城市轨道交通系统的防雷保护.docx
《城市轨道交通系统的防雷保护.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《城市轨道交通系统的防雷保护.docx(13页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、城市轨道交通系统的防雷保护摘 要:针对目前城市轨道交通系统中普遍使用的自动化运行掌握系统,争论了轨道交通系统的过电压防护与接地。关键词:轨道交通;防雷;电磁脉冲;接地;等电位;屏蔽;SPD1、引言1863 年第一条地铁线路的消灭和 1888 年美国第一条有轨电车线路建成,标志着城市交通进入轨道交通时代。经过诞生和初始进展阶段(1863 年-1924 年)、萎缩阶段(1924-1949 年)、再进展阶段(1949-1969 年)、高速进展阶段(1970 年-至今),当今世界各大城市和特大城市都确立了公交优先,轨道交通是公交骨干的政策。随着现代化不断地涌现,更多的自动化掌握系统被应用到轨道交通系统
2、中,为轨道交 通运营效率、运行速度的提高供给了有力的保障。在自动化系统不停的更换代中,运用了 越来越多的高周密、高速度处理系统,在系统性能的提升和不断的能耗掌握需求下,设备内 部器件的功耗与工作电压越来越低,随之而来的是系统的抗干扰力量大幅度下降,系统的安 全性变得越来越脆弱。在运行中,由于雷电波侵入、电力系统故障、线路和车站中的电磁环境相对简单等缘由产生的过电压,在肯定程度上对系统的稳定运行产生了不利影响。特别是 近些年来,由于城市土地资源的稀缺和工程造价的降低,在进展的城市轨道交通系统中,高 架线和地面线占了相当大的比重。线路、车站及关心系统设备大量安装于地面以上,同时, 系统中各站点与掌
3、握中心之间相互连接的各类网络、通讯系统的大量应用使得雷电电磁脉冲 对系统安全运行的影响日益突出。本文中,我们以目前在系统中普遍使用的自动化运行掌握系统为重点争论对象,争论轨道交通系统的过电压防护与接地。城市轨道交通系统是由多个分别完成不同功能的子系统所构成的,按不同的系统性质可 分为:根底设施和掌握系统两大局部。根底设施包括线路、车辆、车站等,掌握系统由电气、通信、信号、运行组织、客运组织等几局部组成。2、按雷电电磁环境分区按线路及车站所处的位置不同,可将轨道交通分为地下线站和地面线站两大类。地下线站由于在建设时按城市总体规划要求,考虑地面建筑物、工程地质等因素来确定。浅埋比较经济,乘客进出便
4、利,一般离地面 1015m;深埋投资较大,施工也较困难, 但对地面正常活动无影响,一般埋深为 3050m。地下线路、车站构造承受钢筋混凝土浇筑而成,钢筋在施工中相互之间承受焊接或绑扎等工艺形成了良好的电气连接,金属网格密集, 成为了电磁屏蔽效果格外好的“法拉第笼”构造,对外界空间的雷电电磁脉冲有格外抱负的 抵抗效果,站内人员及设备处于LPZ1 或更高的防雷区内。同时,除站厅外,几乎全部设施处在地面下,被雷电直接击中的可能性为零。地面线站依据线路所经过地区的地理、地貌、建筑状况的不同,雷击的风险状况也不尽一样。例如在北京,地面线和地面站通常是位于市区繁华地带以外或郊区,为解决与地 面交通的穿插与
5、相互影响问题,多是以高架线和车站的形式消灭。这种状况无疑使线路和车 站处于所经过地区相对较高的空间位置,同时由于轨道交通全线应用电力驱动、牵引的方式 供给车辆动力,多种因素综合起来增加了线路、车辆及车站患病雷电的概率,更有可能受到 直击雷的攻击。除雷电因素影响人员和系统的安全外,轨道交通系统自身引起的电磁环境污染也是对系 统内设备产生干扰、影响系统运行牢靠性的重要缘由之一。比方,一个运行在闹市周边地区 的直流电气牵引系统,以其宽频谱、各种骚扰途径传导、感应、辐射俱全的特点恶化或 说污染了所在区域的电磁环境;杂散电流使通信导线与四周大地形成电位差,除腐蚀地下 管线外,还会在接地的通信设备机架上形
6、成高电位,危及设备和人员的安全;受电弓靴 产生的电猝发与浪涌成为城市杂波的重要组成局部,对四周的信息设备和周密仪器造成骚 扰,接触导线还是车辆内高次谐波的放射天线,电磁辐射污染了近距离的电磁环境。3、防护重点3.1 、直击雷防护对地面的站厅建筑进展保护,原则依据建筑物防雷设计标准GB50057-94 2023 年中对于建筑物防雷分类的计算方法对地下线路的地面站厅建筑物做防雷分类确实定,按防雷类别对应的直击雷防护措施做好相应的设计,具体方法在此不再开放争论。对于地面站和高架站的一些特别状况,在保证建筑自身不受雷击的同时更重要的是要保证站内人员的人身安全。地面站往往因长、宽的跨度比较大,考虑外观造
7、型美观等因素,多承受了钢构造支撑建筑屋顶、钢构造在站内外露或与其他金属物连接的做法。而钢构造自身 并不是全部直接埋入地下,有时无法确认其接地是否牢靠。因此,对这些地面站和高架站除 利用构造或另设接闪器做好接闪外,应设置牢靠的专用引下线并与车站的综合接地系统做好连接,确保引下线与站内、外的人员有足够的绝缘强度和安全距离。3.2 、接地与等电位连接在轨道交通系统中,设备最为集中的车站通常在建设中承受地下建筑的钢筋混凝土构造 作为根底接地,整体地下建筑、隧道等都通过相互连接的钢筋形成自然的接地体,有效地保 证了系统接地符合接地阻值的需要,同时为各机房设备、现场设备供给了便利的接地途径。地面站也会通过
8、建筑的根底装置形成自然接地,并在地面建筑内设置等电位端子排。作为系 统内安全保护和设备正常工作的重要根底组成局部,一旦接地的金属材料腐蚀或意外断开将 使局部接地受到影响,使系统的接地电阻值上升甚至造成悬浮地。为保证接地系统的牢靠性, 应在系统建设时对接地材料实行必要的防腐蚀措施,例如针对杂散电流的影响实行阴极保护 措施、在接地距离系统设备较近的位置增设耐腐蚀力量强的型接地材料和降阻防腐材料, 如近年引入国内的镀铜钢接地产品和配套的长效防腐降阻剂但在选用镀铜钢产品时应首 先做好钢轨、系统钢构造等“阳极”材料的保护。一般在系统的建设过程中,按设计在设备机房和现场设备处预留多个接地端子供设备接 地,
9、但往往没有设置完善的等电位连接网络,在雷击电磁脉冲侵入系统时,将会造成系统设 备之间的电位差,从而击穿设备间的绝缘造成设备故障,影响系统设备的稳定运行。因此, 作为现代防护重要技术核心的等电位连接是轨道交通设备保护中的重点,它同样对人员的人 身安全保护起到重要作用。等电位连接网络一般分为S 型和 M 型两种,前者适用于小范围内、设备集中、系统进出线位置集中的局部系统,而后者适用于占地面积大、工作频率高、设备分散、系统进出线分散的简单系统。依据轨道交通的系统构造特点,大多数状况更适用于使用M 型等电位连接网络,通常的做法是在设备机房内地面设置密集的网格型金属连接网使用薄铜带,更有利于高频脉冲电流
10、的通过,并在多处与联合接地装置连接,需要等电位连接和接地的设备以最短的途径与铜带连接。3.3 、雷电电磁脉冲的防护灾报警系统FAS、环境与设备监控系统BAS、视频监控系统CATV、轨道交通线网随着轨道交通行车间隔的缩短,依靠人工掌握车速的传统运行方式已经不能满足需要, 轨道交通的运行、掌握已经由早期的人工操作过渡到了全线自动化、计算机掌握的阶段。对 于线路、车站设备的保护重点是系统机电设备和通信系统,由自动售检票系统AFC、火指挥中心TCC、屏蔽门掌握系统、供电系统SCADA、通信系统、旅客信息系统PIS、行车治理与掌握系统等多个构造、相互关系错综简单的子系统组成。考虑电磁脉冲对系统的运行牢靠
11、性影响,必需从各个子系统间的关系及各自特点入手,在做好系统接地保护和等电位连接的根底上,综合运用分流、屏蔽、端口保护等措施解决系统中可能受雷电电磁脉冲干扰的因素,到达整体解决防雷与防电磁脉冲的目的。4、机电与通信系统的保护轨道交通的机电与通信系统主要集中表达于车站及掌握中心或线路中心等场所,车载系统安装于列车内部,与车站系统及掌握系统之间通过各种传感设备及无线通信完成信息的传递。我们在此仅争论车站及掌握中心等车下机电与通信系统的过电压保护。4.1 、供电系统轨道交通的运行依靠于供电系统,可以说供电系统是整个轨道交通系统中最为重要的部分。供电变电站按功能划分主要有4 种类型:主变电站、牵引变电站
12、、降压变电站和跟随变电站。主变电所将110kV 电网电压降为 35kV,给牵引变电站和降压变电站供电电压等级仅为参考值,进口一次设备可能略有差异,以下同;牵引变电站则是将 35kV 沟通电经变压器、整流器转换为直流 1500V/750V,给接触网/接触轨供电;降压变电站则是将 35kV 电网电压降为 400V,供给车站的动力和照明电源,同时也是跟随变电站的进线电源;跟随变电站无变压器,是降压变电站 400V 侧在地理上的延长,是为离降压变电站较远的设备供电。供电系统应用普及轨道交通系统的各个角落,从上千伏的牵引电压到几十伏的弱电系统 设备直流供电都依靠于供电系统的正常运行,包括掌握中心、车站在
13、内的机电系统设备及通 信设备的工作都离不开电源。而系统中因雷击、电磁脉冲等缘由引起的过电压随着供电系统 的回路传导到系统中的不同位置,线路上的过电压对设备的安全运行将产生不同程度的影 响。因此,无论在系统中的任何位置,供电系统的过电压保护都是必不行少的重要组成局部。按供电系统进入各用电位置的路径以及针对具体的用电设备所处的电磁脉冲防护分区 的原则,通常是按不同的电压等级、雷电分区界面位置等因素来考虑相应的过电压防护措施。(1) 高压局部:110kV、35kV 的主变电站和牵引变电站。按城市供电系统高压配电标准在高压配电系统中及线路一次回路中设置高压氧化锌避雷器。高压局部不在此具体争论。(2)
14、直流牵引接触网:750V 或 1500V 直流接触网或接触轨。地面接触网:一般按线路的架设方式在地下隧道两端、为地面接触网供电的电源隔离开关处以及地面线、高架线每隔 500m 设置与接触网电压等级相适应的避雷器;避雷装置;架空接触网:在地面线及高架线上,但凡架空的接触网每隔 200m 设置一组火花间隙型避雷装置的接地:避雷装置的工频接地电阻不大于10;,并通过专用引下线直接接地。(3) 低压电源系统:好接地处理;由每个降压变电站至供电线路区间每一个供电区域各掌握机房、车站等的低压电源电缆均在进入供电区域建筑前实行埋地敷设的方式,并在每处电缆井内将电缆金属铠装层做电缆进入建筑物或车站的位置将电缆
15、铠装层与建筑的综合接地装置做好等电位连接。并在进入建筑的第一个隔离开关处设置第一级低压电源SPD 作保护。SPD 的选择需要依据当地的雷暴数据以及计算得到的建筑物防雷等级防雷类别及电子信息系统防雷级别,选用通流量足够大的产品。一般可考虑选用不小于 15kA 通流量 10/350us 短路电流测试的开关型SPD,或选用最大通流量在 100kA 以上的 8/20us 短路电流测试的限压型SPD。由总配电柜输出的电源线必需按TN-S 接地保护制式的原则布线,并利用金属封闭、接地牢靠的桥架敷设,金属桥架保证电气连接牢靠,两端做好接地处理。如选用铠装电缆,还需要将铠装层在两端做好接地,以屏蔽雷击或站区内
16、电磁脉冲辐射造成的干扰电磁场。在每个二级配电装置处设置电源二级 SPD。一般通流量按标称 40kA8/20us选用, 地下线站的可考虑适当降低通流量标准至20kA8/20us,以降低工程本钱。SPD 的最大持续工作电压 Uc 不宜低于 385V,以避开因启动电压低而受动力设备的启动或停机引起的线路电压波动影响造成 SPD 频繁动作而影响其使用寿命;SPD 的电压保护水平 Up 应尽量低,一般以不高于2kV 为宜按一般民用电器耐冲击电压水平2.5kV 的 80%考虑。配电线路各种设备耐冲击过电压额定值如表1配电线路和最终特别需要保护的设备位置电源处的设备用电设备分支线路的设备电子信息设备耐冲击过
17、电压分别IV 类III 类II 类I 类耐冲击过电压额定值6KV4KV2.5KV1.5KV表 1 配电线路各种设备耐冲击过电压额定值如表在网络、计算机、监控、通信以及现场设备配电装置处或设备前端最靠近设备的位置设置电源第三级 SPD。此处的 SPD 通流量不必考虑过大,一般 5-10kA8/20us即可。最大持续工作电压可按 320V 选用,Up 值掌握在 1.2kV 以下按需要特别保护的设备耐冲击电压水平 1.5KV 的 80%。对冲击过电压耐受力量极差的设备应依据其可耐受极限冲击电压的 80%设置特别的末级SPD 保护。由开关电源和DC/DC 供电设备供给直流低压电源的设备,在设备电源端口
18、处按电压等级设置直流SPD,以确保直流局部不受电磁脉冲干扰的影响。联具有熔断标识的熔断器或空气开关。为确保供电系统不致因 SPD 的损坏、劣化形成的器件自身击穿、短路等状况引起供电系统发生跳闸断电的事故,全部SPD 均并联于供电回路与PE 间安装,并在 SPD 回路中串电源系统SPD 安装位置如图 2 所示。4.2 、自动售检票系统AFC保护重点:LC线路中心、SC车站设备、现场设备、修理中心、培训中心。系统是现代轨道交通系统中用于自动售票、自动检票和自动统计、结算的一系列设备所 构成的系统,它集成了机械、电子、计算机网络、通信及财务治理等多功能于一体的掌握系 统和信息治理系统。通常由LC线路
19、中心设备和SC车站设备、站厅现场设备、相关附属系统如培训中心、修理中心等组成。系统功能的实现主要基于计算机网络的通信功 能,因此,对 AFC 系统的保护除按供电系统的保护原则做好设备电源的过电压保护及等电位连接外,重点是需要对系统设备、现场设备间的通信端口按接口类型、端口数量、网络信号传输速率等技术参数选择性能指标相匹配的信号保护产品,例如网络RJ45 接口的单口或机架式SPD。以上各位置的保护除设备供电按网络设备做到通流量与电压保护水平达标的电源保护 外,重点为车站网络交换机、站厅交换机、计算机、效劳器、闸机、自动售票机、半自动售票机、验票机、补票机等设备的RJ45 电通信接口,依据设备处的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 城市轨道 交通 系统 防雷 保护
限制150内