城市軌道交通車站綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的防雷接地方案探討

徐建 蔣永兵

摘? 要：針對目前城市軌道交通車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、門禁系統(tǒng)防雷接地方案存在不夠全面、規(guī)范的問題，通過深入分析軌道交通弱電監(jiān)控系統(tǒng)、車站綜合接地系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合國家相關(guān)防雷接地技術(shù)規(guī)范的要求和我國多個城市軌道交通系統(tǒng)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出上述綜合監(jiān)控等系統(tǒng)在車站的具體防雷接地技術(shù)方案，重點(diǎn)對雷電防護(hù)分區(qū)、接地、防電涌措施、線纜敷設(shè)的建議方案進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;綜合監(jiān)控;FAS;BAS;門禁系統(tǒng);防雷;接地

中圖分類號：TP273+.5? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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

為了保證我國城市軌道交通線路的安全、可靠運(yùn)行，綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、門禁系統(tǒng)等弱電監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。上述系統(tǒng)具有設(shè)備眾多、位置分散的特點(diǎn)，設(shè)置防雷接地措施往往要增加一定投資，同時車站設(shè)備大部分處于建筑內(nèi)部，電磁環(huán)境相對較好，出現(xiàn)雷電侵?jǐn)_情況也相對較少，因此，上述系統(tǒng)車站防雷接地設(shè)計(jì)的完整、規(guī)范性往往被忽視，極易出現(xiàn)防雷措施缺失的情況。由于上述弱電監(jiān)控系統(tǒng)直接用于對城市軌道交通供電、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)生強(qiáng)雷電電磁脈沖干擾，有可能引起設(shè)備、人員傷害，嚴(yán)重情況下甚至對車站乃至整條線路的運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，為此，本文在收集、總結(jié)多個城市軌道交通綜合監(jiān)控及相關(guān)系統(tǒng)防雷接地方案的基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求，提出一套上述系統(tǒng)車站級設(shè)備防雷接地設(shè)計(jì)方案，以供設(shè)計(jì)參考。

1? 車站綜合監(jiān)控及相關(guān)系統(tǒng)防雷接地重點(diǎn)

對于城市軌道交通綜合監(jiān)控車站級系統(tǒng)，其主要由設(shè)置在綜合監(jiān)控設(shè)備室和車站控制室的服務(wù)器、工作站類設(shè)備以及配套供電的UPS電源系統(tǒng)組成，設(shè)備布置相對集中，但同時，系統(tǒng)對外存在大量通信和電源接口（FAS、BAS、門禁系統(tǒng)一般由綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的UPS統(tǒng)一供電）。由此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)車站設(shè)備防雷接地的重點(diǎn)在于如何做好綜合監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)設(shè)備的接地以及對外接口部分的防電涌措施。

對于FAS、BAS、門禁車站級系統(tǒng)，一般由站級和現(xiàn)場級兩部分設(shè)備組成，兩者之間通過現(xiàn)場總線連接。站級設(shè)備一般也設(shè)置于綜合監(jiān)控設(shè)備室和車站控制室，防雷接地方案與綜合監(jiān)控系統(tǒng)類似，因此，系統(tǒng)防雷接地的重點(diǎn)在于如何做好分布于車站照明配電室、環(huán)控電控室、環(huán)控機(jī)房等房間的現(xiàn)場級設(shè)備的接地，以及如何對接入的監(jiān)控對象設(shè)置合理的防電涌措施。同時，上述系統(tǒng)各類電纜的合理化敷設(shè)也是防雷接地的重點(diǎn)。

2? 雷電防護(hù)區(qū)的劃分

按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）相關(guān)雷電防護(hù)區(qū)劃分原則，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器設(shè)備均置于綜合監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)，可按照置于LPZ2區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作站等其他設(shè)備置于車站控制室，可按照置于LPZ1區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì);FAS、BAS、門禁系統(tǒng)主要設(shè)備、線纜位于車站公共區(qū)、附屬用房、走道內(nèi)，可按照置于LPZ1范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但同時，存在如BAS通向地面冷卻塔智能監(jiān)控單元的線纜、門禁系統(tǒng)設(shè)置在緊急疏散通道門外側(cè)的讀卡器及聯(lián)系線纜等設(shè)備設(shè)施，其應(yīng)按照置于LPZ0B區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，相關(guān)雷電防護(hù)區(qū)劃分如圖1所示。643ADA44-9CA4-4DAE-9F04-0B6588D70579

3? 綜合監(jiān)控系統(tǒng)防雷接地方案

3.1? 接地措施

城市軌道交通正線設(shè)置綜合接地系統(tǒng)，具體到車站，主要由接地網(wǎng)以及連接強(qiáng)弱電設(shè)備、金屬管線、架構(gòu)和接地網(wǎng)的接地線構(gòu)成。車站接地網(wǎng)設(shè)置強(qiáng)電接地母排，供車站和變電所設(shè)備工作接地和安全接地用，設(shè)置弱電接地母排，供車站通信、信號、綜合監(jiān)控等弱電設(shè)備接地用，兩組接地母排引出點(diǎn)沿接地體的地中距離不小于20米。根據(jù)需要，在設(shè)備房間內(nèi)設(shè)置強(qiáng)電、弱電接地端子箱，用于相關(guān)設(shè)備接地，如圖2所示。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)接地的作用主要體現(xiàn)在安全保護(hù)接地和功能性接地。目前國內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的零電平普遍采用懸浮處理，實(shí)踐證明可以保證可靠通信，因此，目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注安全保護(hù)接地。

如前所述，綜合監(jiān)控設(shè)備室、車站控制室，均設(shè)置有弱電接地母排，因此，應(yīng)采用S型結(jié)構(gòu)以綜合監(jiān)控機(jī)柜接地端子板為單元進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，如圖3所示，機(jī)柜內(nèi)各設(shè)備再通過接地線連接至本柜接地端子板。弱電接地母排、機(jī)柜接地端子板、設(shè)備之間接地電纜建議采用多股銅芯導(dǎo)線，線徑不小于6 mm2。

同時，除等電位聯(lián)結(jié)外，各機(jī)柜應(yīng)將引入本機(jī)柜的AC220 V電源PE線接入機(jī)柜等電位端子板上。

3.2? 防電涌措施

一般情況下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)置UPS，并負(fù)責(zé)向BAS、門禁等多個子系統(tǒng)供電。在電源進(jìn)線側(cè)，動照專業(yè)已在牽引降壓變電所或降壓變電所AC400 V母線處設(shè)置了采用I或Ⅱ類試驗(yàn)的一級電涌保護(hù)裝置，部分地區(qū)還在向弱電監(jiān)控系統(tǒng)供電的雙切箱內(nèi)設(shè)置了采用Ⅱ類試驗(yàn)二級電涌保護(hù)裝置。與上述方案對應(yīng)，如果動照專業(yè)設(shè)置的上級雙切箱已經(jīng)考慮了電涌保護(hù)裝置，UPS系統(tǒng)電源進(jìn)線側(cè)無須設(shè)置電涌保護(hù)裝置，否則應(yīng)設(shè)置采用Ⅱ類試驗(yàn)的二級電涌保護(hù)裝置。在UPS系統(tǒng)饋出母線側(cè)應(yīng)設(shè)置采用Ⅱ類試驗(yàn)的三級電涌保護(hù)裝置，提供綜合監(jiān)控設(shè)備的防電涌保護(hù)及防止可能存在的其他系統(tǒng)電涌電流侵入。上述設(shè)置的電涌保護(hù)器參數(shù)如表1所示。

車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過通信前置機(jī)與多個子系統(tǒng)互聯(lián)，包括閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、乘客導(dǎo)引系統(tǒng)（PIS）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、門禁系統(tǒng)（ACS）等，并通過交換機(jī)直接接入集成子系統(tǒng)，包括電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）、FAS、BAS、站臺門系統(tǒng)（PSD）等，同時通過以太網(wǎng)接至主干網(wǎng)，綜合監(jiān)控與上述集成、互聯(lián)系統(tǒng)的接口類型主要為以太網(wǎng)和RS485接口。其中，CCTV、PA、PIS一般置于通信設(shè)備室，AFC一般置于AFC設(shè)備室，ACS一般置于綜合監(jiān)控設(shè)備室，上述房間均屬于LPZ2區(qū)范圍，且綜合監(jiān)控與上述系統(tǒng)通信線纜均在金屬線槽或鋼管內(nèi)敷設(shè)，因此，系統(tǒng)間不再考慮設(shè)置防電涌措施。對于與站臺門系統(tǒng)、PSCADA（變電所控制室）、BAS（環(huán)控電控室）的接口，建議設(shè)置防電涌措施，具體參數(shù)如表2所示。

3.3? 布線

車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)布線主要集中于車站控制室和綜合監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)，采用金屬線槽敷設(shè)方式，主要考慮以下兩點(diǎn)：

（1）強(qiáng)、弱電線槽布置應(yīng)盡量減少電磁感應(yīng)環(huán)路面積.

（2）確保強(qiáng)電、弱電電纜間距，對于綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)保證線纜間不小于150 mm間距。

4? FAS、BAS、門禁系統(tǒng)防雷接地方案

4.1? 接地措施

與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相同，F(xiàn)AS、BAS、門禁設(shè)備也無功能性接地需求，因此，接地設(shè)計(jì)重點(diǎn)仍為安全保護(hù)接地。BAS站級設(shè)備集成至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，F(xiàn)AS站級設(shè)備設(shè)置于車站控制室，門禁系統(tǒng)站級設(shè)備設(shè)置于綜合監(jiān)控設(shè)備室，因此上述系統(tǒng)站級設(shè)備等電位聯(lián)結(jié)均可與綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，如圖3所示。與綜合監(jiān)控系統(tǒng)有所不同的是，F(xiàn)AS、BAS、門禁系統(tǒng)存在大量模塊、控制箱（柜）分布設(shè)置在車站各個房間、走道，上述設(shè)備也需要做等電位聯(lián)結(jié)，具體方案為：采用S型結(jié)構(gòu)將各個箱、柜接入所在或鄰近房間的強(qiáng)電或弱電接地端子箱端子板（根據(jù)命名不同，部分也稱作局部等電位端子箱）。接地端子箱端子板與箱、柜之間接地電纜建議采用多股銅芯導(dǎo)線，線徑不小于6 mm2。除等電位聯(lián)結(jié)外，引入箱、柜的AC220 V電源PE線也應(yīng)接入箱、柜等電位端子板上，如圖4所示。

對于上述等電位聯(lián)結(jié)方案，有以下三項(xiàng)內(nèi)容需要說明：

（1）部分地區(qū)FAS分布設(shè)置的模塊箱，未考慮等電位聯(lián)結(jié)，理由是上述箱內(nèi)電源電壓均采用安全電壓。本文認(rèn)為，作為等電位聯(lián)結(jié)，除了防范本箱柜內(nèi)電源意外碰殼引起的安全事故外，還應(yīng)考慮外部箱柜、橋架、線纜等意外帶電后對本系統(tǒng)或人身安全的影響，因此，F(xiàn)AS模塊箱應(yīng)做等電位聯(lián)結(jié)。（2）在部分地區(qū)，BAS在環(huán)控電控室設(shè)置工作接地總母排，門禁系統(tǒng)在綜合監(jiān)控設(shè)備室設(shè)置工作接地總母排，兩系統(tǒng)分別用多根1X6 mm2線纜將分散的模塊箱、控制箱串接接入。上述接地方案混淆了工作接地和等電位聯(lián)結(jié)，并造成了大量線纜浪費(fèi)，因?yàn)椋紫饶壳癇AS實(shí)際不存在工作接地的需求，其次該方式用于等電位聯(lián)結(jié)起不到應(yīng)有的作用（距離過遠(yuǎn)，線纜線徑不夠）。（3）對于FAS、BAS和門禁系統(tǒng)，部分設(shè)計(jì)人員擔(dān)心通過強(qiáng)電接地端子箱端子板接地，會對弱電系統(tǒng)造成通信干擾或反擊損害，本文認(rèn)為：首先，目前上述弱電系統(tǒng)通信接口的信號地均采用懸浮方式，通信可靠，不需要工作接地，因此所謂的“通信干擾”實(shí)際并不存在;其次，接入強(qiáng)電接地端子箱的目的是為了實(shí)現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)，因?yàn)閺?qiáng)電接地端子箱所在房間設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)均接入該箱內(nèi)端子板，所以上述系統(tǒng)只有接入此接地端子箱端子板，才能更好地實(shí)現(xiàn)“等電位”的作用。

4.2? 防電涌措施

FAS由動照專業(yè)提供消防一級電源，F(xiàn)AS火災(zāi)報警控制器設(shè)備電源進(jìn)線根據(jù)動照專業(yè)雙切箱內(nèi)防電涌裝置的設(shè)置情況，可以直接引入或者設(shè)置采用Ⅱ類試驗(yàn)的二級電涌保護(hù)裝置引入。BAS、門禁系統(tǒng)電源進(jìn)線均引自綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的UPS饋出母線，其上已經(jīng)設(shè)置了電涌保護(hù)裝置。同時兩系統(tǒng)各自設(shè)置的配電箱至內(nèi)部設(shè)備全部在LPZ1區(qū)范圍內(nèi)，且相關(guān)線纜均在金屬線槽或鋼管內(nèi)敷設(shè)，因此也不再考慮設(shè)置防電涌措施。643ADA44-9CA4-4DAE-9F04-0B6588D70579

部分地區(qū)門禁系統(tǒng)在通向地面的緊急疏散通道門外側(cè)設(shè)置了讀卡器，由于該讀卡器位置屬于LPZ0B區(qū)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置防電涌措施。該處讀卡器通過韋根通信方式接入門禁就地控制器（一般設(shè)置在鄰近設(shè)備用房內(nèi)），因此可以在就地控制器處，設(shè)置一級信號防電涌裝置，同時在同樣鏈接于RS485串行通信線上的，與該就地控制器相鄰的前后兩個就地控制器處設(shè)置二級信號防電涌裝置，具體參數(shù)如表3所示。

部分地區(qū)BAS需要采集位于地面的冷卻塔、多聯(lián)空調(diào)機(jī)組等設(shè)備的運(yùn)行信息，相應(yīng)通信線需引至位于LPZ0B的智能通信單元接口處，應(yīng)當(dāng)設(shè)置防電涌措施。考慮到上述設(shè)備一般采用RS485串行通信方式接入鄰近遠(yuǎn)程I/O，因此可以在設(shè)置該遠(yuǎn)程I/O的模塊箱（一般設(shè)置在鄰近設(shè)備用房內(nèi)）處設(shè)置一級信號防電涌裝置，同時在該模塊箱與相鄰的兩個模塊箱處設(shè)置上二級信號防電涌裝置，具體參數(shù)如表4所示。

4.3? 布線

車站FAS、BAS、門禁系統(tǒng)布線較為分散，但線纜均采用金屬線槽或鋼管敷設(shè)方式，主要考慮如下兩點(diǎn)：（1）同一線槽需要放置強(qiáng)、弱電電纜時，必須采用金屬板分隔開。（2）確保強(qiáng)電、弱電電纜間距，一般情況下應(yīng)保證不小于10 mm間距（配電箱進(jìn)線回路除外）。

5? 結(jié)? 論

綜上所述，城市軌道交通車站綜合監(jiān)控及相關(guān)系統(tǒng)的防雷接地設(shè)計(jì)中，建議重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：（1）除非產(chǎn)品有工作接地要求，否則系統(tǒng)不建議再單獨(dú)從綜合監(jiān)控設(shè)備室或車站控制室的弱電接地端子箱向分散設(shè)置的各處設(shè)備引接工作接地線，造成大量線纜浪費(fèi)。（2）系統(tǒng)設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)應(yīng)采用S型結(jié)構(gòu)，且就近接入所在房間的強(qiáng)電或弱電接地端子箱端子板。（3）電源PE線作為保護(hù)接地，應(yīng)在設(shè)備機(jī)柜接地板處與等電位聯(lián)結(jié)短接。（4）LPZOB至LPZ1的分界處應(yīng)設(shè)置電源、信號的一級防電涌裝置，并在相鄰合適位置設(shè)置二級防電涌裝置。（5）合理劃分雷電防護(hù)區(qū)，盡量減少電涌保護(hù)裝置的設(shè)置數(shù)量。（6）電源、信號線纜敷設(shè)合理，強(qiáng)弱電線纜分開敷設(shè)并保證一定距離。相信通過上述防雷接地優(yōu)化措施，能夠在工程整體增加投資不多的情況下，降低弱電監(jiān)控系統(tǒng)遭受電涌侵入的可能和危害，使得城市軌道交通綜合監(jiān)控及相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。

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作者簡介：徐建（1976—），男，漢族，福建平潭人，高級工程師，本科，研究方向：城市軌道交通自動化系統(tǒng);蔣永兵（1982—），男，漢族，重慶大足人，高級工程師，本科，研究方向：城市軌道交通自動化系統(tǒng)。643ADA44-9CA4-4DAE-9F04-0B6588D70579