軌道交通防雷、防靜電檢測技術(shù)

吳 超

（蘇州市氣象局，江蘇蘇州 215021）

軌道交通防雷、防靜電檢測技術(shù)

吳 超

（蘇州市氣象局，江蘇蘇州 215021）

吳 超（1986-），男，工程師，從事防雷技術(shù)服務(wù)工作。

介紹了軌道交通項目中站臺、機房、接觸網(wǎng)、車輛段和一般建筑物在防直擊雷、防雷電感應(yīng)、防雷電波入侵方面的檢測方法、內(nèi)容和作業(yè)準則，以保證軌道交通正常運行，促進防雷技術(shù)服務(wù)規(guī)范化、標準化運行。

軌道交通；防直擊雷；防雷電感應(yīng)；雷電波入侵

0 引 言

當前,我國正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展階段,城市公共交通運力總量將繼續(xù)保持快速增長態(tài)勢,尤其是軌道交通運量將大幅增長。軌道交通解決了中心城市公共交通問題,提供綠色環(huán)保出行,在長遠戰(zhàn)略層面上有利于古城建設(shè)、古城保護。然而,近年來,雷電災(zāi)害頻發(fā),故軌道交通防雷防靜電引起人們廣泛關(guān)注。

蘇州屬于雷暴的高發(fā)區(qū),近30 a平均雷暴日達52.4 d。本文結(jié)合軌道交通1、2號線、有軌電車1號線,介紹了防雷防靜電檢測,為市民的安全綠色出行保駕護航。

圖1 軌道交通檢測內(nèi)容

1 檢測內(nèi)容

按雷電危害方式不同,分為防直擊雷、防雷電感應(yīng)、防雷電波侵入檢測；按檢測對象不同,分為車站檢測、機房檢測、接觸網(wǎng)檢測、變電所、控制中心等一般建(構(gòu))筑物檢測。軌道交通檢測內(nèi)容如圖1所示。

2 檢測方法

2.1 站臺檢測

2.1.1 軌道交通接地系統(tǒng)

車站主體結(jié)構(gòu)大多采用鋼筋混凝土支撐和鋼管鋼架支撐,鋼結(jié)構(gòu)屋蓋由樁及地梁支承的鋼柱、框架橫梁懸臂端支承的鋼柱支承。地上車站采用框架結(jié)構(gòu),地鐵站附屬建筑,如OCC控制中心、車輛段、停車場均為框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用樁基。

強電系統(tǒng)采用集中式、110/35 kV兩級電壓供電方式,牽引和動力照明共用35 kV供電網(wǎng)絡(luò),牽引供電系統(tǒng)采用架空接觸網(wǎng)供電。

一般,車站地網(wǎng)電氣/信息設(shè)備的功能性接地、保護性接地以及電磁兼容性接地與地鐵防雷接地采用共用的接地系統(tǒng),并實施等電位聯(lián)結(jié)措施。接地裝置的接地電阻值必須按接入設(shè)備中要求的最小值確定。對于車站設(shè)置獨立的電氣/信息設(shè)備功能性接地的,必須保證其合理的地中安全距離。

2.1.2 地網(wǎng)測試原理及方法

采用三極法測量地網(wǎng)G的工頻接地電阻時,接地體E、電壓測試極P、電流測試極C在一條直線上,P點選在EC連線的中間,EC之間的距離DEC一般應(yīng)取(4～5)D,其中D為地網(wǎng)最大尺寸。測試電極直線布置法如圖2所示。

圖2 測試電極直線布置法

當DEC＝(4～5)D有困難時,若接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻,DEC＝2D；若接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時,DEC＝3D,DEP＝1.7D。一般地網(wǎng)接地電阻采用毫安級儀器,而對于存在的雜散電流,測量誤差較大,不能真實反映接地裝置的真實情況。

(1)方法一,使用大型接地網(wǎng)測試儀,加大測試電流。布線時,接地網(wǎng)邊緣至接地電阻測試儀電壓極之間的長度宜按地網(wǎng)邊緣至電流極之間長度的55%～60%設(shè)置。電流極應(yīng)布設(shè)在地網(wǎng)邊緣450 m以外,受場地限制不宜小于200 m。

(2)方法二,對于土壤電阻率不均勻造成的雜散電流分布不均勻問題,應(yīng)取不同的點測量,取其平均值。

(3)方法三,采用異頻小電流法(變頻電流≥3 A)進行測試,其測試結(jié)果與工頻大電流法的測試結(jié)果和理論計算值相吻合。

(4)方法四,避開迷流釋放期。為保證軌道交通運行安全,盡量避免運行期間檢測和帶電操作,在保證檢測人員安全的前提下開展夜間檢測。

2.1.3 車站主體設(shè)施檢測

車站主要分為地面車站和地下車站,需檢測內(nèi)容包括以下幾方面：

(1)車站防直接雷部分：室外冷卻塔、出入口罩棚、鋼架、監(jiān)控攝像、地面車站建筑物接閃器的外觀檢查,電阻測試。

(2)防雷電波侵入部分：管線、線槽、扶梯、配電箱(柜)、電涌保護器(Surge Protective Device, SPD)的外觀檢查,電阻測試,以及SPD性能測試。

(3)防雷電感應(yīng)部分：自動售票機、閘機、問詢臺等外觀檢查,電阻測試。

2.2 機房檢測

軌交機房(電子信息系統(tǒng))主要由車控室、民用通信設(shè)備室、通信設(shè)備室、警務(wù)室、信號控制室、信號設(shè)備室、消防控制室、氣瓶間、通風(fēng)空調(diào)控制室、屏蔽門控制室、環(huán)控機房、配電間等組成。

機房供電制式一般要求為TN_S、TN_C_S,中性線對地電壓值應(yīng)小于2 V。當中性線對地電壓值高于電子設(shè)備的允許電壓值時,會引起硬件故障,燒毀設(shè)備或引發(fā)控制信號的誤動作,從而影響設(shè)備的通信質(zhì)量。

軌道交通各車站內(nèi)部的等電位網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為S與M混合型。目前,車站內(nèi)等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)多為放射型(S型),只適用于設(shè)備較少的低頻信號信息系統(tǒng),且除了聯(lián)結(jié)點ERP外,其他點均應(yīng)與公共接地系統(tǒng)保持足夠的絕緣(10 kV,1.2/ 50μs),顯然較難實現(xiàn)。因此對于軌道交通項目,站臺層和站廳層信息系統(tǒng)眾多,層建筑面積較大,等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)也需考慮實際情況,需多處設(shè)置等電位端子板的信息系統(tǒng)機房,其等電位網(wǎng)絡(luò)宜采用M型；車站內(nèi)分布較分散的設(shè)備可以通過S型等電位聯(lián)結(jié),現(xiàn)場檢測其等電位網(wǎng)絡(luò)接地電阻值,然后測試各設(shè)備防靜電接地及管線、橋架的防雷電感應(yīng)接地。

機房地板應(yīng)具備靜電泄放和接地措施,防靜電地板或地面的表面電阻或體積電阻應(yīng)為2.5× l04～1.0×109Ω,敷設(shè)高度為250～400 mm,靜電地板可通過1 MΩ電阻接地。

SPD檢測包括外觀檢查和性能測試。外觀檢查包含各項參數(shù)是否符合系統(tǒng)要求,狀態(tài)指示是否正常,接線長度是否正確,有無后續(xù)保護裝置等。性能測試包含接地電阻測試,兩端引線長度測量(是否小于0.5 m),剩余電流Ile(不大于20μA)和起動電壓U1mA(不小于1.86 U0),絕緣電阻測量(不小于50 MΩ)。

2.3 接觸網(wǎng)檢測

2.3.1 架空接觸網(wǎng)

在地面線及高架線上,架空的接觸網(wǎng)每隔200 m設(shè)置一組火花間隙型(或組合型)避雷裝置,并檢查避雷器的外觀,測試其接地電阻。成排的接觸網(wǎng)立柱通過其基礎(chǔ)螺栓接地的,由于雷擊感應(yīng)過電壓絕緣閃絡(luò),要求具有良好的接地散流,需測試其接地電阻。與接觸網(wǎng)平行敷設(shè)的低壓線路、弱電信號線路要穿管或走橋架敷設(shè),平行間距應(yīng)不小于100 mm,鋼管、橋架、電纜屏蔽層、光纖加強芯應(yīng)兩端接地,接地點間距≤30 m,需測試其接地電阻。

2.3.2 地面地下接觸網(wǎng)

按線路的架設(shè)方式,一般在地下隧道兩端、為地面接觸網(wǎng)供電的電源隔離開關(guān)處以及地面線、高架線,每隔500m設(shè)置與接觸網(wǎng)電壓等級相適應(yīng)的避雷器。

2.3.3 避雷裝置的接地

避雷裝置的工頻接地電阻≤10Ω,并通過專用引下線直接接地。

2.4 變電所、控制中心等一般建（構(gòu)）筑物檢測

供電變電站按功能主要劃分為主變電站、牽引變電站、降壓變電站和跟隨變電站等4種類型。主變電所將110 kV電網(wǎng)電壓降為35 kV,給牽引變電站和降壓變電站供電；牽引變電站將35 kV交流電經(jīng)變壓器、整流器轉(zhuǎn)換為直流1 500/750 V,給接觸網(wǎng)/接觸軌供電；降壓變電站則是將35 kV電網(wǎng)電壓降為400 V,提供車站的動力和照明電源,同時也是跟隨變電站的進線電源；跟隨變電站無變壓器,是降壓變電站400 V側(cè)在地理上的延伸,為離降壓變電站較遠的設(shè)備供電。

變電所、控制中心檢測包含直接雷防護措施、機房檢測等。直接雷防護主要是指建筑物外部接閃散流接地裝置檢查測量、樓頂金屬設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)。

在高壓配電系統(tǒng)及線路一次回路中設(shè)置高壓氧化鋅避雷器,低壓部分電纜進入建筑物時將電纜鎧裝層與建筑的綜合接地裝置進行等電位聯(lián)結(jié),并在進入建筑的第一個隔離開關(guān)處設(shè)置第一級低壓電源SPD,可選用開關(guān)型SPD(不小于12.5 kA, 10/350μs)或限壓型SPD(1 00 kA以上,8/20μs)。

2.5 車輛段的檢測

車輛段的檢測是防雷、防靜電檢測的綜合體,檢測主體一般包括門衛(wèi)、后勤樓、維修樓、動調(diào)試驗間、搶修作業(yè)材料庫、工程車庫、聯(lián)合車庫、鏇輪及洗車庫、物資總庫、運用庫、綜合樓、吹掃庫、辦公培訓(xùn)樓、污水處理廠、牽引接觸網(wǎng)等。

3 作業(yè)準則

(1)應(yīng)在非雨天和土壤未凍結(jié)時檢測土壤電阻率和接地電阻值?，F(xiàn)場環(huán)境條件應(yīng)能保證正常檢測。接地極(間距、埋深)應(yīng)按照儀器說明書布置,一般情況下,接地極應(yīng)遠離鹽堿地、地電流干擾區(qū)、回填土區(qū)域、地庫頂區(qū)域、凍土區(qū)等。

(2)應(yīng)具備保障檢測人員和設(shè)備的安全防護措施,雷雨天應(yīng)停止檢測,攀高危險作業(yè)必須遵守攀高作業(yè)安全守則。檢測儀表、工具等不能放置在高處,防止墜落傷人。

(3)檢測過程中,電磁感應(yīng)式儀器儀表應(yīng)遠離無線電通信設(shè)備,指針式儀器儀表應(yīng)置于水平面上,度數(shù)時指針應(yīng)穩(wěn)定不動；檢測用線宜隨用隨放,嚴禁拖拽,儀器儀表的接地引線和其他導(dǎo)線應(yīng)避開高、低壓供電線路。

(4)每項檢測內(nèi)容應(yīng)由兩人及以上完成,每項檢測數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)復(fù)核無誤后記錄于原始記錄表中。

(5)檢測數(shù)據(jù)應(yīng)通過無線電通信設(shè)備及時傳輸；主檢人應(yīng)及時繪制檢測平面示意圖,并標注檢測點位,記錄檢測數(shù)據(jù),復(fù)核人應(yīng)及時報備檢測數(shù)據(jù)兩遍,檢驗并排除非系統(tǒng)誤差。

(6)檢測儀器應(yīng)在檢定合格有效使用期內(nèi)使用。

(7)在檢測配電房、變電所、配電柜的防雷裝置時應(yīng)著絕緣鞋、絕緣手套及使用絕緣墊,以防電擊,檢測相應(yīng)的開關(guān)設(shè)施時應(yīng)由專業(yè)人員協(xié)助參與,確保系統(tǒng)合理運行。

(8)各項檢測工作應(yīng)在確保人身安全、設(shè)施安全、單位安全的操作下進行。

4 結(jié) 語

軌道交通工程的防雷裝置需進行竣工檢測及定期檢測,以確保軌道交通安全、可靠運行。未來將加快防雷檢測規(guī)范化進程,以提高人員防雷、防靜電技術(shù)水平。

[1] 林江，唐華，于海學(xué).地鐵迷流腐蝕及其防護技術(shù)[J].建筑材料學(xué)報，2002，5（1）：72-76.

[2] 裘麗強，徐啟騰.城市軌道交通建設(shè)如何做好防雷安全工作[J].都市快軌交通，2009，22（4）：54-56.

[3] GB 50174-2008 電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 王向東.電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷研究[J].科技信息，2011（36）：354.

Detection Technology of Lightning Protection and ElectroStatic Induction Protection in Rail TranSit Project

WU Chao
(Suzhou Meteorological Bureau,Suzhou 215021,China)

This paper introduced the testmethod,content and operational guidelines of platform,computer room, catenary,depot and common buildings in aspects of direct stroke protection,indirect lightning strike,lightning wave invasion.It can ensure the normal operation of rail transit and promote the standardization and normalization of lightning protection technology.

rail tranSit；direct lightning Protection；lightning induction Protection；lightingWave invaSion

TU 856

B

1674-8417(2015)12-0029_03

2015- 05- 28