长沙磁浮快线工程的防雷接地设计要点

王德发

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//高级工程师）

长沙磁浮快线工程的防雷接地设计要点

王德发

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//高级工程师）

磁浮快线的车体构造、轨道结构和受流方式与其他轨道交通方式明显不同，因此在防雷接地设计方面需要特殊考虑。介绍了长沙磁浮快线车站、高架区间、车辆段防雷及接地网的设置方式、使用材料及相关材料，详细说明了接触轨、F型轨道及弱电系统的防雷接地设计方案，着重介绍了区间及F型轨道防雷接地的具体做法及土建预留预埋的要求。经实际使用验证，长沙磁浮快线的防雷接地设计，取得了较好的防雷效果。

长沙磁浮快线；防雷接地；车站；区间；车辆段

长沙磁浮快线工程已于2016年5月6日正式开通运营。磁浮快线的车体构造、轨道结构和受流方式与其他轨道交通方式明显不同，因此在防雷接地设计中需做特殊考虑。本文根据GB 50157—2013《地铁设计规范》、GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》及GB 50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，结合长沙磁浮快线工程特点，介绍长沙磁浮快线的防雷接地设计实施方案。

1 长沙磁浮快线的防雷接地设计要点

1.1 车站防雷接地

长沙磁浮快线的车站按照二类防雷建筑物标准进行设计。屋顶避雷带沿女儿墙及屋面敷设；当屋面为金属，且满足金属屋面做接闪器的条件时，可不敷设避雷带［4］。避雷带采用φ 10热镀锌圆钢；其支架高出墙面15 cm，支架间距不大于1.0 m，拐角处间距不大于0.5 m。二者在屋顶连接成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷带网格［5-6］。凡突出屋面的金属管道、水箱及金属构架均需与避雷带焊接。引下线利用建筑物钢筋体系（包括梁内钢筋和柱内钢筋），根据柱网跨度设置。引下线的平均间距不应大于18 m。被用作引下线的建筑物结构钢筋采用不小于φ 10的主筋通长焊接或绑扎；引下线上端与避雷带焊接，下端与综合接地网可靠焊接。这样可使避雷带、引下线及接地网整体电气贯通。

长沙磁浮快线车站接地采用综合接地系统。该综合接地系统的接地装置第一部分利用承台基础桩基、承台和基础梁内钢筋组成自然接地体；第二部分由承台周围的人工水平接地体和垂直接地体构成。第一部分与第二部分的综合接地电阻不大于1 Ω［7］。车站结构底板、中板、顶板及侧墙结构钢筋可靠焊接或绑扎，结构柱外围主筋（不少于两根）与车站底板、中板、顶板及侧墙主筋可靠焊接。

人工接地网与车站结构钢筋相连接构成磁浮高铁站的综合地网，且能分别测量接地电阻。车站综合地网的接地电阻应不大于1 Ω。

长沙磁浮快线车站人工接地网设3组引出线，分别为强电设备、弱电设备和非电气金属管线接地引出线［4］。每组引出线的距离应满足沿接地导体的距离不小于20 m的要求。每组接地引出线为3根，其中1根为备用。

1.2 高架区间防雷接地

长沙磁浮快线高架区间防雷接地示意图见图1。长沙磁浮快线区间疏散平台为全金属结构，上部与金属护栏焊接，下部与强弱电缆支架焊接。高架区间利用金属疏散平台上的护栏作为接闪器，利用每个桥墩的钢筋体系作为引下线。被用作专用引下线的桥墩内主筋直径不小于10 mm，引下线上端与疏散平台下端的电缆支架通过扁钢连接，使得疏散平台与引下线电气贯通。在区间伸缩缝或疏散平台断开处，需用直径不小于10 mm的电缆连接。

区间的承台基础桩基、承台和基础梁内钢筋组成了自然接地体。每个桥墩的接地均电阻不大于10 Ω。在桥墩表面-1.0 m处预留接地钢板，如接地电阻不满足要求，则可增设人工接地极；在桥墩表面标高0.5 m处设接地电阻监测点。为避免产生迷流，区间一半的桥墩与区间疏散平台连接，作为区间桥梁防雷的引下线及接地网；另一半的桥墩通过地极保护器与接触轨连接，作为接触轨的防雷引下线和接地网。经计算，疏散平台的金属护栏完全可以保护轨道和桥梁。

图1 长沙磁浮快线高架区间防雷接地示意图

1.3 车辆段防雷接地

车辆段附属楼、综合库及牵引降压混合变电所等建筑物按二类防雷建筑物标准设计。防直击雷采用φ10热镀锌圆钢沿女儿墙及屋脊等部位敷设避雷带，并在整个屋面组成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷网格。不同高差避雷带采用φ10圆钢可靠焊接，屋面所有突出金属构件均要与之可靠连接。屋面烟道处设置高1.0 m的φ12镀锌圆钢避雷针，并与避雷带相连；竖向金属管道在底端与顶端与防雷装置多次连接。防雷引下线利用建筑构造柱内直径大于10 mm的钢筋作为引下线，其平均间距不大于18 m。柱子主钢筋须上下连通，被利用的柱子上端主钢筋与屋面避雷带或暗敷引下线焊接，下端与基础主钢筋焊接，并在-1.0 m标高处焊出一根40 mm×4 mm镀锌扁钢。此扁钢伸向室外距外墙皮的距离不小于1.0 m，以便必要时增加人工接地极。柱子钢筋在0.5 m标高处预埋接地连接端子板，以供测量接地电阻使用。

长沙磁浮快线车辆段低压配电系统接地采用TN-S或TN-C-S系统。电源在变配电室分别引出N线（工作零线）及PE线（专用保护接地线）。电气设备外露可导电部分、控制箱与配电箱的金属框架、电力线路的金属保护管、各种金属接线盒、电缆桥架及插座的保护接地孔等必须与PE线连接。凡正常不带电，且当绝缘破坏时有可能带电压的一切电气设备金属外壳均应可靠接地。

在建筑物内设总等电位联结（MEB）端子箱，将电缆金属外皮、钢管及进出建筑物金属管道等作MEB，并根据设备的防护等级要求设置相应级别的电涌保护器进行防护。在每层卫生间及通信、信号、FAS（火灾报警系统）、BAS（环境与设备监控系统）、AFC（自动售检票）等专业的电子设备用房均设置局部等电位端子板（LEB）。局部等电位之间采用25 mm×4 mm扁钢连接。

1.4 接触轨防雷接地

在正线接触轨上，正极每隔约300 m设置1个直流避雷器［8］，在上网点设置的避雷器可保护变电所内的设备，负极每隔约50 m就设置直流避雷器以保护车辆与F型轨道间隙。直流避雷器单独设置引下线，并与区间防雷所用的引下线交叉设置。

在车站及车辆段库内设置的接地轨，当车辆进站或进库时能自动接地以保护人员安全。接地轨与变电所接地母排通过95 mm2电缆相连。

1.5 F型轨道防雷接地

F型轨道接地示意图见图2。在每个F型轨道的接头处均采用M12×20螺栓和截面50 mm2的接地连接线进行连接。接地连接线采用镀锡软铜绞线。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型伸缩接头处接地连接线长度分别为250 mm、650 mm和950 mm。

图2 F型轨道接地示意图

为满足磁浮系统要求，在车站有效站台的两端、车辆段每股道的尾端均设置F轨接地连接电缆，在正线区间每隔2 km处设置接地连接电缆。

1.6 弱电系统防雷接地

需防雷接地的弱电系统主要包括通信、信号及站台门等专业。位于室外的设备（如摄像机、信号灯、接入点天线等）均设置了避雷针。避雷针与区间桥墩的引下线焊接［9］，或与疏散平台钢结构焊接。对于已处于其它接闪器或高层建筑原有接闪系统保护范围之内的设备，可不再设置直击雷防护。

各系统设备内部根据GB 50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，自行设置第二级或第三极防雷保护［10］。

所有弱电设备的金属外壳、线槽、保护管，以及设备房内的防静电地板支架及金属门窗均需与房间内的接地母排相连接［10-11］。

通信线路均采用钢槽或钢管防护，以降低设备遭受雷电侵入波损害的概率。信号传输线路尽量采用光纤。站内双电源切换UPS（不间断电源）进线处设置浪涌保护器。

站台门系统接地是车站停车区域低于轨面450 mm处设置与变电所接地母排相连的接地轨。当磁浮列车到站后，列车与车站地网为等电位。故磁浮车站站台门不需进行绝缘处理，但需进行等电位连接：①站台门系统需进行竖直方向和水平方向的等电位连接。②站台门系统与轨道通过50 mm2电缆连接至强电接地总母排端子，保证二者等电位。

2 结语

长沙磁浮快线全线均为高架线路，且区间各种设备较多。一旦因雷击造成关键设备或系统的损坏，势必对正常运营产生较大影响。因此，设计时必须制定完善的防雷保护方案以确保磁浮线运行的防雷安全。本文对长沙磁浮快线的防雷及接地设计方案进行总结，旨在为类似工程设计提供参考。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50157—2013［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013：153.

［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物防雷设计规范：GB 50057—2010［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［3］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物电子信息系统防雷技术规范：GB 50343—2012［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012：13.

［4］ 靳小兵，巫俊威，田琨，等.城市地铁雷电防护关键技术研究［J］.气象科技，2014（6）：1106.

［5］ 刘军启.地铁及轻轨车站防雷和接地系统分析及探讨［J］.电源技术应用，2009（6）：35.

［6］ 刘永红.地铁车站的防雷接地保护研究［J］.铁道工程学报，2008（4）：94.

［7］ 于松伟，杨兴山，韩连祥，等.城市轨道交通供电系统设计原理与运用［M］.成都：西南交通大学出版社，2008：113.

［8］ 徐光强，江安，曹小相.直流1 500 V接触轨系统创新设计［J］.都市快轨交通，2010（1）：18.

［9］ 王道平，吕昆坤，刘帅.地铁防雷系统检测技术的研究［J］.通讯世界，2015（7）：1.

［10］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物防雷工程施工与质量验收规范：GB 50601—2010［S］.北京：中国计划出版社，2010：7.

［11］ 宋世超.地铁工程中无线基站防雷接地的研究［J］.信息通信，2015（5）：206.

Design of Lightning Protection and Grounding for Changsha Maglev Express Project

WANG Defa

There are significant differences between maglev train and other rail transit means in car-body structure，track structure and current collection mode，special consideration should be paid to the design of lightning protection and grounding.In this paper，the setting mode and materials of lightning protection and grounding facilities for Changsha maglev express station，elevated section and depotare introduced，concrete practices of the design are described.In theform ofdiagram，lightning protection and grounding solutions，the civil reserve requirements of embedded construction in the interval and F-typetrack arealso introduced.These design schemes and solutions have been used in Changsha maglev express project with good lightning protection effect，providing a valuable reference for the design of similar projects in the future.

Changsha maglev express；lightning protection and grounding；station；section；depot

Author′s address China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

U224.2+5∶U237

10.16037/j.1007-869x.2017.12.029

2016-03-23）