城市軌道交通信息技術設備防雷接地系統研究

嵇瑋

摘要：隨著經濟和各行各業的快速發展，現代科學技術的飛速發展，鐵路和軌道交通信號電子化設備的應用大幅增加，先進的設備在雷雨季節能否安全穩定地運行，是目前需要研究的一個新課題。城市軌道交通工程有多種接地類型，按用電設備類型可分為電氣設備（強電）接地、機電設備接地、信息技術設備（弱電）接地三類。其中信息技術設備接地分為系統接地、保護接地、防雷接地、功能接地等。本文對軌道交通信息技術設備接地設計采用標準、接地網、接地型式、接地電阻取值對信息技術設備系統的影響進行分析，并對高架車站在雷擊電磁脈沖條件下站內磁場強度進行計算，驗證了城市軌道交通應利用自然接地體形成多層結構的等電位聯結網絡，既能有效泄放故障電流、雷擊電流及靜電荷，又能獲得各系統之間均衡電壓，提高抗電磁騷擾能力。

關鍵詞：城市軌道交通;信息技術設備;防雷接地;等電位聯結;接地電阻

引言

在城市軌道交通接觸網系統運行過程中，常會出現雷擊造成設備損壞而導致行車中斷的事故。防雷技術可對接觸網系統起到有效的防護作用，避免雷擊造成的絕緣子損壞、線路跳閘等故障。為軌道交通防雷裝置檢測提供技術支撐。本文對編制《城市軌道交通交通防雷裝置檢測技術規范》的背景進行了分析，介紹了該規范的主要內容，重點對規范的技術要點進行了解析。

1雷擊對接觸網的危害

雷電是不同電荷云層之間的放電現象，具有極高的瞬時電壓。當雷電擊中露天供電接觸網線路時，雷電沖擊電壓可能造成絕緣子永久擊穿，導致短路跳閘故障。一旦發生跳閘事故，將引起行車中斷，嚴重影響運行秩序。同時，雷擊產生的過電壓可通過接觸網傳入牽引變電所，引起變電所內二次設備損壞，造成巨大的經濟損失。

2接地型式

2.1多網狀聯結星形網絡

城市軌道交通中各系統用電設備眾多，一般情況下供配電系統、機電設備系統、信息技術系統的線路、設備間距無法滿足防止電磁騷擾的要求，可能會對信號、通信的傳輸造成影響。另外，牽引供電系統的雜散電流、機電設備系統的諧波電流等也會引起信息技術設備間參考電位不同，對車站信息技術設備運行造成騷擾。以低壓配電箱的保護線（PE線）母排作為參考電位點，并從低壓配電箱的PE母排放射式地引出PE線至信息技術設備，低壓配電箱的PE母排通過通信、信號等設備房內的接地端子排接入車站綜合接地網。此時，PE線既作為保護接地線同時兼作信息技術設備的信號接地線。這種多網狀聯結星形網絡設計實施簡單易行，可以避免部分電磁騷擾。

2.2加設避雷線或避雷針

為了防止直擊雷的侵害，一般采用架空避雷線架空線路，當接觸網附近地面遭受雷擊時，雷電流致使導線產生很強的感應過電壓，而避雷線與接觸網導線之間的耦合作用可減小絕緣子承受的感應電壓。因此，避雷線不僅可以有效降低接觸網遭受直擊雷的概率，還可以降低因感應過電壓而導致絕緣子擊穿閃絡的概率。安裝避雷針也是針對直擊雷的有效保護措施，將避雷針安裝在接觸網支柱頂端，避雷針與接地引線相連，從而通過引線與埋在地下的泄流地網連接起來。當雷云放電接近地面時，其會使地面電場發生畸變，在避雷針的頂端形成局部電場集中的空間，以影響雷電先導放電的發展方向，引導雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地網將雷電流引入大地，從而使接觸網設備免遭雷擊損壞。在已建成的工程中加設雷電防護措施，需根據實際情況采用更加合適的方案。以廣州軌道交通一號線地面段防雷系統改造為例，對雷擊故障數據進行統計和分析，發現由于車廠庫線的密集布局及對雷電流的分流作用，其遭受雷擊的概率相對小很多，雷擊落點均在正線露天段的西塱—坑口站之間及試車線上，該兩處區域線路沿線較空曠。因既有支柱高度不符合避雷線安裝高度要求，如加設避雷線，須另立避雷線桿塔以滿足高度要求，工程投資成本較大，且施工區域為既有運營線路，施工對列車安全運行造成較大隱患。而在支柱頂端加設避雷針，同樣可滿足防雷要求，且具有成本小、施工周期短等優點，故將加設避雷針作為直擊雷保護措施。

2.3車體雷電擊中防護

如果車輛在落車狀態下被雷電擊中，由于此時車體與大地等電位，雷電流將直接被泄放至大地，不會造成危險。如果車輛在懸浮狀態下被雷電擊中，車體和負母線之間的直連接地線使負極接觸軌與車體處于等電勢狀態，雷電能量將被引至負軌上，而負軌與大地之間設有避雷器，可借助此避雷器泄放落到車體上的雷電能量。

2.4提升接地水平

要保證接觸網系統的防雷效果，不僅要合理布局和安裝避雷裝置，還要確保其接地效果良好。接地系統好壞直接決定防雷措施的效果，設計、施工部門應根據現場實際合理布置接地裝置，確保接地裝置的等效阻值滿足要求，運營管理單位應定時對接地電阻參數進行測量，發現問題及時處理。受土質及環境因素影響，地面段接地系統阻值參數不能滿足防雷接地要求，為此運營部門對接地系統進行了完善性改造，以增強防雷系統可靠性。防雷裝置的接地電阻高低及設備是否正確接地是能否實現防雷保護的重要因素，由于避雷針的防雷接地電阻要求不大于10Ω，為回填沙土，因此將在沿線路每跨埋設垂直接地體，且上下行線避雷針通過接地連接線互相連接，使全部避雷針接地線連成一體，以提高避雷針整體接地水平。

結語

信息技術設備特點是絕緣強度低、過電流過電壓耐受能力差、對電磁騷擾敏感。弱電系統是維系城市軌道交通正常運營的中樞神經，一旦遭受電磁騷擾，將危及線路的正常運營，甚至造成重大的人員傷亡和巨大的經濟損失。多年以來，由于顧慮牽引供電系統的雜散電流對隧道、車站、橋梁等建筑物的土建結構影響，城軌交通信息設備接地并未利用結構主鋼筋形成共用的網狀聯結星形網絡并構建多層等電位聯結網絡。經測試證明，城市軌道交通利用結構鋼筋作為自然接地體，完全符合強、弱電設備接地要求。在防雷設計和改造過程中，應結合區段的實際環境、氣候條件，并采用合理的防雷設計、防雷措施，以提升接觸網的整體防雷性能。

參考文獻

[1]孫少江.高速鐵路接觸網防雷技術[J].電氣化鐵道，2017，28（3）：43-48.

[2]王開華.普速鐵路接觸網防雷措施及建議分析[J].山東工業技術，2019（2）：126.

[3]吳曉剛.關于鐵路接觸網防雷技術的相關研究[J].中小企業管理與科技，2017（33）：179-180.