城市軌道交通工程通信系統(tǒng)防雷方案簡介

梁 樑（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

梁樑，男，畢業(yè)于北京交通大學(xué)，工程師，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。曾參與北京5號(hào)線、深圳地鐵1號(hào)線續(xù)建、哈爾濱市軌道交通1號(hào)線一、二期工程、南京地鐵10號(hào)線、深圳地鐵通信系統(tǒng)規(guī)范等項(xiàng)目，曾獲得深圳地鐵1號(hào)線續(xù)建工程首通段“百日勞動(dòng)競賽”先進(jìn)個(gè)人榮譽(yù)。

現(xiàn)階段，軌道交通系統(tǒng)已成為城市公共交通的重要組成部分，每天承擔(dān)數(shù)以百萬計(jì)的旅客運(yùn)輸工作，一旦發(fā)生行車事故，不但會(huì)造成交通嚴(yán)重堵塞，甚至危及旅客的生命財(cái)產(chǎn)安全，社會(huì)影響極大，后果十分嚴(yán)重。而通信系統(tǒng)是維持軌道交通正常運(yùn)營、保證列車運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸效率的必要條件，在軌道交通正常運(yùn)營時(shí)是保證列車安全高效運(yùn)營和為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù)的重要手段，而在異常情況下也能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣┓罏?zāi)救援和事故處理的指揮通信系統(tǒng)，因此通信系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中必須首先考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性。為達(dá)到此目的，除了從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上考慮充分的備用、冗余措施外，還應(yīng)對有可能發(fā)生的自然災(zāi)害，如雷電危害，進(jìn)行防范，本文將就通信系統(tǒng)防雷方案進(jìn)行介紹。

1 通信系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)原則

1.1 防雷區(qū)域

主要包括軌道交通地面線路車輛段、停車場、車站及高架區(qū)間等易遭雷電入侵的區(qū)域。

1.2 防雷電侵入種類

1）直擊雷。

2）感應(yīng)雷。其中，通過供電線路入侵的雷電感應(yīng)由供電專業(yè)考慮（設(shè)備應(yīng)具備C級(jí)防雷能力）。

1.3 防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

*《鐵路通信設(shè)備雷電綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見》（鐵運(yùn)[2011] 144號(hào)）；

*《基站防雷與接地技術(shù)規(guī)范》（QB-W-011-2007）（中國移動(dòng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）；

*《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2004）；

*《通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD/T 5098-2005）；

*《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》（GA173-2002）；

*《鐵路光（電）纜傳輸工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10026-2000）；

*《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)[2007]39號(hào)）；

*《鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10006-2005）；

*《鐵路信號(hào)設(shè)備用浪涌保護(hù)器》（TB/T2311-2008）；

*《通信線路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD 5102-2010）。

1.4 通信系統(tǒng)防雷原則

1）安裝通信設(shè)備的建筑物本體具備相對完善的防雷措施。各建筑物本體均采用共用接地方式，接地電阻不大于1Ω。

2）通信設(shè)備防雷應(yīng)注意設(shè)備所處空間雷電電磁環(huán)境的整治，設(shè)備和線路所在空間的合理布置，按地面區(qū)域雷電活動(dòng)和設(shè)備安裝環(huán)境進(jìn)行分區(qū)分級(jí)防護(hù)，并根據(jù)多重保護(hù)、分級(jí)泄放、規(guī)范接地的原則實(shí)施通信系統(tǒng)綜合防護(hù)。

3）對所涉及各子系統(tǒng)均采取不同的措施進(jìn)行安全有效的防雷保護(hù)。通過對直擊雷的防護(hù)、電源系統(tǒng)的浪涌保護(hù)、天饋系統(tǒng)的防雷保護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的感應(yīng)防護(hù)以達(dá)到減少落雷概率，降低落雷能量，迅速泄放雷擊電流并具備自恢復(fù)功能來保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全。

2 通信各子系統(tǒng)防雷措施

軌道交通通信系統(tǒng)包括：傳輸（含區(qū)間光電纜）、公務(wù)電話、專用電話、專用無線、視頻監(jiān)控（CCTV）、廣播、時(shí)鐘、電源及集中監(jiān)測告警等子系統(tǒng)，下面將針對各子系統(tǒng)特點(diǎn)對其采用的防雷措施進(jìn)行介紹。

2.1 傳輸子系統(tǒng)及光電纜

2.1.1 需采取防雷措施的設(shè)備

傳輸子系統(tǒng)是整個(gè)通信系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，承載著通信內(nèi)部各子系統(tǒng)及軌道交通其他系統(tǒng)的信息傳輸任務(wù)。傳輸系統(tǒng)通常采用同步數(shù)字光傳輸設(shè)備，安裝在車站通信機(jī)房內(nèi)，各站設(shè)備通過區(qū)間光纜連接，因此在軌道交通上、下行線路上敷設(shè)的光纜需考慮防雷措施；在線路上還有與光纜同徑路敷設(shè)、提供站間電話及應(yīng)急通信實(shí)回線備用的市話電纜，也需考慮防雷措施。

2.1.2 防雷電入侵種類

感應(yīng)雷。

2.1.3 防雷方案

光纜應(yīng)采用非金屬加強(qiáng)芯，光電纜在地下區(qū)間內(nèi)敷設(shè)在電纜托架上，在停車場、車輛段采用管道或槽道敷設(shè)方式。光纜進(jìn)入通信機(jī)房后應(yīng)進(jìn)行絕緣處理，先將金屬外護(hù)套接地，然后在ODF光纖分配架上終端。

電纜在沿途各站均環(huán)引至通信設(shè)備室，分出所有芯線終端于新設(shè)的綜合配線架上。

光纜、電纜引入室內(nèi)須做絕緣接頭，安裝地點(diǎn)為通號(hào)電纜引入室，光、電纜金屬外護(hù)套均接地。引入設(shè)備室的電纜芯線在設(shè)備室終端時(shí)均接保安器，以防危險(xiǎn)電勢的破壞。

2.2 專用/公務(wù)電話子系統(tǒng)

2.2.1 需采取防雷措施的設(shè)備

電話子系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)營指揮的主要工具，在通信系統(tǒng)癱瘓時(shí)，還可依靠有線備用回路進(jìn)行站間通話，其安全的重要性不言而喻。需對其交換設(shè)備及電話音頻線路實(shí)施防雷措施。

2.2.2 防雷電入侵種類

感應(yīng)雷。

2.2.3 防雷方案

在控制中心、車輛段/停車場、車站的音頻配線單元配置保安器進(jìn)行保護(hù)。

交換設(shè)備選型時(shí)應(yīng)考慮其對過壓和過流的保護(hù)性能，滿足ITU-T K.20建議要求、符合《市話通信系統(tǒng)過壓過電流防護(hù)技術(shù)要求》（YD/T695-93）及《電信終端設(shè)備防雷技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》（YD/T 993-2006）。交換設(shè)備還應(yīng)能承受50 Hz交流縱向感應(yīng)電動(dòng)勢大于20 V（均方根值）以上的能力，應(yīng)能承受因雷電沖擊引起的下列規(guī)定值以內(nèi)的過壓電。

峰值電壓：4 000 V；

波前時(shí)間：10 μs；

半峰值時(shí)間：1 000系統(tǒng)μs。

2.3 無線子系統(tǒng)

2.3.1 需采取防雷措施的設(shè)備

無線子系統(tǒng)是調(diào)度人員與列車司機(jī)通話、發(fā)布調(diào)度命令的重要手段，還可在有線通信設(shè)備故障時(shí)，迅速提供防災(zāi)救援及事故處理功能，尤其在信號(hào)系統(tǒng)失靈、采用站間閉塞時(shí)至關(guān)重要。因此需對無線子系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)。

當(dāng)無線子系統(tǒng)基站的收發(fā)定向天線安裝在鐵塔（高度為30 m左右）頂端時(shí)，定向天線須采用防直擊雷措施，并對天饋線的雷電感應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。設(shè)置在地面區(qū)間的漏纜、同軸電纜也需進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.3.2 防雷電入侵種類

直擊雷、感應(yīng)雷。

2.3.3 防雷方案

2.3.3.1 直擊雷保護(hù)

當(dāng)?shù)孛孳囌?、車輛段/停車場的基站天線通過建筑物屋頂桿塔，或通過落地鐵塔方式安裝時(shí)，必須考慮相應(yīng)的防直擊雷和接地裝置。

1）屋頂桿塔方式直擊雷保護(hù)

a.基站天線采用塔桿方式架設(shè)在建筑物樓頂，且基站所在建筑物可提供滿足要求的、較為可靠的防雷和接地網(wǎng)（接地電阻不大于5Ω）時(shí)，應(yīng)充分利用建筑既有防雷、接地系統(tǒng)，將塔桿及天線直接設(shè)置在建筑避雷帶保護(hù)范圍內(nèi)，不宜另外架設(shè)獨(dú)立的避雷針網(wǎng)。

b.基站天線采用塔桿方式架設(shè)在建筑物樓頂，但基站所在建筑物不能提供符合無線防雷要求的避雷帶時(shí)，需設(shè)置避雷網(wǎng)。

*架設(shè)的桿塔應(yīng)利用建筑物柱內(nèi)的鋼筋作為雷電引下線，或與樓頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通。

*桿塔頂端應(yīng)設(shè)置一組避雷針，避雷針接地線接至建筑預(yù)留的接地點(diǎn)（鋼筋）引出的接地母排上，或直接與桿塔焊接連通。

*避雷針安裝位置應(yīng)使得架設(shè)的天線頂端處于避雷針45°保護(hù)角的范圍之內(nèi)。

2）落地鐵塔方式直擊雷保護(hù)

無線基站天線通過新設(shè)落地鐵塔架設(shè)時(shí)，落地鐵塔應(yīng)設(shè)置完整的避雷網(wǎng)、引下線和地網(wǎng)基礎(chǔ)。一般情況下需要將整個(gè)機(jī)房建筑納入到鐵塔防雷范圍內(nèi)。

a.鐵塔地網(wǎng)

*鐵塔地網(wǎng)應(yīng)采用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼，將塔基內(nèi)的金屬構(gòu)件焊接連通，鐵塔地網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于3 m×3 m。

*鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)邊緣距離大于15 m時(shí)，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)相互獨(dú)立，分開設(shè)置；小于15 m時(shí)應(yīng)采用不少于2根40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼焊接連通。

*鐵塔地網(wǎng)接地電阻大于5Ω。

b.落地鐵塔防雷

*通信落地鐵塔加裝避雷針，保護(hù)天饋線及建筑物免招受直擊雷危害，并可降低落雷的概率。避雷針與塔頂之間應(yīng)有足夠的距離，以保證天線處于避雷針45°保護(hù)角的范圍之內(nèi)；

*使用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼設(shè)置專門的落地鐵塔避雷針引下線，并與鐵塔地網(wǎng)可靠連結(jié)；

*落地鐵塔設(shè)有避雷針引下線時(shí)，其引下線應(yīng)接至鐵塔地網(wǎng)離機(jī)房一側(cè)。

2.3.3.2 雷電感應(yīng)保護(hù)（SPD）

應(yīng)采用浪涌保護(hù)器SPD防雷裝置進(jìn)行二次感應(yīng)雷保護(hù)。

1）連接桿塔天線的同軸電纜引進(jìn)機(jī)房（或建筑）入口處應(yīng)串接安裝標(biāo)稱放電電流不小于5 kA（8/20 us）同軸SPD，同軸SPD接地端子的接地引線應(yīng)從天饋線入口處外側(cè)的室外接地匯集排、避雷帶或地網(wǎng)引上接，SPD接地引線應(yīng)采用截面積不小于6 mm2的多股絕緣銅導(dǎo)線。

2）當(dāng)?shù)孛婢€路區(qū)段采用漏纜覆蓋時(shí)，漏纜敷設(shè)在敞開的橋面或路基護(hù)欄支架上。漏纜（通過連接饋線）進(jìn)入車站建筑或通信設(shè)備室或連接區(qū)間設(shè)備前應(yīng)串接安裝標(biāo)稱放電電流不小于5 kA（8/20 us）的同軸SPD，SPD接地端子的接地引線應(yīng)從區(qū)間接地扁鋼上接引。

3）技術(shù)性能要求應(yīng)滿足：

a.標(biāo)稱放電電流應(yīng)≥5 kA（8/20 us），限制電壓不大于650 V。

b.插入損耗應(yīng)不大于0.2 dB，駐波比不大于1.2。

c.最大輸入功率能滿足發(fā)射機(jī)最大輸出功率要求。

d.應(yīng)具備防水功能，與饋線接口處應(yīng)采取防水措施。

2.3.3.3 同軸電纜接地防護(hù)

1）連接塔桿天線的同軸電纜金屬外護(hù)層應(yīng)分別在上、下端及進(jìn)入機(jī)房入口處外側(cè)就近接地，當(dāng)同軸電纜長度大于60 m時(shí)，其屏蔽層宜在塔桿的中間部位增加一個(gè)接地連接點(diǎn)，接地連接線應(yīng)采用截面積不小于10 mm2的多股絕緣銅導(dǎo)線。室外走線架始末兩端均應(yīng)作接地連接。

2）當(dāng)?shù)孛婢€路區(qū)段采用漏纜覆蓋時(shí)，漏纜（通過連接饋線）進(jìn)入車站建筑或通信設(shè)備室前需安裝漏纜接地件。

2.4 CCTV子系統(tǒng)

2.4.1 需采取防雷措施的設(shè)備

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)是軌道交通安保、防災(zāi)指揮及事故分析的重要組成部分，其安裝在地面、高架車站、車輛段/停車場的視頻設(shè)備及有室外視頻監(jiān)控設(shè)備的地下車站視頻設(shè)備均需進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.4.2 防雷電入侵種類

直擊雷、感應(yīng)雷。

2.4.3 防雷方案

1）直擊雷防護(hù)

當(dāng)室外攝像機(jī)安裝在空曠地帶、采用立桿式安裝時(shí)，應(yīng)在攝像機(jī)桿頂部安裝避雷針，并在桿底部基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置接地裝置。

2）感應(yīng)雷防護(hù)

在攝像機(jī)的視頻、電源及控制電纜的兩側(cè)（機(jī)房側(cè)和攝像機(jī)側(cè)）分別加裝相應(yīng)的防雷器件。當(dāng)攝像機(jī)的線纜由視頻柜引出時(shí)應(yīng)在機(jī)柜出線端加裝防雷器件，攝像機(jī)側(cè)也應(yīng)加裝與機(jī)柜設(shè)備對應(yīng)的防雷器件。室外攝像機(jī)側(cè)防雷器可通過攝像機(jī)附近的安裝柱基礎(chǔ)或其他建筑接地件等進(jìn)行接地。攝像機(jī)視頻線應(yīng)選用視頻信號(hào)保護(hù)器，電源線應(yīng)選用電源精密防雷器，云臺(tái)控制線應(yīng)選用數(shù)據(jù)線防雷器，以保證系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行，為提高可靠性，以上3種防雷器不宜合設(shè)。

2.5 廣播子系統(tǒng)

2.5.1 需采取防雷措施的設(shè)備

在地面及高架站、車輛段/停車場設(shè)置的廣播設(shè)備及在室外敷設(shè)廣播線纜的地區(qū)需進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.5.2 防雷電入侵種類

感應(yīng)雷。

2.5.3 防雷方案

廣播系統(tǒng)信號(hào)線、控制線、電源線應(yīng)在機(jī)柜側(cè)、功率放大器的出線端加裝廣播系統(tǒng)防雷保護(hù)器防止感應(yīng)電壓的侵害。

2.6 時(shí)鐘子系統(tǒng)

2.6.1 需采取防雷措施的設(shè)備

在地面及高架站、車輛段/停車場設(shè)置的時(shí)鐘設(shè)備及在室外敷設(shè)時(shí)鐘線纜的地區(qū)需進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.6.2 防雷電入侵種類

感應(yīng)雷。

2.6.3 防雷方案

在時(shí)鐘系統(tǒng)子鐘信號(hào)線兩端加裝控制線保護(hù)器、供電電源線兩端采用電涌保護(hù)器，避免時(shí)鐘遭受雷擊感應(yīng)的危害。防雷保護(hù)器地線接至機(jī)房的接地端子排。

2.7 電源子系統(tǒng)

2.7.1 需采取防雷措施的設(shè)備

電源系統(tǒng)承擔(dān)著為通信各子系統(tǒng)供電的重任，保證它的安全對于通信暢通至關(guān)重要，因此需對地面及高架站、車輛段/停車場的電源設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.7.2 防雷電入侵種類

感應(yīng)雷。

2.7.3 防雷方案

在電源配電設(shè)備輸入/輸出端配置兩級(jí)防雷保護(hù)裝置，防止感應(yīng)雷對配電設(shè)備及下端負(fù)載的影響，如圖1所示。

2.8 集中監(jiān)測告警子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)設(shè)置在控制中心網(wǎng)管機(jī)房，無需考慮防雷措施。

3 結(jié)束語

綜上所述，為保障軌道交通安全運(yùn)營及通信系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、招標(biāo)采購及施工階段充分考慮防雷措施，避免遺漏。