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摘要：雷电灾害对于城市轨道交通的安全运营存在较多的危害与不便。为保证城市轨道交通安全运行，保障市民的出行，探讨城市轨道交通项目的防雷问题，分析和研究城市轨道交通的防雷技术很有必要。基于此，文章结合城市轨道交通建设实际，重点提出了交通牵引电源和屏蔽门的防雷技术，供参考。
关键词：城市轨道交通；综合防雷施工；防雷技术
社会经济的不断进步推动了城市轨道交通的发展和变化。轨道交通具有速度快、客流量大等特点，承担着城市居民出行安全的责任，如果发生事故，对群众的生命和财产安全会造成重大威胁，也会对城市的经济发展产生不良影响。因此，城市轨道交通运营安全保障问题也受到了越来越多的重视。然而，在纷繁复杂的轨道交通工程系统中，机电系统、电子系统高度集中，雷电直接威胁着乘客及相关人员的人身安全，交通的正常运行。因此，针对系统关键部分，采用合理的防雷技术，减少系统雷击风险,保障运营尤为重要。
1 车站防雷类别的确定
1.1 年平均雷击次数
轨道交通已经不局限于运行线在地下隧道中的这种形式，而是泛指采用高规格电客列车同时高峰小时单向运输能力在3万至7万人的大容量城市轨道交通系统。具有运行线路多样化，地下、地面、高架三者有机结合的特点。
城市轨道交通车站的长一般为120～150m，宽20～45m，高15～20m。车站建筑物年预计雷击次数为
N=k×Ng×Ae (1)
式中:N为建筑物年预计雷击次数(次/a)。k为校正系数。根据高架车站所处的位置及周边环境的不同，k值取1(市区)、1.5(河边、及地下水露头处)或2(旷野孤立处)。Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度(次/(km2?a))。
Ng=0.1×Td (2)
Td为年平均雷暴日(d/a)，根据某地气象台、站资料确定。该地区年平均雷暴日的最新资料为24.2天。Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)。经计算，车站建筑物的年预计平均雷击次数为0.06～0.2(次/a)。
1.2 重要性分析
根据国家法律及相关标准的规定，同一时间内聚集人数超过50人的公共活动场所的建筑定为人员密集场所公共建筑，人员密集场所包括客运车站、客运码头、民用机场内的候车、候船、候机厅(楼)等。因此，城市轨道交通车站属于人员密集的场所。根据对该地区夏季地闪活动时空特征分析，在雷雨季节的18:00—19:00为闪电高峰时段，同时也正值放学和下班晚高峰时间，某市内道路交通压力巨大。车站一旦发生雷击事件，轻者影响市民的出行及生活，重者对站内的人员、特别是对站台上乘客的人身安全带来威胁，且由于人员的高度密集会导致这种威胁及伤害范围的扩大，后果极其严重。
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第3.0.3条第9款:“预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所”应确定为第二类防雷建筑物的规定，综合考虑城市轨道交通车站的重要性、使用性质、雷电发生的可能性和后果，结合城市轨道交通站年预计雷击次数，高架车站建筑物应被界定为第二类防雷建筑物，并应按相关要求进行建筑物综合防雷施工。
2 牵引电源的直击雷防护
牵引网是电力机车供电和取流的流通回路的总称，由接触网和回流网组成。接触网为正极，回流网为负极，并分别通过上网电缆和回流电缆与牵引变电所连接。接触网按安装位置和接触导线的不同分为接触轨和架空接触网。接触轨与柔性架空接触网可应用于地下线、地面线及高架线。下面针对地上部分牵引电源的直击雷防护方法展开讨论。
2.1 架空接触网
架空接触网在隧遭两端、为地面接触网供电的电源隔离开关处、空旷的地面区段与高架桥区段每隔500m处应设置避雷器。在地面区段、高架桥区段，架空接触网的架空地线应每隔200m设置火花间隙；在满足条件时，架空地线也可兼作避雷线。避雷器与火花问隙的工频接地电阻应不大于10Ω。
2.2 接触轨
通常情况下，在空旷地域区间上运行的城市轨道交通列车处于最高位置。根据闪电放电原理分析可知，运行的列车易成为受雷电袭击的对象，列车顶部的金属体、特别是空调设备的外壳可能会成为雷电放电的首选目标。对于采用接触轨方式馈电的城市轨道交通列车，可以综合考虑列车区间的宽度、列车的高度等因素，设置一定高度并接地良好的灯杆充当接闪器，解决列车的直击雷防护问题。灯杆的保护高度可按以下公式计算:
式中:hx—灯杆的保护高度(m)；hr—滚球半径，取45m；ｈ—相对于轨面的灯杆高度(m)；D—高架桥梁两侧灯杆的间距(m)；ｘ—被保护点至两灯杆中点的水平距离(m)。
另外，也可采用适当加厚列车顶部、特别是空调设备外罩合金板的厚度，或在车厢顶部纵向设置适当高度的金属带作接闪带，防止闪电直接击在车顶或空调设备上，将金属板熔洞，损坏列车。
3 城市轨道交通屏蔽门系统防雷
屏蔽门系统(PSD)作为城市轨道交通交通设施的重要组成部分，同时又是乘客上下车的主要通道设施，其安全性尤为重要。屏蔽门设置在城市轨道交通站台边缘，将列车与站台候车室隔离，不仅可以防止乘客进入轨行区而发生危险，还可以减少站台区与轨行区之间冷热气流的交换，降低环控系统的运营能耗，从而节约营运成本。屏蔽门系统是典型的机电一体化装置，由于其特殊的安装位置，当走行轨及附近或城市轨道交通车站遭受雷击时很容易受到影响。出于雷电防护的考虑，屏蔽门系统需采取低阻抗接地等一系列防雷措施；出于人员安全的考虑，屏蔽门又需采用高阻抗的绝缘安装。
城市轨道交通列车一般采用直流牵引供电系统，正极接接触网，走行轨兼做回流通道连接至变电所。为了减少杂散电流对轨道的影响，轨道结构应具有良好的绝缘性。所以走行轨与道床之间是绝缘铺设的，这会导致走行轨与大地之间形成一个电位差而使列车车体带电。由于屏蔽门安装在站台边缘，与列车车体、走行轨距离很近，是杂散电流理想的扩散通道，并且乘客上下车时容易同时接触到屏蔽门金属结构与车体本身而造成触电伤害。为了防止杂散电流通过屏蔽门向车站主体结构扩散又要防止这一接触电压的产生，所以必须将屏蔽门进行绝缘安装。屏蔽门单元门体间应电气连接成一个等电位体，其过渡电阻应不大于0.4Ω且门体与车站结构之间的绝缘电阻应不小于0.5MΩ。屏蔽门上部结构应与室内吊顶间绝缘、密封。
为了完全消除屏蔽门与走行轨之间的电位差，必须将屏蔽门与走行轨作等电位连接并采取过电压保护措施。具体的做法是将屏蔽门各单元组成的等电位体与走行轨一侧作电气连接，然后再将走行轨通过电位限制器连接至变电所接地母排。在轨道电位正常的情况下，电位限制器对轨道始终保持开路，一旦轨道电位超过阈值时，则电位限制器动作将轨道短接入地。
4 结语
总之，城市轨道交通运营的安全性是促进城市交通持续、健康发展的基本保障。而防雷保护是城市轨道交通建设当中的重点，因此，采取怎样的防雷技术措施以确保交通安全、有序、持续运营至关重要。完善的防雷保护，既要准确的理解、掌握和执行现行有关防雷技术标准，更要有完善的城市轨道交通防雷技术要求作为技术支撑。通过本文分析与论述，以求为城市轨道交通站更好的进行防雷保护提供一些有益的参考。
参考文献
[1]曾露.试论地铁车站的弱电系统防雷与接地保护措施[J].工程技术, 2016(9):00289-00290.
[2]裘丽强,徐启腾.城市轨道交通建设如何做好防雷安全工作[J].都市快轨交通,2009, 22(4):54-56.
论文作者:江桂焕
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/7
标签：防雷论文; 轨道交通论文; 城市论文; 建筑物论文; 列车论文; 车站论文; 屏蔽门论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;