摘要

       本文敘述了地鐵，特別是地面站、高架站雷電防護的重點，地鐵防雷安全年度檢測的重點。文中的闡述對地鐵運營企業科學制定防雷年檢計劃、經費預算有指導作用。對雷電防護檢測單位、對地鐵設計、建設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營，大大提升了城市公共交通的運輸能力，也為人民群眾生產、生活提供了高效快捷的出行方式。運城防雷檢測

       地鐵的供電系統、通信、信號系統、監控系統、環控系統等無不由微電子設備構建，這些系統最易受到雷電襲擊而受損，從而影響地鐵交通的安全運行。因此，地鐵線路防雷安全年度檢測是地鐵企業十分重視的保障安全生產措施之一。這些年來防雷檢測單位、受檢地鐵企業都沒有抓住問題重點。以2018 年天津地鐵1、2、3、6 號線防雷年度檢測招標標書來看，要求檢測內容：接地電阻、等電位連接、裝置類型、裝置狀況四項。地鐵企業花費大幾十萬元。以筆者之見，依據防雷檢測國家標準，最應該年度檢測的項目卻沒有涉及，其發生雷擊事故的風險依然非常大！ 忻州防雷檢測

一、地鐵防雷年度檢測的重點 

       以天津地鐵 3 號線組成為例：運控中心（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、兩個過渡區間、6 個高架區間。年度直接雷擊防雷檢測的重點應該是運控中心、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、兩個過渡區間、6 個高架區間。18 座地下站 其進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。鋼結構進出站口棚的基礎為鋼筋混凝土自然接地，接地電阻在驗收檢測合格后，二、三十年也不會變為不合標準！所以，沒有必要每年多測幾百個點而增加受檢企業費用。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生雷擊，其產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，設有以紫銅帶為材料與建筑物接地相隔離的獨立接地網，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的接地電阻。呂梁避雷檢測

二、地鐵系統防雷安全年度檢測的重點應該是：

       110kV主變電站、高架站、地面站、城郊地下站出入口、 運控中心、車輛段、高架區間防直擊雷檢測；電源電涌保護器直流參數年度檢測，高架站、地面站、第一個地下站、運控中心的通信、信號、監控 、環控機房的屏蔽檢測，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構柱，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也沒有必要花費資金每年檢測一次。太原防雷公司

三、電源電涌保護器檢測

       地鐵系統安裝了大量限壓型電源電涌保護器（SPD），最應該作好年度檢測。這也是2017年以前檢測單位的短板。

第一. 沒有認識到限壓型電源電涌保護器可發生非雷擊自燃,引發火災事故。山西避雷塔

第二. 也不懂得如果檢測測試不當，會發生損壞使用該路電源的弱電設備。

       限壓型電源電涌保護器的核心器件為 MOV 芯片 ，MOV 芯片受暫態過電壓、溫度、濕度影響會老化，非常容易發生非雷擊燃燒事故! 特別是地鐵站的電梯、空調機組、冷凍機、風機、屏蔽門、閘機供電電路安裝的限壓型電源電涌保護器，因大功率電機頻繁啟動而產生暫態過電壓致使電涌保護器漏電流增大，電涌保護器溫度升高，溫度升高使漏電流進一步增大，如此惡性循環導致限壓型電源電涌保護器短路起火，引起火災事故！對于地下車站危險性就更大！太原防雷檢測

       地鐵電源電涌保護器的年度檢測只檢測限壓型不串接開關元件的模塊（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，先關斷相線端串接的空氣開關或熔斷器，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備。山西防雷工程

      《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T21431-2015 第5.8.5.2 條 泄漏電流的測試，d)款“合格判定依據：首次測量 U1mA 時，單片 MOV 構成的 SPD，其泄漏電流 Iie的實測值應不超過生產廠標稱的Iie 值；如生產廠未聲稱泄漏電流 Iie 時，實測值應不超過20μA?！?c)款“后續測量 I1mA時，單片 MOV 和多片 MOV 構成的 SPD，其泄漏電流 Iie 的實測值應不大于首次測量值的 1 倍?！?該規范新增加的 c)款較2008 年版更為科學，其真實反應了 MOV 芯片的穩定性與可靠性。例如，德國菲尼克斯In20kA 芯片廠標Iie 為小于30μA（有眾多重點建設項目選用德國產品），例如初測Iie 為15μA，第二年檢測 Iie 為25μA，那就不能判為不合格。所以該規范 2015 年版為受檢單位減少了不小的經費開支。對于國產 MOV 構成的 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，穩定性急劇下降，則應更換以免發生自燃事故。 山西避雷驗收

       d)款后半段有如下規定：多片 MOV 并聯的SPD，其泄漏電流Iie的實測值應不超過生產廠標稱的Iie 最大值；如生產廠未聲稱泄漏電流 Iie 時，實測值應不超過20μA 乘以MOV 閥片的數量。不能確定閥片數量時，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并聯的SPD 在實際使用中重大安全隱患！以地鐵系統大量安裝的 In60 kA（或 In50kA）為例，此類 SPD 由3 片 34×34mm 方形 MOV 芯片構成，MOV芯片本省特性決定其參數離散性很大，國家標準規定 MOV 芯片啟動電壓允許標稱值正負 10%偏差，以 Uc=385V 的34×34mm 方形MOV 芯片為例，其啟動電壓 U1ma 標稱值為620V，正偏差為682V,負偏差為558V, SPD 生產廠可選3 片參數盡量相近的組合，但要完全一致幾乎作不到。這就是規范表述測值應不超過 20μA 乘以 MOV 閥片的數量的原因。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備損毀，損失慘重。長治避雷檢測

       地鐵系統特別是高架站、地面站在雷電防護LPZ0A 或 LPZ0B 區與LPZ01 區交界處安裝電涌保護器建議選用Iimp 大于或等于20kA的開關型產品。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，發生中等強度的雷擊，其產生的強大的雷擊電磁脈沖可損壞弱電設備，這樣的雷擊事故屢見不鮮！山西避雷檢測

       現僅舉一例：2008 年6 月23 日下午七點天津市河東區六緯路萬隆大廈（24 層商務公司、居民混用） 雷擊樓頂通訊塔，大樓頂部電梯機房內六部電梯中的五部控制柜的微電子板損壞致使電梯停運，由于長時間未能修復，居民們大鬧，氣極之下將人行樓道內的照明燈多處搗毀，可見影響之大。

       國家標準《建筑物防雷裝置檢測技術規范》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備的可能性微乎其微，而對于運控中心、高架站、地面站的弱電機房檢測其電磁屏蔽效果則十分必要。運城防雷檢測

       防雷屏蔽檢測的理論依據是：國家標準《雷電防護 第 4 部分：建筑物內電氣和電子系統》GB/T21714.4-2008 附錄 A LPZ 區內電磁環境評估基礎中如下敘述：首次雷擊的磁場表征為典型頻率 25kHZ, 后續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地中波廣播頻點對應的波頭作為信號源，將信號接收機（場強儀）分別置于建筑物內和建筑物外分別測試出信號強度 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（場強儀）應采用標準環形天線。當天線在室外時，環形天線設置高度應為0.6m-0.8m，與大的金屬物,如鐵欄桿，汽車等應距 1m以外。當天線在室內時其高度應與室外布置同高，并置在距外墻或門窗3m-5m遠處。

       用本方法可測室內場強（A2）和室外場強（A1），屏蔽效能為其代數差（A1- A2）。

       以天津濱海國際機場北航向臺為例：機房外墻采用 40X40mm鐵網， 實施了五面屏蔽。檢測結果，使用中波 747kHZ信號源，室外場強-99dBm, 室內場強-125dBm,則屏蔽效能為26dB. 山西防雷公司

       微電子機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場北航向臺 2009年完成的電磁屏蔽措施，已經將近十年再也沒有遭受過雷電電磁脈沖的侵襲，保障了上百萬元導航設備的安全運行。

       電磁屏蔽首次檢測后，依據實際數據若屏蔽效果達不到微電子設備機房的要求，則檢測單位提出整改意見，整改后的 2-3年內可不再年度測量。晉中避雷檢測

 五、結論

1．地鐵地下車站進出口棚、接地裝置接地電阻幾年乃至二、三十年不會發生變化，從受檢企業節省經費考慮，可減少測量點數或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．地鐵系統特別是地下站安裝的大量MOV 芯片構成的電涌保護器必須年檢，測量其直流參數作好記錄，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，引發重大火災事故，建議將現在安裝的SPD后備保護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 SPD短路時其1秒內切斷工頻電源，避免火災發生。

5．電磁屏蔽測量的重點應為運控中心機房、高架站弱電機房、消防控制機房，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據，測量曲線。

6．據了解地鐵系統的接觸網、牽引電源多發雷擊事故，這方面的雷電防護有待防雷檢測部門與地鐵供電部門技術商研，找到防雷安全更有效的措施。

本文的分析、意見可供地鐵運營企業、防雷檢測單位、地鐵設計院所參考。

 參考文獻

[1]《地鐵設計規范》GB50157-2013.     

[2]《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T 21431-2015.

[3]《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010.

[4]《雷電防護第4部分：建筑物內電氣和電子系統》GB/T21714.4-2008.

[5]《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2012

                                                本文發表在第35屆中國氣象學會年會

作者：天津市防雷技術中心：王鳳來，朱建東