城市轨道交通防雷接地设计策略与方案.docx

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1、随着我国城市化进程的不断加快，城市轨道交通对现代居民的生活出行越来越重要，安全、快速、经济、便捷的城市轨道交通已成为城市建设不可或缺的一部分。轨道交通设备及设施的防雷与接地系统是保护人身安全和设备安全的重要设施，城市轨道交通供电和弱电系统的重要组成部分，是一项复杂的系统工程。防雷与接地系统的设计将直接影响整条轨道交通线路的供电可靠性及安全性。城市轨道交通系统的组成复杂、构成多样，与一般电力系统及建筑物的防雷存在差异，其防雷及接地系统的设计需结合城市轨道交通系统的实际情况进行考虑。1城市轨道交通综合接地系统构成城市轨道交通工程多采用综合接地系统。综合接地系统是指供电系统和需要接地的其他设备系统的

2、工作接地、保护接地、电磁兼容接地和防雷接地等采用共同的接地装置，并实施等电位联结措施。供电系统中，同时存在多个用于不同目的、不同用途的接地系统，如在交流系统中任一电压等级都同时存在工作接地和保护接地的问题，像11035kV主变电所中就存在IIOkV设备的保护接地、35kV系统的工作接地、35kV设备的保护接地等。在分开设置不同的接地装置时，若距离不能满足要求，将导致由于接地装置电位不同而带来的不安全影响，不同接地导体之间的耦合影响也难以避免，从而引起相互干扰，因此，目前城市轨道交通工程多采用综合接地系统。在综合接地系统中，这些不同类型的接地都被相互连接在一起。轨道交通设备及设施的综合接地系统涉

3、及的专业有信号、通信、供电、桥梁、隧道、路基、轨道、给排水等。从接地的种类来看,主要包括建筑物的防雷接地及强弱电系统的工作接地、保护接地、屏蔽接地等,交流牵引供电制式下接地系统还承担一定比例电流回流的作用。从接地的组成来看,一部分为车站主体结构钢筋和附属结构钢筋组成的自然接地网，一部分为预埋在车站结构底板下的人工综合接地网，人工接地网与自然接地装置应能分别测量。综合接地系统不但要满足供电系统、通信系统、信号系统、火灾自动报警系统、环境与设备监控系统等所有设备系统的工作接地要求和安全接地要求，还要满足地面车站的防雷要求和杂散电流的防护要求，同时需保证地铁能长期、安全地使用，防止或降低地铁乘客或地

4、铁工作人员在供电系统发生故障时出现电击危险的可能性。城市轨道交通综合接地系统概念图如图1所示。图1城市轨道交通综合接地系统示意图地下车站接地装置设计对于城市轨道交通地下车站，不需考虑建筑物的防雷接地问题，但城市轨道交通综合接地装置的设计应保证人身安全、设备安全及运营可靠性。城市轨道交通综合接地系统的主体是车站的接地，一般利用车站结构钢筋或变电所结构基础钢筋等自然接地极作为接地装置,结构底板、中板、顶板、结构柱、结构墙等钢筋均按要求可靠焊接，焊点的数量不低于断面示意图，各层结构墙及结构板,各选不少于6根纵向钢筋（平行线路的钢筋）同所有的交叉钢筋焊接，形成的钢筋圈与所有平行线路的钢筋进行焊接，若结

5、构柱间距超过5m,应在两个结构柱之间增加一个钢筋圈同所有平行线路的钢筋进行焊接，在每个车站站台板夹层内的结构柱或上翻梁上预留接地钢板。目前城市轨道交通工程普遍采用多种接地合用一个人工接地网的型式（图2）,人工接地网以水平接地极为主，垂直接地极为辅，外缘闭合，内部敷设多条水平网格带组成。图2典型车站人工接地网布置平面图2中P1P3为变电所设备接地引出线，P4P6为弱电设备接地引出线。当车站有跟随所或因其他原因导致变电所被分割成水平距离较远的两部分时，应就近增设一组变电所设备引出线。如车站为临近隧道口的地下站，则需另设接触网架空地线接地引出线P7P9。每组引出线间沿接地网的距离应大于20m,每组引

6、出线包括3个引出线端子。接地引出线（P1Pn）通过电缆分别引至变电所接地设备母排、弱电设备接地母排或接触网架空地线接地母排。人工接地网一般采用等间距设置，城市轨道交通地下车站人工接地网水平接地体的敷设可结合车站结构特点进行灵活设置，以避开车站下翻梁、扶梯基坑等突出结构底板的区域，保证车站水平接地网埋深深度一致，以广州十三号线二期朝阳站为例（图3）,为避开扶梯基坑，局部水平接地体间距适当调整为9500mmo图3朝阳站人工接地网布置平面如果车站为换乘站，需同时考虑两条线所在车站的接地网，在两条线车站主体结构底板下方800mm处分别设置接地网，采用电缆将两个接地网连接起来，以保证整个建筑的接地网等电

7、位,可参考图4o图4换乘车站连通接地网示意图J城市轨道交通防雷及接地保护措施3.1高架区段牵引网防雷接地保护近年来，随着城市轨道交通高架桥和地面线路的开通，地铁和轻轨供电设备及车辆都有遭受雷击的现象发生,如香港机场线、广州地铁1号线、上海地铁3号线等，所以防雷问题应引起重视。采用接触轨形式的牵引网，位于声屏障或栏杆保护范围内，不需专门采取防雷措施。采用架空接触网形式的牵引网，在高架和场段区段应重点防护直击雷、雷电反击和感应过电压等。根据不同区段可采取相应防雷措施：隧道外馈线上网点处设避雷器；进入隧道的接触网在隧道入口处设置避雷器；进入封闭式雨棚高架车站的接触网在车站两端设置避雷器；在地面、高架

8、、出入段线、试车线每隔约20Om设一处避雷器，双线区段交错布置，雷害严重区段适当减少避雷器间隔距离；高架区段利用桥墩做自然接地体，接地电阻不大于10Q。架空地线抬高兼做避雷线,且与每个桥墩进行接地连接；接触网上网开关处设避雷器，以尽量避免雷害现象对供电系统中接触网、变电所设备以及机车车辆设备产生危害；高架段架空地线上下行设置避雷器的支柱通过电压均衡器接地，达到正常运行状态下减少杂散电流泄漏、雷电或过电压情况下迅速泄流的目的；为了避免系统额定电压长期施加在避雷器阀片上，延长避雷器的使用寿命，在支柱腕臂绝缘子处采用串联外间隙金属氧化物避雷器。车辆段试车线及出入段线每根支柱腕臂绝缘子安装一台带间隙金

9、属氧化物避雷器。接地措施：上、下行分别设置贯通的架空地线,车辆段内成排支柱设置架空地线,零散支柱通过跳线或电缆与架空地线相连；架空地线引至牵引变电所的接地母排上，构成闪络保护回路；接触网各绝缘子接地端的金属底座、开关底座、腕臂底座等均与架空地线连通；车场内装有设备的支柱,设置接地极，接地电阻应小于10;车场库房内设置带接地刀闸的隔离开关，应考虑在土建结构体预留接地极，保证接触网检修的安全需要；为了便于架空刚性接触网维修时接地，在架空刚性悬挂接触网机械分段、电分段两端、每一个车站（设备站台以外）两端、线路终端分别设置汇流排接地线夹一套。人身安全防护：地面上人员活动容易接触到接触网带电体的地方采取

10、有效的防护措施；在车站设置钢轨电位限制装置，当钢轨与保护地之间的电位差大于规定值时,短路装置在0.1s内短路，以确保障人身安全。3. 2高架车站防雷接地保护高架车站主要有两种形式，一种是车站屋面全部采用金属材料；二是车站屋面采用金属材料与大面积玻璃相结合。当高架车站采用金属物屋面板时，屋面板厚度应大于05mm,屋面板之间以及屋面板与车站主体钢构应保证良好的电气连接。当高架车站采用金属材料与大面积玻璃组合时,考虑到车站的美观以及减少维护，可直接利用玻璃框架的金属边框作为接闪网格，此时需要保证玻璃边框的厚度大于0.5mm并且与车站主体钢构具有良好的电气连通性。高架车站一般利用金属结构柱或柱内钢筋作

11、为引下线，与接地装置电气连接。利用车站基础内的结构钢筋作为自然接地体，另在变电所下方敷设人工接地网，自然接地体与人工接地网连接，构成统一的接地装置，接地装置电阻宜不大于05Q高架车站防雷接地剖面图如图5所示。图5高架车站防雷接地剖面图3.3停车场、车辆段防雷接地保护停车场、车辆段防雷接地保护设计与民用建筑工程基本一致，接地装置与车站设计原则相同，采用自然接地体与人工接地网相结合的方式。停车场、车辆段防雷接地保护需要值得关注和思考的是与上盖开发的接口以及与杂散电流防护的配合。车辆基地防雷接地主要范围为盖板及盖下建筑（主要有联合检修库、运用库、调机车库、运转综合楼等）整体防雷接地,不含盖板上的物业

12、开发防雷接地。盖板下的建筑按二类防雷建筑进行整体防雷接地，按规范要求间隔布置防雷引下点，并沿盖板外檐敷设接闪器，盖板下总体接地电阻不大于1Q；在盖板的上部，与物业开发接口处预留防雷引下，即：利用结构柱内靠外侧两对角主钢筋作为上盖物业防雷引下线，下与承台、桩基作为自然接地体的主钢筋相连，柱头上方预留接地钢板与柱内作为自然接地体的结构主钢筋相连，并按图纸要求设置上盖物业开发预留防雷接地测量端子。上盖预留结构柱头内，作为引下线的两对角主钢筋涂以显著颜色标记处理，以便上盖物业的防雷引下线接驳。盖板外的建筑，在屋面设置避雷网，避雷网沿屋角、屋脊、屋檐敷设，利用建筑柱内主钢筋作为防雷引下线，基础内钢筋网作

13、为自然接地体,接地电阻根据各建筑物的属性而定。实际工程中，既有盖板防雷接地预留工程易出现诸如盖板同步实施工程未按图纸要求预留上盖物业的防雷引下线，或部分引下线未与自然接地体的结构主钢筋相连，导致部分引下线所在结构柱接地电阻检测值大于1Q,不满足设计要求等情况；亦或是盖板同步实施工程未按图纸要求对预留引下线的两对角主钢筋涂显著颜色，导致后期施工方无法准确找到正确的引下线位置，需要通过检测接地电阻来确定引下线所在的柱钢筋。城市轨道交通主要采用以钢轨回流的直流牵引供电系统，不可避免产生杂散电流，为加强杂散电流监测与防护，停车场、车辆段根据结构形式考虑将主体结构的底板、中板、顶板等结构钢筋电气焊接，作

14、为杂散电流监测网监测结构钢筋极化电位，监测网应与防雷接地电气隔离，要求作为防雷引下的上盖结构立柱与主体结构钢筋电气隔离.上盖结构的杂散电流防护应结合工程实际，针对上盖结构停车场、车辆段主体结构的关系统筹考虑。4防雷接地工程设计建议地下车站人工接地网设置：水平接地体应结合结构特点进行灵活设置，避开下翻梁、扶梯基坑等突出结构。换乘车站人工接地网应进行电气连接,避免地电位出现电位差。高架区间的防雷应结合接触网型式统筹考虑，采用接触轨形式的牵引网,位于声屏障或栏杆保护范围内不需专门采取防雷措施。采用架空接触网形式的牵引网，在高架和场段区段应重点防护直击雷、雷电反击和感应过电压等。盖板同步实施工程应按包容性原则预留上盖防雷引下线，同时考虑各设备房及充电桩车位等布置，避免因上盖物业方案修改，导致新增建筑或设备房等缺少引下线接驳点、接地端子接驳点等。5结束语城市轨道交通是客流量较大的公共交通，保障人员安全与设备运行安全极为重要，防雷与接地保护设计是否合理将直接影响轨道交通的安全运行。本文结合城市轨道交通特点，介绍了综合接地系统特点及构成，针对典型高架区段接触网、高架车站、带上盖的停车场、车辆段，较系统地提出了防雷与接地保护措施，希望在后续类似工程设计中起到借鉴的作用。