城轨防雷与过电压保护

城轨防雷与过电压保护
Lightning Protection and Overvoltage Protection for Urban Rail
所属分类	城轨供电与受流
常见型号	金属氧化物避雷器（MOA）、放电间隙、浪涌保护器（SPD）
执行标准	QX/T 615-2021《城市轨道交通防雷技术规范》、GB/T 50064-2014（绝缘配合方法参照）
适用场景	城轨高架与地面线路接触网防雷、牵引变电所直流侧过电压保护、车站与车辆段弱电系统电涌防护
高架段接触网防雷配置与雷电流泄放路径示意

概述

城轨防雷与过电压保护是保障直流牵引供电系统与低电压等级设备在雷电及操作过电压条件下安全运行的成套措施。城轨直流系统标称电压仅 DC 750 V 与 DC 1500 V，设备绝缘裕度远小于干线交流系统，同样的雷击条件下更容易发生绝缘闪络与设备损坏；同时地铁深埋地下，雷害威胁集中在高架桥段、地面线、出入段线及与大气连通的隧道口。研究与实践均表明，高架桥段因结构高耸突出而成为雷击薄弱点，安装金属氧化物避雷器是较为有效的防护措施。防护体系分三个层面：接触网与牵引变电所的一次防雷（避雷器、放电间隙、接地）、车站及车辆段建筑的直击雷防护（按建筑物防雷分类执行），以及信号、通信等弱电系统的电涌保护（SPD 分级配合）。过电压的类型学梳理见过电压，保护器件通论见保护装置。

结构与组成

接触网侧避雷器：金属氧化物（氧化锌）避雷器并联于接触网与接地系统之间，常态下呈高阻，过电压袭来时非线性电阻导通泄放雷电流，器件原理与选型见避雷器与金属氧化物避雷器；
放电间隙：结构最简单的保护元件，由一对带极间距的电极构成，击穿后为雷电流提供旁路，常与避雷器配合或在低要求场合单独使用，见火花放电间隙；
引下线与接地装置：把泄放的雷电流以最短路径导入大地，重雷区对冲击接地电阻有明确限值要求（见技术参数表）；
变电所直流侧保护：直流馈线、母线避雷器与过电压继电保护配合，限制设备上的雷电与操作过电压；
弱电 SPD 分级防护：车站控制室、信号设备房的电源与信号端口按防雷区（LPZ）概念分级加装浪涌保护器，标准依据 GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（列表外标准，仅列号）。

工作原理

直击雷：雷电直接击中接触网或高架结构，雷电流幅值为统计分布量，一般地区超越概率曲线为 lgP=−I/88（I 单位 kA，中值约 26 kA，依据 DL/T 620-1997[6]）；防雷设计按首次短时雷击幅值 100~200 kA（10/350 μs 波形）取值（依据 GB 50057-2010[3]），可达数十至数百千安，在接触网-大地回路中产生远超设备耐受的电位差；
感应雷：雷击大地或邻近物体时，静电感应与电磁感应在线路上感应出过电压。工程上常用经验估算式描述感应过电压幅值与雷电流、导线高度及雷击距离的关系：

$U_{g}\approx k\cdot {\frac {I\cdot h_{c}}{S}}$

式中 $I$ 为雷电流幅值， $h_{c}$ 为导线平均高度， $S$ 为雷击点距离， $k$ 为与波形相关的系数。该式用于量级评估，详见过电压；

避雷器动作：氧化锌阀片在小电流区呈高阻、在大电流区呈低阻，把避雷器两端电压钳制在其残压水平；设备绝缘的雷电冲击耐受电压须与避雷器残压配合并留有裕度，这是绝缘配合的核心，方法学参照 GB/T 50064-2014；
多保护配合：放电间隙击穿时延短但截断能力有限，与避雷器构成"粗保护 + 精保护"的配合序列，避免避雷器直接承受超标能量。

技术参数

项目	数值/口径	依据
冲击接地电阻（重雷区）	地闪密度不低于 0.4 次/(km²·a) 的地区，架空接触网接地装置冲击接地电阻不宜大于 10 Ω	QX/T 615-2021
标称电压	DC 750 V / DC 1500 V	GB/T 10411-2025
直流设备绝缘配合	雷电冲击耐受电压与避雷器保护水平（残压）配合并留裕度，结合地区地闪密度差异化设计	GB/T 50064-2014（方法参照）
建筑物防雷分类	车辆段、控制中心等按建筑物防雷设计规范分类设防	GB 50057-2010，见 standards/gb-50057

常见型号

金属氧化物避雷器：直流牵引供电用无间隙/带间隙氧化锌避雷器，安装于接触网支柱、变电所直流母线与馈线侧；
放电间隙：棒-棒、棒-环等电极形式，部分产品带动作计数与熔丝指示；
SPD：电源侧开关型（间隙式）与限压型（MOV 式）配合，信号侧按接口形式选取。

具体产品型号随各城市采购与技术条件而定，本页不列具体厂家型号。

执行标准

QX/T 615-2021《城市轨道交通防雷技术规范》：中国气象局发布，2021-09-01 实施，规定直击雷防护、雷击电磁脉冲防护及防雷装置检测与维护要求（列表外标准，仅列号）；
防雷标准体系总览：站内防雷相关标准的导览入口；
GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》：建筑物直击雷与雷电波侵入防护的基础标准；
GB/T 50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》：绝缘配合方法论的参照（列表外标准，仅列号）；
GB 50157《地铁设计规范》：高架区段供电系统防雷设置的总体设计要求（列表外标准，仅列号）；
EN 50122-1：固定设施电气安全与接地防护原则，其中对过电压条件下人身防护的口径可作对照。

安装与施工

避雷器安装于接触网支柱或变电所内时，须保证高压端接线最短、底部可靠接地，动作计数器朝向便于巡视读取；
引下线沿支柱敷设并固定牢靠，与结构钢筋或接地网连接处采用焊接或压接并做防腐处理；
接地装置施工与隐蔽工程验收同步进行，实测工频接地电阻，按换算系数评估冲击接地电阻（依据 GB 50057-2010 附录C[3]），测量结果计入季节修正系数（依据 GB/T 21431-2023[7]）；城市轨道交通防雷装置的专项要求见 QX/T 615-2021《城市轨道交通防雷技术规范》；
车辆段与高架区段的施工交叉多，防雷接地与城轨接地与单向导通装置所述综合接地网统筹实施，避免混接引起杂散电流防护失效。

验收要求

防雷装置安装完整性检查：避雷器、放电间隙、引下线、接地装置齐全无遗漏；
接地电阻实测值满足设计限值；
隐蔽工程资料（焊接记录、接地体埋深与土质记录）齐全；
变电所直流侧保护定值与避雷器参数核对无误：供电系统配置完备的继电保护和自动装置为强制性要求（依据 GB 55033-2022[8]），保护装置应具备定值区切换与整定值组调整功能（依据 交办运〔2025〕71号[9]）；定值验收以设计整定单、设备技术条件及地方供电系统施工质量验收标准为准。

运维与检测

周期检测：防雷装置每年检测一次、宜安排在雷雨季前（定期检测周期 12 个月，依据 GB/T 21431-2023[7]），内容包括接地电阻测量、连接导通检查、避雷器外观与动作计数器抄录；城市轨道交通防雷装置检测与维护的专项要求见 QX/T 615-2021；
雷雨季运行监视：雷雨天气加强高架段巡视与变电所跳闸记录分析，雷击跳闸集中区段列为防雷改造重点；
劣化判别：避雷器受潮或阀片劣化后泄漏电流增大，可结合带电测试或停电试验判别，劣化与污秽的耦合效应见污秽闪络；
数据管理：雷击跳闸与装置动作记录纳入检修台账，支撑重雷区段的差异化改造决策，管理方法见状态修。

常见故障与案例

避雷器受潮劣化：密封失效进潮后阀片特性改变，泄漏电流异常，严重时爆炸波及支柱设备；
放电间隙烧损：间隙动作后电极烧蚀使间距改变，保护特性漂移，需在巡检中复测间距；
雷击跳闸与绝缘闪络：高架段雷击导致绝缘子对地闪络，馈线跳闸，重合或强送前须确认无永久性故障，应急处置见应急处置与城轨接触网应急抢修；
弱电系统雷害：SPD 配置不当或失效时，雷击电磁脉冲侵入信号系统引发设备故障，与供电侧共用接地时的协调见电磁干扰。