宋平健，李京校(北京市避雷裝置安全檢測中心，北京　100089)

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軌道交通系統(tǒng)的防雷安全*

宋平健，李京校
(北京市避雷裝置安全檢測中心，北京100089)

宋平健(1957—)，男，高級工程師，從事建筑物及電子系統(tǒng)的雷電防護工作。

摘要:分析了軌道交通系統(tǒng)雷擊事故的原因，概述了完善軌道交通系統(tǒng)防雷安全的工程技術(shù)措施和防雷安全管理措施。建議軌道交通系統(tǒng)的防雷安全應(yīng)落實防雷裝置檢測與維護制度，并制定雷電應(yīng)急預(yù)案，確保軌道交通系統(tǒng)的安全運行。

關(guān)鍵詞:高鐵;地鐵;接觸網(wǎng);防雷安全

李京校(1983—)，男，工程師，從事建筑物及電子系統(tǒng)的防雷工作。

0　引言

隨著我國社會、經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高速鐵路、城市軌道交通等交通業(yè)態(tài)發(fā)展迅速，給人們的出行帶來極大的快捷與方便，同時大風、濃霧、暴雨等惡劣天氣現(xiàn)象對交通的影響也日漸突出。高鐵、動車會因雷擊失去動力或控制失效而停車，城市軌道交通也會因雷電停運或降速運行。隨著城市規(guī)模的擴大，城市軌道交通線路逐步向新城延伸，如何有效降低雷電風險是一個值得探討的問題。

1　鐵路交通

1.1雷擊原因分析

高速列車停車、晚點很多都與雷電天氣有關(guān)，主要因接觸網(wǎng)設(shè)備的耐雷水平較低，信號及控制系統(tǒng)耐受雷電感應(yīng)過電壓沖擊水平差。

(1)雷擊接觸網(wǎng)，可導(dǎo)致接觸網(wǎng)的損壞或斷電。由于給列車饋電的接觸網(wǎng)架空設(shè)置，接觸線、承力索是沿線路最高的金屬體，因此遭受直接雷擊的幾率最高。雷電擊中接觸線或承力索時，雷電流向雷擊點的前后兩個方向傳輸，使導(dǎo)線電位抬升，當電壓超過支撐絕緣子的沖擊放電電壓時，絕緣子閃絡(luò)、短路。另外，雷擊支柱或回流線時，雷擊點的阻抗使其對地電位大大升高，當電壓超過線路絕緣子的耐沖擊電壓水平時，支柱頂部或回流線對接觸線或承力索放電，發(fā)生反擊。雷電流的熱效應(yīng)、電動力效應(yīng)可引起接觸線承力索或回流線的熔斷、切斷，當雷電流傳到變電所時還有可能引發(fā)跳閘。

(2)雷電流導(dǎo)致鋼軌電位升高，若維護檢修人員在鋼軌附近行走，就有可能由于跨步電壓的存在而引起人體觸電。另外，雷電流在鋼軌上引起的電位急劇升高，可對軌道附近的信號機、應(yīng)答器、轉(zhuǎn)轍器等電子電氣設(shè)備造成嚴重的威脅。

(3)車站建筑物遭雷擊，可導(dǎo)致車站內(nèi)列車的監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障。雷擊車站建筑物或車站附近地面時，雷電電磁脈沖作用于連接站內(nèi)外的各類線路，引起與站外信號、監(jiān)測、通信、控制裝置相連接的室內(nèi)設(shè)備端口誤動作甚至損壞，無法實現(xiàn)對運行列車的有效監(jiān)控。

1.2雷電安全防護措施

雷電防護措施可從以下幾個方面完善:

(1)完善接觸網(wǎng)的雷電防護措施，包括增加支柱接地點的數(shù)量，降低支柱的接地電阻值，增設(shè)饋電線路避雷器，以及架設(shè)避雷線等［3］。目前接觸網(wǎng)支柱多采用利用回流線作閃絡(luò)保護的集中接地方式，接地點數(shù)量少、接地電阻較大是接觸網(wǎng)耐雷水平偏低、支柱燒傷閃絡(luò)的主要原因。降低接地電阻值，可以有效降低雷電流在接地體上的電壓降，減少絕緣子閃絡(luò)及對接觸線反擊的發(fā)生概率。通過縮短兩個接地點之間的距離或增加接地點的數(shù)量，可以降低雷電流在線路上的感應(yīng)電壓，提高線路的耐雷水平。

在降低支柱接地電阻值困難的山坡、山地風口處，土壤電阻率高的區(qū)段以及土壤電阻率變化大的水陸交接區(qū)段，接觸網(wǎng)安裝適配的避雷器，可降低線路上的雷電過電壓，防止或減少變電所頻繁跳閘，同時減小雷電對人員、信號設(shè)備及易燃可燃物品的威脅。

線路經(jīng)過多雷區(qū)和強雷區(qū)［4］的區(qū)段，應(yīng)在接觸網(wǎng)上方的適當位置和高度設(shè)置避雷線，利用避雷線對其下方空間的屏蔽功能，減少對支柱及接觸線(包括承力索)的直接雷擊。同時，由于避雷線與承力索(接觸線)間的耦合作用，可降低在接觸線上產(chǎn)生的雷電感應(yīng)電壓。

(2)完善鋼軌附近電子電氣設(shè)備及車站主控室內(nèi)設(shè)備的防雷，綜合運用屏蔽、接地、等電位聯(lián)結(jié)等措施。屏蔽的線纜或普通線纜敷設(shè)在金屬線槽內(nèi)以及設(shè)備金屬殼體的接地，可以減弱雷電電磁場對設(shè)備及線路的雷電感應(yīng);在機房建立等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)，各設(shè)備的金屬外殼連接在一個近似的等電位面上，可降低設(shè)備間的電位差;在電源線路、信號線路的端口安裝適配的電涌保護器(Surge Protective Device，SPD)，分流沿線路進入的雷電流，限制線路出現(xiàn)的雷電過電壓，保護設(shè)備的端口。

(3)完善雷電預(yù)警機制，及早防范。在鐵路沿線建立以閃電定位系統(tǒng)、大氣電場監(jiān)測系統(tǒng)為主要監(jiān)測手段的雷電監(jiān)測系統(tǒng)，對沿線附近正在發(fā)生的或向鐵路沿線靠近的雷電天氣提前預(yù)警、預(yù)報。

2　城市軌道交通

2.1雷擊原因分析

地鐵作為人員密集、機電和電子系統(tǒng)高度集中的工程建設(shè)項目，對雷電活動非常敏感。根據(jù)雷電放電的特點，高架線路的車站、列車及接觸網(wǎng)，地面停車場、車輛段以及地下站的出入口、冷卻塔等易成為雷擊的對象。雷電對列車地面線路接觸網(wǎng)的影響最為突出，在造成接觸網(wǎng)物理損壞的同時，對列車饋電系統(tǒng)也帶來嚴重的威脅。另外，雷電擊中車站、高架區(qū)間、接觸網(wǎng)及線路的附近區(qū)域，在導(dǎo)致建(構(gòu))筑物物理損毀的同時，對雷電極為敏感的信號、通信、綜合監(jiān)控、自動售檢票、屏蔽門等系統(tǒng)也同時受到嚴重威脅。

2.2地鐵系統(tǒng)的防雷安全措施

地鐵雷電防護應(yīng)注意以下方面:

(1)采用接觸網(wǎng)饋電的高架區(qū)間及地面區(qū)間，雷電防護應(yīng)符合相關(guān)標準GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》的要求:“地上區(qū)段架空接觸網(wǎng)應(yīng)設(shè)置避雷器，其間距不應(yīng)大于300 m。在隧道入口和為地上線接觸網(wǎng)供電的隔離開關(guān)處應(yīng)設(shè)置避雷器?！痹诘孛鎱^(qū)段、高架橋區(qū)段，架空地線應(yīng)每隔200 m設(shè)置火花間隙;架空地線可兼作避雷線。避雷器與火花間隙的工頻接地電阻不應(yīng)大于10 Ω。高架橋梁應(yīng)利用橋墩作防雷接地裝置。

(2)采用接觸軌饋電的高架及地面區(qū)間牽引電源，除了在牽引變電室的正、負母線柜和車站端頭開關(guān)柜內(nèi)設(shè)置專用SPD外，建議分別在接觸軌和走行軌上按一定的間隔(如200 m)交錯對地安裝雷電流放電器件或類似功能的SPD，增加雷電流就近泄放入地通道，降低軌道與道床之間的電位差，保護軌道對道床的絕緣，降低雷電高電位對軌道旁的信號設(shè)備、通信設(shè)備的影響［6］。

(3)信號、通信、綜合監(jiān)控、屏蔽門等電子系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)綜合運用屏蔽、接地、等電位聯(lián)結(jié)、SPD等雷電防護措施，減小沿電源線路及信號線路進入室內(nèi)的雷電流，減弱雷電電磁場對設(shè)備及線路的感應(yīng)，均衡各系統(tǒng)、各設(shè)備之間的電位差，限制線路出現(xiàn)過電壓。

(4)車輛段、停車場、車站出入口、風亭以及冷卻塔等地面建(構(gòu))筑物或電氣設(shè)備，嚴格按GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求采取防雷措施。

3　防雷安全管理

為使防雷裝置和防雷措施發(fā)揮作用，需強化防雷安全管理。

(1)軌道交通系統(tǒng)的防雷安全應(yīng)從工程建設(shè)的源頭抓起。新建線(場、段、站)應(yīng)采取有效的防雷技術(shù)措施，防雷裝置的設(shè)置及防雷措施的運用應(yīng)納入技術(shù)審查及監(jiān)管范圍，雷電防護工程與其他相關(guān)主體工程應(yīng)同步設(shè)計、同步施工、同步驗收。

(2)建立健全防雷裝置檢測制度。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，投入使用后的防雷裝置應(yīng)定期檢測，建(構(gòu))筑物及電子系統(tǒng)防雷裝置應(yīng)每年檢測一次［8］。防雷檢測應(yīng)在雷雨季節(jié)前完成。

(3)管理部門應(yīng)強化對防雷安全工作的管理。如建立雷電預(yù)警系統(tǒng)，健全雷電防護應(yīng)急預(yù)案，安排專人負責防雷裝置的日常維護，及時檢查防雷裝置的狀態(tài)，對存在的隱患及出現(xiàn)的問題及時排除。

4　結(jié)語

軌道交通系統(tǒng)的防雷安全應(yīng)從源頭抓起，強化接觸網(wǎng)系統(tǒng)的直擊雷防護設(shè)計，完善信號、通信、控制及牽引電源系統(tǒng)的雷擊電磁脈沖防護措施的綜合運用，注重運營后防雷安全工作的監(jiān)督與管理，保證軌道交通系統(tǒng)的安全運行。

參考文獻

［1］國務(wù)院“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故調(diào)查組.“7·23”甬溫線特別重大鐵路交通事故調(diào)查報告［EB/OL］.2011-12-25.http:∥www.gov.cn/gzdt/2011-12/29/content_2032986.htm.

［2］社會頻道-新華網(wǎng).南京地鐵1號線遭雷擊2次斷電，癱瘓逾2個半小時［EB/OL］.2010-07-23.http:∥news.xinhuanet.com/society/2010-07/23/ c_12366800_2.htm.

［3］吳廣寧，曹曉斌，李瑞芳.鐵道交通供電系統(tǒng)的防雷與接地［M］.北京:科學(xué)出版社，2011:216-217.

［4］鐵道信號設(shè)備雷電電磁脈沖防護技術(shù)條件: TB/T 3074—2003［S］.

［5］地鐵設(shè)計規(guī)范: GB 50157—2003［S］.

［6］宋平健，王媛媛.地鐵高架站線防雷若干問題探討［J］.氣象科技，2013，41(4):753-757.

［7］建筑物防雷設(shè)計規(guī)范: GB 50057—2010［S］.

［8］中國氣象局.防雷減災(zāi)管理辦法［G］.

Analysis About Lightning Protection Safety of Rail Transit System

SONG Pingjian，LI Jingxiao
(Beijing Lightning Devices Security Test Center，Beijing 100089，China)

Abstract:This paper analyzed the causes of lightning stroke accidents for track traffic system.The engineering and technology to improve the safety performance of lightning protection measures were summarized.The suggestions of lightning protection management are put forward，including the implementation of the lightning protection device detection and maintenance system，formulating the emergency plan of lightning.

Key words:high-speed railway; metro; contact net; lightning protection safety

收稿日期:2015-08-12

*基金項目:四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局重要技術(shù)標準研究項目(ZYBZ2013-44)

DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.03.014

中圖分類號:TU 856

文獻標志碼:B

文章編號:1674-8417(2016)03-0058-03