城市轨道交通工程通信系统防雷方案简介

梁 樑（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

梁樑，男，毕业于北京交通大学，工程师，项目负责人。曾参与北京5号线、深圳地铁1号线续建、哈尔滨市轨道交通1号线一、二期工程、南京地铁10号线、深圳地铁通信系统规范等项目，曾获得深圳地铁1号线续建工程首通段“百日劳动竞赛”先进个人荣誉。

现阶段，轨道交通系统已成为城市公共交通的重要组成部分，每天承担数以百万计的旅客运输工作，一旦发生行车事故，不但会造成交通严重堵塞，甚至危及旅客的生命财产安全，社会影响极大，后果十分严重。而通信系统是维持轨道交通正常运营、保证列车运行安全、提高运输效率的必要条件，在轨道交通正常运营时是保证列车安全高效运营和为乘客提供高质量的出行服务的重要手段，而在异常情况下也能迅速转变为供防灾救援和事故处理的指挥通信系统，因此通信系统在设计中必须首先考虑系统的安全性和可靠性。为达到此目的，除了从系统设计上考虑充分的备用、冗余措施外，还应对有可能发生的自然灾害，如雷电危害，进行防范，本文将就通信系统防雷方案进行介绍。

1 通信系统防雷设计原则

1.1 防雷区域

主要包括轨道交通地面线路车辆段、停车场、车站及高架区间等易遭雷电入侵的区域。

1.2 防雷电侵入种类

1）直击雷。

2）感应雷。其中，通过供电线路入侵的雷电感应由供电专业考虑（设备应具备C级防雷能力）。

1.3 防雷技术标准

*《铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见》（铁运[2011] 144号）；

*《基站防雷与接地技术规范》（QB-W-011-2007）（中国移动企业标准）；

*《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）；

*《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》（YD/T 5098-2005）；

*《计算机信息系统防雷保安器》（GA173-2002）；

*《铁路光（电）缆传输工程设计规范》（TB10026-2000）；

*《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》（铁建设[2007]39号）；

*《铁路运输通信设计规范》（TB 10006-2005）；

*《铁路信号设备用浪涌保护器》（TB/T2311-2008）；

*《通信线路工程设计规范》（YD 5102-2010）。

1.4 通信系统防雷原则

1）安装通信设备的建筑物本体具备相对完善的防雷措施。各建筑物本体均采用共用接地方式，接地电阻不大于1Ω。

2）通信设备防雷应注意设备所处空间雷电电磁环境的整治，设备和线路所在空间的合理布置，按地面区域雷电活动和设备安装环境进行分区分级防护，并根据多重保护、分级泄放、规范接地的原则实施通信系统综合防护。

3）对所涉及各子系统均采取不同的措施进行安全有效的防雷保护。通过对直击雷的防护、电源系统的浪涌保护、天馈系统的防雷保护、数据传输系统的感应防护以达到减少落雷概率，降低落雷能量，迅速泄放雷击电流并具备自恢复功能来保护整个系统的安全。

2 通信各子系统防雷措施

轨道交通通信系统包括：传输（含区间光电缆）、公务电话、专用电话、专用无线、视频监控（CCTV）、广播、时钟、电源及集中监测告警等子系统，下面将针对各子系统特点对其采用的防雷措施进行介绍。

2.1 传输子系统及光电缆

2.1.1 需采取防雷措施的设备

传输子系统是整个通信系统的神经中枢，承载着通信内部各子系统及轨道交通其他系统的信息传输任务。传输系统通常采用同步数字光传输设备，安装在车站通信机房内，各站设备通过区间光缆连接，因此在轨道交通上、下行线路上敷设的光缆需考虑防雷措施；在线路上还有与光缆同径路敷设、提供站间电话及应急通信实回线备用的市话电缆，也需考虑防雷措施。

2.1.2 防雷电入侵种类

感应雷。

2.1.3 防雷方案

光缆应采用非金属加强芯，光电缆在地下区间内敷设在电缆托架上，在停车场、车辆段采用管道或槽道敷设方式。光缆进入通信机房后应进行绝缘处理，先将金属外护套接地，然后在ODF光纤分配架上终端。

电缆在沿途各站均环引至通信设备室，分出所有芯线终端于新设的综合配线架上。

光缆、电缆引入室内须做绝缘接头，安装地点为通号电缆引入室，光、电缆金属外护套均接地。引入设备室的电缆芯线在设备室终端时均接保安器，以防危险电势的破坏。

2.2 专用/公务电话子系统

2.2.1 需采取防雷措施的设备

电话子系统是轨道交通运营指挥的主要工具，在通信系统瘫痪时，还可依靠有线备用回路进行站间通话，其安全的重要性不言而喻。需对其交换设备及电话音频线路实施防雷措施。

2.2.2 防雷电入侵种类

感应雷。

2.2.3 防雷方案

在控制中心、车辆段/停车场、车站的音频配线单元配置保安器进行保护。

交换设备选型时应考虑其对过压和过流的保护性能，满足ITU-T K.20建议要求、符合《市话通信系统过压过电流防护技术要求》（YD/T695-93）及《电信终端设备防雷技术要求及试验方法》（YD/T 993-2006）。交换设备还应能承受50 Hz交流纵向感应电动势大于20 V（均方根值）以上的能力，应能承受因雷电冲击引起的下列规定值以内的过压电。

峰值电压：4 000 V；

波前时间：10 μs；

半峰值时间：1 000系统μs。

2.3 无线子系统

2.3.1 需采取防雷措施的设备

无线子系统是调度人员与列车司机通话、发布调度命令的重要手段，还可在有线通信设备故障时，迅速提供防灾救援及事故处理功能，尤其在信号系统失灵、采用站间闭塞时至关重要。因此需对无线子系统进行防雷保护。

当无线子系统基站的收发定向天线安装在铁塔（高度为30 m左右）顶端时，定向天线须采用防直击雷措施，并对天馈线的雷电感应进行防护。设置在地面区间的漏缆、同轴电缆也需进行防雷保护。

2.3.2 防雷电入侵种类

直击雷、感应雷。

2.3.3 防雷方案

2.3.3.1 直击雷保护

当地面车站、车辆段/停车场的基站天线通过建筑物屋顶杆塔，或通过落地铁塔方式安装时，必须考虑相应的防直击雷和接地装置。

1）屋顶杆塔方式直击雷保护

a.基站天线采用塔杆方式架设在建筑物楼顶，且基站所在建筑物可提供满足要求的、较为可靠的防雷和接地网（接地电阻不大于5Ω）时，应充分利用建筑既有防雷、接地系统，将塔杆及天线直接设置在建筑避雷带保护范围内，不宜另外架设独立的避雷针网。

b.基站天线采用塔杆方式架设在建筑物楼顶，但基站所在建筑物不能提供符合无线防雷要求的避雷带时，需设置避雷网。

*架设的杆塔应利用建筑物柱内的钢筋作为雷电引下线，或与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通。

*杆塔顶端应设置一组避雷针，避雷针接地线接至建筑预留的接地点（钢筋）引出的接地母排上，或直接与杆塔焊接连通。

*避雷针安装位置应使得架设的天线顶端处于避雷针45°保护角的范围之内。

2）落地铁塔方式直击雷保护

无线基站天线通过新设落地铁塔架设时，落地铁塔应设置完整的避雷网、引下线和地网基础。一般情况下需要将整个机房建筑纳入到铁塔防雷范围内。

a.铁塔地网

*铁塔地网应采用40 mm×4 mm的热镀锌扁钢，将塔基内的金属构件焊接连通，铁塔地网的网格尺寸应不大于3 m×3 m。

*铁塔地网与机房地网边缘距离大于15 m时，铁塔地网与机房地网相互独立，分开设置；小于15 m时应采用不少于2根40 mm×4 mm的热镀锌扁钢焊接连通。

*铁塔地网接地电阻大于5Ω。

b.落地铁塔防雷

*通信落地铁塔加装避雷针，保护天馈线及建筑物免招受直击雷危害，并可降低落雷的概率。避雷针与塔顶之间应有足够的距离，以保证天线处于避雷针45°保护角的范围之内；

*使用40 mm×4 mm的热镀锌扁钢设置专门的落地铁塔避雷针引下线，并与铁塔地网可靠连结；

*落地铁塔设有避雷针引下线时，其引下线应接至铁塔地网离机房一侧。

2.3.3.2 雷电感应保护（SPD）

应采用浪涌保护器SPD防雷装置进行二次感应雷保护。

1）连接杆塔天线的同轴电缆引进机房（或建筑）入口处应串接安装标称放电电流不小于5 kA（8/20 us）同轴SPD，同轴SPD接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的室外接地汇集排、避雷带或地网引上接，SPD接地引线应采用截面积不小于6 mm2的多股绝缘铜导线。

2）当地面线路区段采用漏缆覆盖时，漏缆敷设在敞开的桥面或路基护栏支架上。漏缆（通过连接馈线）进入车站建筑或通信设备室或连接区间设备前应串接安装标称放电电流不小于5 kA（8/20 us）的同轴SPD，SPD接地端子的接地引线应从区间接地扁钢上接引。

3）技术性能要求应满足：

a.标称放电电流应≥5 kA（8/20 us），限制电压不大于650 V。

b.插入损耗应不大于0.2 dB，驻波比不大于1.2。

c.最大输入功率能满足发射机最大输出功率要求。

d.应具备防水功能，与馈线接口处应采取防水措施。

2.3.3.3 同轴电缆接地防护

1）连接塔杆天线的同轴电缆金属外护层应分别在上、下端及进入机房入口处外侧就近接地，当同轴电缆长度大于60 m时，其屏蔽层宜在塔杆的中间部位增加一个接地连接点，接地连接线应采用截面积不小于10 mm2的多股绝缘铜导线。室外走线架始末两端均应作接地连接。

2）当地面线路区段采用漏缆覆盖时，漏缆（通过连接馈线）进入车站建筑或通信设备室前需安装漏缆接地件。

2.4 CCTV子系统

2.4.1 需采取防雷措施的设备

视频监控子系统是轨道交通安保、防灾指挥及事故分析的重要组成部分，其安装在地面、高架车站、车辆段/停车场的视频设备及有室外视频监控设备的地下车站视频设备均需进行防雷保护。

2.4.2 防雷电入侵种类

直击雷、感应雷。

2.4.3 防雷方案

1）直击雷防护

当室外摄像机安装在空旷地带、采用立杆式安装时，应在摄像机杆顶部安装避雷针，并在杆底部基础内设置接地装置。

2）感应雷防护

在摄像机的视频、电源及控制电缆的两侧（机房侧和摄像机侧）分别加装相应的防雷器件。当摄像机的线缆由视频柜引出时应在机柜出线端加装防雷器件，摄像机侧也应加装与机柜设备对应的防雷器件。室外摄像机侧防雷器可通过摄像机附近的安装柱基础或其他建筑接地件等进行接地。摄像机视频线应选用视频信号保护器，电源线应选用电源精密防雷器，云台控制线应选用数据线防雷器，以保证系统设备的安全运行，为提高可靠性，以上3种防雷器不宜合设。

2.5 广播子系统

2.5.1 需采取防雷措施的设备

在地面及高架站、车辆段/停车场设置的广播设备及在室外敷设广播线缆的地区需进行防雷保护。

2.5.2 防雷电入侵种类

感应雷。

2.5.3 防雷方案

广播系统信号线、控制线、电源线应在机柜侧、功率放大器的出线端加装广播系统防雷保护器防止感应电压的侵害。

2.6 时钟子系统

2.6.1 需采取防雷措施的设备

在地面及高架站、车辆段/停车场设置的时钟设备及在室外敷设时钟线缆的地区需进行防雷保护。

2.6.2 防雷电入侵种类

感应雷。

2.6.3 防雷方案

在时钟系统子钟信号线两端加装控制线保护器、供电电源线两端采用电涌保护器，避免时钟遭受雷击感应的危害。防雷保护器地线接至机房的接地端子排。

2.7 电源子系统

2.7.1 需采取防雷措施的设备

电源系统承担着为通信各子系统供电的重任，保证它的安全对于通信畅通至关重要，因此需对地面及高架站、车辆段/停车场的电源设备进行防雷保护。

2.7.2 防雷电入侵种类

感应雷。

2.7.3 防雷方案

在电源配电设备输入/输出端配置两级防雷保护装置，防止感应雷对配电设备及下端负载的影响，如图1所示。

2.8 集中监测告警子系统

该子系统设置在控制中心网管机房，无需考虑防雷措施。

3 结束语

综上所述，为保障轨道交通安全运营及通信系统正常运转，应在通信系统设计、招标采购及施工阶段充分考虑防雷措施，避免遗漏。