地鐵雷電防護(hù)與年度檢測
編輯：2021-06-14 15:58:00
摘要
本文敘述了地鐵，特別是地面站、高架站雷電防護(hù)的重點(diǎn)，地鐵防雷安全年度檢測的重點(diǎn)。文中的闡述對地鐵運(yùn)營企業(yè)科學(xué)制定防雷年檢計劃、經(jīng)費(fèi)預(yù)算有指導(dǎo)作用。對雷電防護(hù)檢測單位、對地鐵設(shè)計、建設(shè)單位有重要的參考價值。山西避雷驗收
引言
近十年來天津市乃全國省會以上城市地下軌道交通發(fā)展十分迅猛，以天津市為例，目前已有1、2、3、6、9 號五條地鐵線路開通運(yùn)營，大大提升了城市公共交通的運(yùn)輸能力，也為人民群眾生產(chǎn)、生活提供了高效快捷的出行方式。運(yùn)城防雷檢測
地鐵的供電系統(tǒng)、通信、信號系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等無不由微電子設(shè)備構(gòu)建，這些系統(tǒng)最易受到雷電襲擊而受損，從而影響地鐵交通的安全運(yùn)行。因此，地鐵線路防雷安全年度檢測是地鐵企業(yè)十分重視的保障安全生產(chǎn)措施之一。這些年來防雷檢測單位、受檢地鐵企業(yè)都沒有抓住問題重點(diǎn)。以2018 年天津地鐵1、2、3、6 號線防雷年度檢測招標(biāo)標(biāo)書來看，要求檢測內(nèi)容：接地電阻、等電位連接、裝置類型、裝置狀況四項。地鐵企業(yè)花費(fèi)大幾十萬元。以筆者之見，依據(jù)防雷檢測國家標(biāo)準(zhǔn)，最應(yīng)該年度檢測的項目卻沒有涉及，其發(fā)生雷擊事故的風(fēng)險依然非常大！ 忻州防雷檢測
一、地鐵防雷年度檢測的重點(diǎn)
以天津地鐵 3 號線組成為例：運(yùn)控中心（1、3 號線共用）、停車場一個、車輛段一個、110kV 主變電站 2 座、高架站 7座、地下站 18 座、地面站 1 座、兩個過渡區(qū)間、6 個高架區(qū)間。年度直接雷擊防雷檢測的重點(diǎn)應(yīng)該是運(yùn)控中心、停車場一個、車輛段一個、110kV主變電站2 座、高架站7 座、地面站1 座、兩個過渡區(qū)間、6 個高架區(qū)間。18 座地下站 其進(jìn)出站口棚基本上是位于十字路口，且高度只有 3 米左右，周邊多有比其高的建筑物，因此其遭受直接雷擊的概率非常非常小。鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)出站口棚的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土自然接地，接地電阻在驗收檢測合格后，二、三十年也不會變?yōu)椴缓蠘?biāo)準(zhǔn)！所以，沒有必要每年多測幾百個點(diǎn)而增加受檢企業(yè)費(fèi)用。大同防雷檢測
地鐵地下站距地面深度一般在10 米左右，所以地下站站廳層、站臺層不可能遭到直接雷擊，也不可能遭受空間雷擊電磁脈沖的侵襲（也就是說地下站附近發(fā)生雷擊，其產(chǎn)生的雷擊電磁脈沖不可能由空間傳播到地下10 幾米）。另外地下車站為防雜散電流效應(yīng)，設(shè)有以紫銅帶為材料與建筑物接地相隔離的獨(dú)立接地網(wǎng)，二、三十年也不會變化。沒有必要每年每個地下站測幾十個點(diǎn)的接地電阻。呂梁避雷檢測
二、地鐵系統(tǒng)防雷安全年度檢測的重點(diǎn)應(yīng)該是：
110kV主變電站、高架站、地面站、城郊地下站出入口、 運(yùn)控中心、車輛段、高架區(qū)間防直擊雷檢測；電源電涌保護(hù)器直流參數(shù)年度檢測，高架站、地面站、第一個地下站、運(yùn)控中心的通信、信號、監(jiān)控 、環(huán)控機(jī)房的屏蔽檢測，屏蔽檢測的周期筆者建議 2-3 年。晉中避雷檢測
高架站防直擊雷的接閃器為彩鋼板屋頂，接地為鋼筋混凝土自然接地體，為引下線為鋼筋混凝土或鋼管結(jié)構(gòu)柱，其接地電阻幾年乃至二、三十年不會有任何變化！高架站的直擊雷防護(hù)也沒有必要花費(fèi)資金每年檢測一次。太原防雷公司
三、電源電涌保護(hù)器檢測
地鐵系統(tǒng)安裝了大量限壓型電源電涌保護(hù)器（SPD），最應(yīng)該作好年度檢測。這也是2017年以前檢測單位的短板。
第一. 沒有認(rèn)識到限壓型電源電涌保護(hù)器可發(fā)生非雷擊自燃,引發(fā)火災(zāi)事故。山西避雷塔
第二. 也不懂得如果檢測測試不當(dāng)，會發(fā)生損壞使用該路電源的弱電設(shè)備。
限壓型電源電涌保護(hù)器的核心器件為 MOV 芯片 ，MOV 芯片受暫態(tài)過電壓、溫度、濕度影響會老化，非常容易發(fā)生非雷擊燃燒事故! 特別是地鐵站的電梯、空調(diào)機(jī)組、冷凍機(jī)、風(fēng)機(jī)、屏蔽門、閘機(jī)供電電路安裝的限壓型電源電涌保護(hù)器，因大功率電機(jī)頻繁啟動而產(chǎn)生暫態(tài)過電壓致使電涌保護(hù)器漏電流增大，電涌保護(hù)器溫度升高，溫度升高使漏電流進(jìn)一步增大，如此惡性循環(huán)導(dǎo)致限壓型電源電涌保護(hù)器短路起火，引起火災(zāi)事故！對于地下車站危險性就更大！太原防雷檢測
地鐵電源電涌保護(hù)器的年度檢測只檢測限壓型不串接開關(guān)元件的模塊（地鐵安裝的幾乎都是 MOV 芯片模塊）。對于插拔式模塊可拔下測試，對于不可插拔模塊測試時，先關(guān)斷相線端串接的空氣開關(guān)或熔斷器，必須拆下該片端口的N 線（測量完成后將N 線插入該片端口，擰緊壓線螺釘），然后逐片測試。為何拆下 N 線再測該模塊？測量電源 SPD 啟動電壓的儀器，其加在模塊兩端的直流電壓為 1500V-2000V,如不拆下被測該片 SPD 端口的 N 線，高電壓反擊會損壞使用該路電源的微電子設(shè)備。山西防雷工程
《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》GB/T21431-2015 第5.8.5.2 條 泄漏電流的測試，d)款“合格判定依據(jù)：首次測量 U1mA 時，單片 MOV 構(gòu)成的 SPD，其泄漏電流 Iie的實測值應(yīng)不超過生產(chǎn)廠標(biāo)稱的Iie 值；如生產(chǎn)廠未聲稱泄漏電流 Iie 時，實測值應(yīng)不超過20μA?！?c)款“后續(xù)測量 I1mA時，單片 MOV 和多片 MOV 構(gòu)成的 SPD，其泄漏電流 Iie 的實測值應(yīng)不大于首次測量值的 1 倍?！?該規(guī)范新增加的 c)款較2008 年版更為科學(xué)，其真實反應(yīng)了 MOV 芯片的穩(wěn)定性與可靠性。例如，德國菲尼克斯In20kA 芯片廠標(biāo)Iie 為小于30μA（有眾多重點(diǎn)建設(shè)項目選用德國產(chǎn)品），例如初測Iie 為15μA，第二年檢測 Iie 為25μA，那就不能判為不合格。所以該規(guī)范 2015 年版為受檢單位減少了不小的經(jīng)費(fèi)開支。對于國產(chǎn) MOV 構(gòu)成的 SPD若首次測 Iie 為 5μA，第二年檢測 Iie為 12μA，可見其變化率超過首測值的 1 倍，說明該MOV 芯片老化或遭受過雷擊，穩(wěn)定性急劇下降，則應(yīng)更換以免發(fā)生自燃事故。 山西避雷驗收
d)款后半段有如下規(guī)定：多片 MOV 并聯(lián)的SPD，其泄漏電流Iie的實測值應(yīng)不超過生產(chǎn)廠標(biāo)稱的Iie 最大值；如生產(chǎn)廠未聲稱泄漏電流 Iie 時，實測值應(yīng)不超過20μA 乘以MOV 閥片的數(shù)量。不能確定閥片數(shù)量時，SPD 的實測值不大于 20μA。陽泉避雷檢測
此段敘述讓我們看到多片 MOV并聯(lián)的SPD 在實際使用中重大安全隱患！以地鐵系統(tǒng)大量安裝的 In60 kA（或 In50kA）為例，此類 SPD 由3 片 34×34mm 方形 MOV 芯片構(gòu)成，MOV芯片本省特性決定其參數(shù)離散性很大，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 MOV 芯片啟動電壓允許標(biāo)稱值正負(fù) 10%偏差，以 Uc=385V 的34×34mm 方形MOV 芯片為例，其啟動電壓 U1ma 標(biāo)稱值為620V，正偏差為682V,負(fù)偏差為558V, SPD 生產(chǎn)廠可選3 片參數(shù)盡量相近的組合，但要完全一致幾乎作不到。這就是規(guī)范表述測值應(yīng)不超過 20μA 乘以 MOV 閥片的數(shù)量的原因。在實際檢測 SPD In60kA 時,測量到的是一片MOV 芯片泄漏電流 Iie。 臨汾防雷檢測
地鐵安裝有大量In40 kA 、In50 kA、In60 kA 的電涌保護(hù)器，此類SPD 遭到等于或大于In值的雷電流襲擊時，啟動電壓低的一片必然燒毀，這類事例屢見不鮮。僅舉一實例：2008年 7 月 27 日天津公安津南分局總配電室安裝的 In 50kA 電涌保護(hù)器其中一相遭雷擊燒毀，使用該相電源的通訊指揮室所有設(shè)備損毀，損失慘重。長治避雷檢測
地鐵系統(tǒng)特別是高架站、地面站在雷電防護(hù)LPZ0A 或 LPZ0B 區(qū)與LPZ01 區(qū)交界處安裝電涌保護(hù)器建議選用Iimp 大于或等于20kA的開關(guān)型產(chǎn)品。朔州防雷檢測
四、地面站、高架站屏蔽檢測
電磁屏蔽是雷電防護(hù)最最重要的措施??！理論計算與實踐表明，在距離建筑物 800 米-1000米范圍內(nèi)，發(fā)生中等強(qiáng)度的雷擊，其產(chǎn)生的強(qiáng)大的雷擊電磁脈沖可損壞弱電設(shè)備，這樣的雷擊事故屢見不鮮！山西避雷檢測
現(xiàn)僅舉一例：2008 年6 月23 日下午七點(diǎn)天津市河?xùn)|區(qū)六緯路萬隆大廈（24 層商務(wù)公司、居民混用） 雷擊樓頂通訊塔，大樓頂部電梯機(jī)房內(nèi)六部電梯中的五部控制柜的微電子板損壞致使電梯停運(yùn)，由于長時間未能修復(fù)，居民們大鬧，氣極之下將人行樓道內(nèi)的照明燈多處搗毀，可見影響之大。
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》GB/T 21431-2015 第5.6章雷擊電磁脈沖屏蔽、附錄 F 磁場測量和屏蔽效率的計算，有明確的要求和規(guī)定及測試方法。對本市地下鐵道而言，地下車站受空間雷擊電磁脈沖的沖擊損壞微電子設(shè)備的可能性微乎其微，而對于運(yùn)控中心、高架站、地面站的弱電機(jī)房檢測其電磁屏蔽效果則十分必要。運(yùn)城防雷檢測
防雷屏蔽檢測的理論依據(jù)是：國家標(biāo)準(zhǔn)《雷電防護(hù) 第 4 部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)》GB/T21714.4-2008 附錄 A LPZ 區(qū)內(nèi)電磁環(huán)境評估基礎(chǔ)中如下敘述：首次雷擊的磁場表征為典型頻率 25kHZ, 后續(xù)雷擊的磁場表征為典型頻率 1MHZ。（1MHZ=1000kHZ）中波廣播頻率范圍為 535kHZ-1605kHZ,天津市中波廣播頻點(diǎn)新聞臺 909kHZ、濱海臺 747kHZ、交通臺567kHZ均可以在測試中選用。晉城防雷檢測
電磁屏蔽檢測最實用、最可行的方法是以當(dāng)?shù)刂胁◤V播頻點(diǎn)對應(yīng)的波頭作為信號源，將信號接收機(jī)（場強(qiáng)儀）分別置于建筑物內(nèi)和建筑物外分別測試出信號強(qiáng)度 E0 和 E1。用下式計算出建筑物的屏蔽效能：
SE=20Ig(E0/E1)
測試時，接收機(jī)（場強(qiáng)儀）應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形天線。當(dāng)天線在室外時，環(huán)形天線設(shè)置高度應(yīng)為0.6m-0.8m，與大的金屬物,如鐵欄桿，汽車等應(yīng)距 1m以外。當(dāng)天線在室內(nèi)時其高度應(yīng)與室外布置同高，并置在距外墻或門窗3m-5m遠(yuǎn)處。
用本方法可測室內(nèi)場強(qiáng)（A2）和室外場強(qiáng)（A1），屏蔽效能為其代數(shù)差（A1- A2）。
以天津濱海國際機(jī)場北航向臺為例：機(jī)房外墻采用 40X40mm鐵網(wǎng)， 實施了五面屏蔽。檢測結(jié)果，使用中波 747kHZ信號源，室外場強(qiáng)-99dBm, 室內(nèi)場強(qiáng)-125dBm,則屏蔽效能為26dB. 山西防雷公司
微電子機(jī)房采取了電磁屏蔽措施后效果十分明顯，上述天津濱海國際機(jī)場北航向臺 2009年完成的電磁屏蔽措施，已經(jīng)將近十年再也沒有遭受過雷電電磁脈沖的侵襲，保障了上百萬元導(dǎo)航設(shè)備的安全運(yùn)行。
電磁屏蔽首次檢測后，依據(jù)實際數(shù)據(jù)若屏蔽效果達(dá)不到微電子設(shè)備機(jī)房的要求，則檢測單位提出整改意見，整改后的 2-3年內(nèi)可不再年度測量。晉中避雷檢測
五、結(jié)論
1．地鐵地下車站進(jìn)出口棚、接地裝置接地電阻幾年乃至二、三十年不會發(fā)生變化，從受檢企業(yè)節(jié)省經(jīng)費(fèi)考慮，可減少測量點(diǎn)數(shù)或2-3年全面檢測一次。
2．高架站采鋼板屋頂檢測不必按引下線根數(shù)測量，檢測四角足矣，其直擊雷全面檢測也可放寬至 2-3年。
3．地鐵系統(tǒng)特別是地下站安裝的大量MOV 芯片構(gòu)成的電涌保護(hù)器必須年檢，測量其直流參數(shù)作好記錄，不能只看看顯示窗是否劣化變色了事！
4．為防止地下站由于限壓型SPD非雷擊自燃，引發(fā)重大火災(zāi)事故，建議將現(xiàn)在安裝的SPD后備保護(hù)熔斷器更換為近幾年研制的 SPD專用安保器，此器件雷電流通過不會動作，當(dāng) SPD短路時其1秒內(nèi)切斷工頻電源，避免火災(zāi)發(fā)生。
5．電磁屏蔽測量的重點(diǎn)應(yīng)為運(yùn)控中心機(jī)房、高架站弱電機(jī)房、消防控制機(jī)房，測量儀器建議選用帶打印功能的頻譜儀，向受檢方提供測量數(shù)據(jù)，測量曲線。
6．據(jù)了解地鐵系統(tǒng)的接觸網(wǎng)、牽引電源多發(fā)雷擊事故，這方面的雷電防護(hù)有待防雷檢測部門與地鐵供電部門技術(shù)商研，找到防雷安全更有效的措施。
本文的分析、意見可供地鐵運(yùn)營企業(yè)、防雷檢測單位、地鐵設(shè)計院所參考。
參考文獻(xiàn)
[1]《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB50157-2013.
[2]《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》GB/T 21431-2015.
[3]《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010.
[4]《雷電防護(hù)第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)》GB/T21714.4-2008.
[5]《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012
本文發(fā)表在第35屆中國氣象學(xué)會年會
作者：天津市防雷技術(shù)中心：王鳳來，朱建東
