張修典，李春影，張春龍（黑龍江省雷電災(zāi)害預(yù)警防護(hù)中心，黑龍江 哈爾濱150030）

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哈爾濱地鐵車站防雷檢測技術(shù)的探討

張修典，李春影，張春龍
（黑龍江省雷電災(zāi)害預(yù)警防護(hù)中心，黑龍江 哈爾濱150030）

1　引言

近年來，上海、南京等地發(fā)生多起因雷擊引起的地鐵停運(yùn)的事故，2008年8月15日，上海地鐵3號線遭強(qiáng)雷電襲擊，造成供電中斷，列車被迫停駛。2010年7月23日，南京地鐵一號線南延線因雷擊造成供電接觸網(wǎng)出現(xiàn)故障，列車因接觸網(wǎng)斷電延誤運(yùn)營，2000多名乘客出行受到影響。雷電已成為城市軌道交通安全運(yùn)行的較大威脅。地鐵車站是涉及公共安全的人員密集場所，電力、通信、信號等電力電子信息類系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，這些系統(tǒng)是維系地鐵正常運(yùn)營的中樞神經(jīng)，一旦遭受雷擊，雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖過電壓將會導(dǎo)致地鐵的供電系統(tǒng)故障和電子設(shè)備失效，危及地鐵正常運(yùn)行甚至造成重大的人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。科學(xué)檢測地鐵防雷工程是地鐵安全運(yùn)行的一個重要保障，如果不研究地鐵防雷的特點(diǎn)，按照建筑物防雷檢測規(guī)范生搬硬套 ，必然造成嚴(yán)重的后果。開展地鐵防雷檢測技術(shù)研究非常有必要，對于保障地鐵防雷安全和指導(dǎo)防雷技術(shù)人員的檢測工作都有非常重要的指導(dǎo)意義。

2　地鐵概況

哈爾濱地鐵工程是哈爾濱市迄今為止最大的城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。按照國家要求和城市總體規(guī)劃，哈爾濱市確定近期軌道交通建設(shè)期限為10年，由地鐵1號線一、二、三期，地鐵2號線一期，地鐵3號線一、二期組成。其中一期工程自西向東，橫貫城市中心區(qū)，全長27.3公里，已于2012年竣工通車。

哈爾濱地鐵車站主體結(jié)構(gòu)大多采用鋼筋混凝土和鋼管作為支撐，地上車站采用框架結(jié)構(gòu)。地鐵站附屬建筑，如控制中心、停車場、車輛段等均為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基。地鐵依靠電力運(yùn)行，其供電系統(tǒng)也是易受雷電感應(yīng)侵襲的部位。采用的接觸網(wǎng)饋電，輸電線位于列車上方，遭受雷擊概率也相應(yīng)增加，地鐵的弱電系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、綜合安防等主要系統(tǒng)［1］。首先是信號系統(tǒng)，它肩負(fù)著地鐵運(yùn)行控制、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的重要任務(wù)，堪稱地鐵的“大腦”；通信系統(tǒng)，負(fù)責(zé)傳輸各種信息，包括廣播、時鐘、監(jiān)控以及乘客使用的移動網(wǎng)絡(luò)；環(huán)境控制系統(tǒng)，主要包括空調(diào)與暖氣等，調(diào)節(jié)車站車廂的環(huán)境；此外還有屏蔽門控制、自動售票檢票機(jī)和旅客信息系統(tǒng)。這些復(fù)雜的電子設(shè)備，是維系地鐵順利安全運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

3　檢測基本方法

（1）接地電阻測試。對于普通站點(diǎn)采用四點(diǎn)法，電流極和電壓極布置在車站建筑物外的自然土壤中，測量接地點(diǎn)的接地電阻值；對于變電所、牽引降壓混合變電所采取異頻大地網(wǎng)測試方法測量接地阻抗值。

（2）等電位連接測試。以接地電阻測試中所測試的扁鋼、LEB為測試基準(zhǔn)點(diǎn)，測試各電氣設(shè)備、設(shè)施與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的過渡電阻值。

（3）絕緣電阻測試。以建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋為基準(zhǔn)，測試屏蔽門體的絕緣電阻值。

4　檢測內(nèi)容及檢測項(xiàng)目

4.1車站接地裝置

（1）檢查綜合接地網(wǎng)、地鐵站出入口及室外設(shè)備防雷接地、弱電接地等各接地的設(shè)置方式及連接方式。

（2）檢測測試口接地扁鋼、區(qū)間扁鋼、站臺層鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備室 LEB、牽引降壓變電室扁鋼、出入口鋼結(jié)構(gòu)等的接地電阻值。

（3）隧道內(nèi)接地線與隧道外引入的接地線應(yīng)采用螺栓連接，接地線宜通過配管進(jìn)入接地箱。接地引入線與母線連接應(yīng)采用氣焊，焊接長度不得小于200mm，并不得損傷芯線。接地線引入隧道時，必須設(shè)置防水套管，并作絕緣處理，接地引入線保護(hù)套管與隧道穿墻管法蘭盤連接應(yīng)絕緣，絕緣電阻應(yīng)＞100 MΩ。

4.2車站內(nèi)電子系統(tǒng)檢測

檢查信號室、專用及公安通信設(shè)備室、綜合項(xiàng)目監(jiān)控室、自動售檢票、屏蔽門、環(huán)控電控室等電氣及電子系統(tǒng)LEB的設(shè)置；檢查各設(shè)備室的設(shè)備與 LEB之間的電氣連接和過渡電阻值。

4.3車輛段及車站附屬設(shè)施

檢測車輛段各建筑物的外部防雷裝置的設(shè)置；檢測相關(guān)電子系統(tǒng)的等電位連接；檢測車輛段場地?zé)魲U的接地情況。

檢查地下車站出入口、室外空調(diào)冷卻塔直擊雷防護(hù)裝置的設(shè)置；測量車站內(nèi)屏蔽門、閘機(jī)、自動售檢票、柜箱、UPS室、扶梯等設(shè)備的接地裝置過渡電阻值；測量屏蔽門體絕緣電阻。

4.4電源電涌保護(hù)器（SPD）

（1）檢查車站各部位電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器的布設(shè)、工作狀態(tài)，檢查過電流保護(hù)裝置的狀態(tài)及上下級的能量配合；檢查SPD連接線長度、截面積和安裝工藝；測量SPD的壓敏電壓和泄漏電流；測量SPD接地端與PE之間的過渡電阻。

（2）沖擊電流參數(shù)檢查：根據(jù)哈爾濱閃電定位監(jiān)測的雷電流數(shù)據(jù)，經(jīng)分析計(jì)算，哈爾濱地鐵車站的電涌保護(hù)器安裝最低要求為：在全線各站內(nèi)的變電所低壓側(cè)進(jìn)線柜處、車輛段和停車場的低壓柜、柴油發(fā)電機(jī)配電箱及各獨(dú)立建筑物總配電柜處，安裝第一級SPD，沖擊放電電流應(yīng)≥12.5 kA（10/350 μs）或標(biāo)稱放電電流60 kA（8/20 μs），建議第一級SPD采用開關(guān)型；全線各站內(nèi)二、三級負(fù)載的分配電箱處、UPS機(jī)房配電箱處，以及在車輛段及停車場二、三級負(fù)荷的分配電箱處、UPS機(jī)房的配電箱處，安裝第二級SPD，標(biāo)稱放電電流應(yīng)≥40 kA（8/20 μs）；各站及車輛段及停車場第三級SPD應(yīng)安裝在重要設(shè)備前端的分配電箱處，標(biāo)稱放電電流應(yīng)不小于20 kA（8/20 μs）（表1）。

表1　電源電涌保護(hù)器安裝要求

4.5信號電涌保護(hù)器

檢查相關(guān)設(shè)備信號防雷箱或信號SPD的設(shè)置；測量信號防雷箱或信號SPD與LEB或接地端子之間的過渡電阻值。

4.6牽引電源

檢查車站、車輛段變電所牽引電源電涌保護(hù)器的設(shè)置；測量電涌保護(hù)器接地端的過渡電阻值。

5　變電所大地網(wǎng)接地阻抗檢測

地鐵變電所所處的地網(wǎng)屬于大地網(wǎng)范疇，用普通接地電阻測試儀測量的接地電阻不能真實(shí)反映地網(wǎng)的接地性能，因此地網(wǎng)測試應(yīng)依據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 475—2006《接地裝置工頻測試導(dǎo)則》要求進(jìn)行接地阻抗檢測。接地阻抗測試采用異頻大地網(wǎng)測試法。

5.1測量儀器及測量方法

圖1　大地網(wǎng)測試接線示意圖及測量裝置實(shí)物圖

使用的儀器為大型地網(wǎng)接地裝置測試儀，通過采用新型異頻交流電源，并采用微機(jī)控制和信號處理等措施，解決測試過程中的抗干擾問題，提高測試結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性，大大降低試驗(yàn)人員的勞動強(qiáng)度和試驗(yàn)成本，是傳統(tǒng)接地測量裝置的替代產(chǎn)品。根據(jù)現(xiàn)場勘查情況和試驗(yàn)條件，選擇0.618直線法進(jìn)行測量，接地測試點(diǎn)選在變電所的主變電總接地點(diǎn)處，記為G點(diǎn)，電流極為C點(diǎn)。電位極為P點(diǎn)，取dCG=5 D，dPG=0.618 dGC。電流線采用4 mm2多股銅絞線，電位線采用2.5 mm2多股銅絞線。

5.2電流極C位置的選定

選擇在距地鐵站地網(wǎng)邊緣約5 D處的綠化帶里打入4根1.2 m長的金屬電極，4根電極布成一個環(huán)網(wǎng)狀（類似一個小接地網(wǎng)），以減小回路電阻，增大注入電流。

5.3電位極P（零電位區(qū)域）位置的選定

根據(jù)DL/T 475-2006，電位極P的位置定在電流極C到地網(wǎng)G東邊緣0.618倍距離位置。首先在該位置測量，然后在此位置沿測量用電流極C與被測接地裝置G之間的連接線前后各自移動一次，每次移動的距離為電流線長度的5%，測量電壓極P與接地裝置G之間的電壓。確定三次測試值之間的相對誤差不超過5%，把中間位置作為測量用的電壓極P位置。在此位置打入1根電極作為電壓極。

5.4接地阻抗測試

根據(jù)圖1連接后，檢查電流極C和電位極P連接是否良好，將電源輸入口連接380 V、50 Hz三相交流電，選擇電流注入點(diǎn)即可以開始測量。采用異頻法以50 Hz為中心，改變測量的頻率進(jìn)行測量50±5 Hz，50±4 Hz，50±3 Hz，50±2 Hz，50±1 Hz（儀器的頻率范圍為40-60 Hz）。記錄在不同電流和不同頻率下的接地阻抗值。

6　結(jié)論

（1）地鐵車站內(nèi)電子通信系統(tǒng)極其復(fù)雜，涉及設(shè)備眾多，要想做好地鐵防雷的檢測工作，應(yīng)總結(jié)其工作特點(diǎn)和傳輸特性進(jìn)行分類處理，區(qū)分其同建筑物防雷的區(qū)別，制定出一套行之有效的檢測方案是保證檢測質(zhì)量的關(guān)鍵。

（2）地鐵變電站的大地網(wǎng)檢測應(yīng)注意：應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙計(jì)算地網(wǎng)的對角線長度，從而可以正確確定電壓極和電流極的位置及導(dǎo)線長度；地鐵站進(jìn)出口人員流動較大，而大地網(wǎng)測試屬于帶交流電作業(yè)，因此應(yīng)選擇夜間進(jìn)行測試，同時檢測人員應(yīng)做好安全防護(hù)工作。

文章編號：1002-252X（2016）02-0036-02

收稿日期：2016-3-1

第一作者簡介：張修典（1979-），男，黑龍江省依安縣人，齊齊哈爾大學(xué)，本科生，工程師.