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)、火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設備監(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，結合國家相關防雷接地技術規(guī)范的要求和我國多個城市軌道交通系統(tǒng)相關實踐經(jīng)驗，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方案，重點對雷電防護分區(qū)、接地、防電涌措施、線纜敷設的建議方案進行了闡述。

關鍵詞：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? ? ? ? ? 文獻標識碼：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、可靠運行，綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、門禁系統(tǒng)等弱電監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應用。上述系統(tǒng)具有設備眾多、位置分散的特點，設置防雷接地措施往往要增加一定投資，同時車站設備大部分處于建筑內部，電磁環(huán)境相對較好，出現(xiàn)雷電侵擾情況也相對較少，因此，上述系統(tǒng)車站防雷接地設計的完整、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、機電設備運行進行監(jiān)控，一旦發(fā)生強雷電電磁脈沖干擾，有可能引起設備、人員傷害，嚴重情況下甚至對車站乃至整條線路的運行產(chǎn)生較大影響，為此，本文在收集、總結多個城市軌道交通綜合監(jiān)控及相關系統(tǒng)防雷接地方案的基礎上，依據(jù)相關防雷設計規(guī)范要求，提出一套上述系統(tǒng)車站級設備防雷接地設計方案，以供設計參考。

1? 車站綜合監(jiān)控及相關系統(tǒng)防雷接地重點

對于城市軌道交通綜合監(jiān)控車站級系統(tǒng)，其主要由設置在綜合監(jiān)控設備室和車站控制室的服務器、工作站類設備以及配套供電的UPS電源系統(tǒng)組成，設備布置相對集中，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)設置的UPS統(tǒng)一供電）。由此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)車站設備防雷接地的重點在于如何做好綜合監(jiān)控設備室內設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)場級兩部分設備組成，兩者之間通過現(xiàn)場總線連接。站級設備一般也設置于綜合監(jiān)控設備室和車站控制室，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)控機房等房間的現(xiàn)場級設備的接地，以及如何對接入的監(jiān)控對象設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也是防雷接地的重點。

2? 雷電防護區(qū)的劃分

按照《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB 50057—2010）相關雷電防護區(qū)劃分原則，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)關鍵網(wǎng)絡、服務器設備均置于綜合監(jiān)控設備室內，可按照置于LPZ2區(qū)范圍內進行設計，工作站等其他設備置于車站控制室，可按照置于LPZ1區(qū)范圍內進行設計;FAS、BAS、門禁系統(tǒng)主要設備、線纜位于車站公共區(qū)、附屬用房、走道內，可按照置于LPZ1范圍內進行設計，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)設置在緊急疏散通道門外側的讀卡器及聯(lián)系線纜等設備設施，其應按照置于LPZ0B區(qū)范圍內進行設計，相關雷電防護區(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)以及連接強弱電設備、金屬管線、架構和接地網(wǎng)的接地線構成。車站接地網(wǎng)設置強電接地母排，供車站和變電所設備工作接地和安全接地用，設置弱電接地母排，供車站通信、信號、綜合監(jiān)控等弱電設備接地用，兩組接地母排引出點沿接地體的地中距離不小于20米。根據(jù)需要，在設備房間內設置強電、弱電接地端子箱，用于相關設備接地，如圖2所示。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)接地的作用主要體現(xiàn)在安全保護接地和功能性接地。目前國內綜合監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的零電平普遍采用懸浮處理，實踐證明可以保證可靠通信，因此，目前綜合監(jiān)控系統(tǒng)應重點關注安全保護接地。

如前所述，綜合監(jiān)控設備室、車站控制室，均設置有弱電接地母排，因此，應采用S型結構以綜合監(jiān)控機柜接地端子板為單元進行等電位聯(lián)結，如圖3所示，機柜內各設備再通過接地線連接至本柜接地端子板。弱電接地母排、機柜接地端子板、設備之間接地電纜建議采用多股銅芯導線，線徑不小于6 mm2。

同時，除等電位聯(lián)結外，各機柜應將引入本機柜的AC220 V電源PE線接入機柜等電位端子板上。

3.2? 防電涌措施

一般情況下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一設置UPS，并負責向BAS、門禁等多個子系統(tǒng)供電。在電源進線側，動照專業(yè)已在牽引降壓變電所或降壓變電所AC400 V母線處設置了采用I或Ⅱ類試驗的一級電涌保護裝置，部分地區(qū)還在向弱電監(jiān)控系統(tǒng)供電的雙切箱內設置了采用Ⅱ類試驗二級電涌保護裝置。與上述方案對應，如果動照專業(yè)設置的上級雙切箱已經(jīng)考慮了電涌保護裝置，UPS系統(tǒng)電源進線側無須設置電涌保護裝置，否則應設置采用Ⅱ類試驗的二級電涌保護裝置。在UPS系統(tǒng)饋出母線側應設置采用Ⅱ類試驗的三級電涌保護裝置，提供綜合監(jiān)控設備的防電涌保護及防止可能存在的其他系統(tǒng)電涌電流侵入。上述設置的電涌保護器參數(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一般置于通信設備室，AFC一般置于AFC設備室，ACS一般置于綜合監(jiān)控設備室，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敷設，因此，系統(tǒng)間不再考慮設置防電涌措施。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)控設備室內，采用金屬線槽敷設方式，主要考慮以下兩點：

（1）強、弱電線槽布置應盡量減少電磁感應環(huán)路面積.

（2）確保強電、弱電電纜間距，對于綜合監(jiān)控系統(tǒng)應保證線纜間不小于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、門禁設備也無功能性接地需求，因此，接地設計重點仍為安全保護接地。BAS站級設備集成至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，F(xiàn)AS站級設備設置于車站控制室，門禁系統(tǒng)站級設備設置于綜合監(jiān)控設備室，因此上述系統(tǒng)站級設備等電位聯(lián)結均可與綜合監(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）分布設置在車站各個房間、走道，上述設備也需要做等電位聯(lián)結，具體方案為：采用S型結構將各個箱、柜接入所在或鄰近房間的強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線，線徑不小于6 mm2。除等電位聯(lián)結外，引入箱、柜的AC220 V電源PE線也應接入箱、柜等電位端子板上，如圖4所示。

對于上述等電位聯(lián)結方案，有以下三項內容需要說明：

（1）部分地區(qū)FAS分布設置的模塊箱，未考慮等電位聯(lián)結，理由是上述箱內電源電壓均采用安全電壓。本文認為，作為等電位聯(lián)結，除了防范本箱柜內電源意外碰殼引起的安全事故外，還應考慮外部箱柜、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模塊箱應做等電位聯(lián)結。（2）在部分地區(qū)，BAS在環(huán)控電控室設置工作接地總母排，門禁系統(tǒng)在綜合監(jiān)控設備室設置工作接地總母排，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，并造成了大量線纜浪費，因為，首先目前BAS實際不存在工作接地的需求，其次該方式用于等電位聯(lián)結起不到應有的作用（距離過遠，線纜線徑不夠）。（3）對于FAS、BAS和門禁系統(tǒng)，部分設計人員擔心通過強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”實際并不存在;其次，接入強電接地端子箱的目的是為了實現(xiàn)等電位聯(lián)結，因為強電接地端子箱所在房間設備的等電位聯(lián)結均接入該箱內端子板，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火災報警控制器設備電源進線根據(jù)動照專業(yè)雙切箱內防電涌裝置的設置情況，可以直接引入或者設置采用Ⅱ類試驗的二級電涌保護裝置引入。BAS、門禁系統(tǒng)電源進線均引自綜合監(jiān)控系統(tǒng)設置的UPS饋出母線，其上已經(jīng)設置了電涌保護裝置。同時兩系統(tǒng)各自設置的配電箱至內部設備全部在LPZ1區(qū)范圍內，且相關線纜均在金屬線槽或鋼管內敷設，因此也不再考慮設置防電涌措施。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設置了讀卡器，由于該讀卡器位置屬于LPZ0B區(qū)，應當設置防電涌措施。該處讀卡器通過韋根通信方式接入門禁就地控制器（一般設置在鄰近設備用房內），因此可以在就地控制器處，設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)空調機組等設備的運行信息，相應通信線需引至位于LPZ0B的智能通信單元接口處，應當設置防電涌措施?？紤]到上述設備一般采用RS485串行通信方式接入鄰近遠程I/O，因此可以在設置該遠程I/O的模塊箱（一般設置在鄰近設備用房內）處設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方式，主要考慮如下兩點：（1）同一線槽需要放置強、弱電電纜時，必須采用金屬板分隔開。（2）確保強電、弱電電纜間距，一般情況下應保證不小于10 mm間距（配電箱進線回路除外）。

5? 結? 論

綜上所述，城市軌道交通車站綜合監(jiān)控及相關系統(tǒng)的防雷接地設計中，建議重點關注以下幾點：（1）除非產(chǎn)品有工作接地要求，否則系統(tǒng)不建議再單獨從綜合監(jiān)控設備室或車站控制室的弱電接地端子箱向分散設置的各處設備引接工作接地線，造成大量線纜浪費。（2）系統(tǒng)設備的等電位聯(lián)結應采用S型結構，且就近接入所在房間的強電或弱電接地端子箱端子板。（3）電源PE線作為保護接地，應在設備機柜接地板處與等電位聯(lián)結短接。（4）LPZOB至LPZ1的分界處應設置電源、信號的一級防電涌裝置，并在相鄰合適位置設置二級防電涌裝置。（5）合理劃分雷電防護區(qū)，盡量減少電涌保護裝置的設置數(shù)量。（6）電源、信號線纜敷設合理，強弱電線纜分開敷設并保證一定距離。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)控及相關系統(tǒng)運行更加安全可靠。

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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