【摘要】地鐵時鐘系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)行的重要組成部份之一，必須準(zhǔn)確、安全、可靠。雷雨天氣時的靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷長期威脅著時鐘系統(tǒng)的安全，引發(fā)各種故障。針對地鐵時鐘系統(tǒng)故障的特點(diǎn)，分析感應(yīng)雷擊壞母鐘擴(kuò)展箱的原因，運(yùn)用電子信息系統(tǒng)的感應(yīng)雷防護(hù)技術(shù)，提出地鐵雷雨天氣時鐘問題的解決方案。

【關(guān)鍵詞】地鐵雷雨天氣時鐘系統(tǒng)感應(yīng)雷

目前，電子計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，電子設(shè)備采用大規(guī)模集成電路，內(nèi)部結(jié)構(gòu)間距小，耐壓程度很低，難以承受雷擊的沖擊破壞。地鐵時鐘系統(tǒng)中連接電纜井和運(yùn)用庫等地的數(shù)據(jù)線，容易遭受雷擊，導(dǎo)致時鐘出現(xiàn)故障，而且雷雨天氣時的靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷還能穿過避雷器擊毀時鐘模塊里面的電子元器件。

一、地鐵時鐘系統(tǒng)

地鐵時鐘系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)行的重要組成部份之一，必須準(zhǔn)確、安全、可靠，為乘客和地鐵工作人員提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間，同時也為相關(guān)的其他系統(tǒng)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，保證各系統(tǒng)的定時設(shè)備與時鐘系統(tǒng)同步，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地鐵所有線路的時間準(zhǔn)確統(tǒng)一。

地鐵時鐘系統(tǒng)通常是按一級母鐘和車站、車輛段二級母鐘兩級組網(wǎng)的方式設(shè)置，主要由控制中心配置GPS接收機(jī)、中心母鐘和子鐘，沿線各車站設(shè)置二級母鐘和子鐘。GPS天線和GPS接收機(jī)把接收到的衛(wèi)星時標(biāo)信號傳給中心母鐘，中心母鐘再把時間信號發(fā)送給其他系統(tǒng)或通過傳輸網(wǎng)給車站的二級母鐘授時，分設(shè)在各個車站的子鐘再通過電纜鏈接到二級母鐘，最終實(shí)現(xiàn)各地時間的統(tǒng)一。

二、感應(yīng)雷的危害及防護(hù)措施

時鐘故障不會是直擊雷，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)告訴我們設(shè)置在高處的GPS天線沒有拔都不會導(dǎo)致時鐘系統(tǒng)故障，只有接了子鐘進(jìn)去才會有故障。每個子鐘的輸入端和擴(kuò)展箱的每一個輸出端都配置了避雷器，但是避雷器沒壞，連接子鐘的擴(kuò)展箱壞了。因此導(dǎo)致時鐘故障的元兇必然是感應(yīng)雷。

建筑物附近產(chǎn)生雷擊活動，在雷電電流釋放路徑周圍會存在十分強(qiáng)烈的電磁場震蕩，從而損壞一定范圍內(nèi)的精密電子設(shè)備。當(dāng)建筑物外部存在避雷設(shè)備時，電流在引導(dǎo)排泄的過程中，引線周圍會產(chǎn)生強(qiáng)磁場，使附近的導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電壓，最后使設(shè)備受損。直擊雷的電流在往下排泄的過程中會擊中雷區(qū)的線路，電流就能夠沿著線路入侵電子設(shè)備，最終損壞儀器設(shè)備。雖然不通過雷區(qū)的線路沒有被直接擊中，但當(dāng)外部存在雷暴活動時，線路上也可能產(chǎn)生感應(yīng)過電流，從而對設(shè)備造成傷害。

對感應(yīng)雷的防護(hù)是一個全面的系統(tǒng)工程，主要包括科學(xué)的綜合布線、完善合理的接地系統(tǒng)、屏蔽措施、電位連接措施、感應(yīng)雷擊與電磁脈沖的防護(hù)等內(nèi)容。

三、地鐵雷雨天時鐘問題解決方案

雷雨天時鐘故障問題原因分析主要分為三個階段，第一階段認(rèn)為是避雷裝置故障，但其后通過避雷裝置整改后故障仍然存在；第二階段認(rèn)為是數(shù)據(jù)線故障，由于數(shù)據(jù)線貫穿整個車輛段，通過電纜井到另一邊的運(yùn)用庫；第三階段在發(fā)現(xiàn)電纜井積水后，由于水容易引起感應(yīng)雷，感應(yīng)雷沿著數(shù)據(jù)線擊穿擴(kuò)展箱元件。

為了解決雷雨天感應(yīng)雷引起地鐵時鐘故障問題，首先要對感應(yīng)雷的入侵通道進(jìn)行分析。對于建筑物中電子設(shè)備群體來說，引入感應(yīng)雷的通道主要有7條：（1）建筑物中一切電子設(shè)備的天線、饋線、電源線、信號線、接地線都是建筑物的進(jìn)雷通道。（2）出入建筑物中各種電源線路。（3）建筑物內(nèi)部“長”距離信號線路。（4）具有公共接地的建筑物中的一切金屬管道，在直接雷電流經(jīng)其上時，其周圍產(chǎn)生的磁場渦流在金屬表面感應(yīng)出來的雷電沖擊波。（5）雷電放電時，在金屬表面感應(yīng)出來的雷電沖擊波。（6）直接雷擊落雷點(diǎn)建筑物的高電位沖擊。（7）直接雷擊落雷點(diǎn)建筑物的雷電反沖電流。這種電流可通過相鄰建筑物的接地線路進(jìn)入其電子設(shè)備，使電子設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)芯之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象而損壞。

針對以上分析，我們首先考慮采取光纜替代方式，即兩邊安裝上光電轉(zhuǎn)換器，但這種方法必須重新購買設(shè)備并鋪設(shè)光纜，工程量和耗資都很大。通過再次深入到研究和商討，工程師放棄通信機(jī)械室原有至運(yùn)用庫子鐘的時鐘線纜，采用了走另外鋪設(shè)的直埋式電話電纜，用其中的一對傳輸RS485信號，然后在運(yùn)用庫另一邊安裝一臺擴(kuò)展箱，通過擴(kuò)展箱把時鐘信號分到各個子鐘的方式。這個方法最終完美解決了地鐵雷雨天時鐘故障問題，此后的雷雨天氣再也沒有對時鐘系統(tǒng)造成破壞性影響。

四、結(jié)語

雷雨天氣產(chǎn)生的直擊雷通常能導(dǎo)致人員傷亡、建筑物破壞，以及設(shè)備毀壞等，但是一般不會對地鐵時鐘系統(tǒng)設(shè)備造成直接傷害，通常安裝的避雷設(shè)備能夠避免建筑物等遭受直接雷擊，但不能防止感應(yīng)雷對電子信息系統(tǒng)設(shè)施的危害。

靜電感應(yīng)雷通常是由于帶電積雨云在架空導(dǎo)線線路或其他導(dǎo)體凸出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起的。而電磁感應(yīng)雷則是由于雷電在放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場引起的。