）（雷電監測數據），K取1，年預計雷擊次數N1=0.45（次/a）。（GB50057-2010）中3.0.3條第九款“預計雷擊次數大于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災危險場所應劃為第二類防雷建筑物”［7］，根據以上計算結果，對照此條規定，本地鐵高架車站劃分為第二類防雷建筑物，雷電防護措施按第二類防雷建筑物要求進行［8］。

4 電子信息系統雷電防護等級劃分

4.1 按防雷裝置的攔截效率確定雷電防護等級

電子信息系統雷電防護等級按防雷裝置攔截效率E確定［8］，其雷電防護等級為：

E=1-Nc/N （2）

Nc按GB50343-2012第4.2.2條計算，N值按GB50343-2012第4.2.1條計算。

當E＞0.98時，定為A級；當0.90＜E≤0.98時，定為B級；當0.80＜E≤0.90時，定為C級；當E≤0.80時，定為D級。

對上述廣州地鐵某高架車站電子信息系統防雷裝置攔截效率E進行計算，計算結果如表1。

表1 某高架車站防雷裝置攔截效率E計算結果

計算結果，E＞0.98，所以該地鐵高架車站的電子信息系統防護等級劃分為A級。

4.2 按電子信息系統的重要性、使用性質和價值確定雷電防護等級

從地鐵車站所擁有的電子信息系統及該系統對于維系地鐵正常運營所發揮的作用看，其重要性不亞于火車樞紐站。對照（GB50343-2012）表4.3.1的規定，該地鐵高架車站的電子信息系統防護等級應定為A級。

綜合定量計算結果和定性規定比較，確定該地鐵高架車站的電子信息系統雷電防護等級為A級［9-11］。

5 機房電磁環境防護要求

由于雷擊電磁脈沖的干擾，地鐵車站內弱電設備控制機房對電磁環境有較高的要求，即機房內磁場干擾強度不大于800A/m。因此，應對地鐵車站機房內雷擊電磁環境進行評估，再根據評估結果確定是否需要采取屏蔽措施［12-14］。

考慮高架車站主體有金屬屋面、幕墻百葉和鋼結構組成的格柵形大空間屏蔽效能，對上述高架車站機房內部計算磁場強度［15］。根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2012中6.3.2-2公式計算LPZ1區內的磁場強度，計算結果見表2。

表2 某高架車站機房LPZ1區磁場強度計算結果

首次雷擊時，雷電流強度遠大于后續雷擊時的雷電流強度，因此，表中數據只考慮首次雷擊的雷電流參數，第二類防雷建筑物對應的最大雷電流幅值為150kA。計算結果表明，該高架車站LPZ1區內的磁場強度均遠大于800A/m，頂一層的磁場強度最大，越往下越小。為有效防止外界對機房內設備造成的電磁干擾，使磁場強度滿足低于800A/m的要求，應進一步對機房采取屏蔽措施［16］，可在機房四周墻體內敷設一定尺寸的屏蔽網格。選用銅/鋁做屏蔽網格材料，依據GB50057-2010第6.3.2條對該高架車站屏蔽網格寬w和安全距離為ds/1進行計算，見表3。

表3 某高架車站遭直接雷擊時屏蔽網格寬、安全距離估算值

為了盡可能降低雷擊電磁脈沖對設備的干擾影響，提高防護效果，設備機房不宜設置于頂一層，宜設置在建筑物底層中心部位，機房內設備遠離引下線或鋼柱［17］。

6 結論

地鐵高架車站的雷電防護是非常重要的，在確定建筑物防雷類別、電子信息系統雷電防護等級以及屏蔽措施等方面，應嚴格執行相關規范標準，建筑物應按第二類防雷建筑物、電子信息系統應按雷電防護等級A級要求進行設防，屏蔽措施要有效防止外界對機房內設備造成的電磁干擾，做到安全可靠、技術先進、經濟合理，為地鐵交通正常運行保駕護航。