电气化铁路接触网防雷研究

电气化铁路接触网防雷研究

胡路遥，李发玲

身份证号:3303241993121500**   浙江 温州   325000

身份证号:3303271996010342**   浙江 温州   325000

摘要：电气化铁路所经地区地理气候千差万别，情况复杂，尤其是高速铁路采用高架桥形式，接触网成为小区域内的相对高点，使其遭受雷害的几率大大增加，一旦遭受雷击则易造成绝缘闪络断裂、线路跳闸等事故，甚至会导致列车停运，对铁路运输造成巨大影响。因此，接触网的防雷是实现电气化铁路安全、稳定、不间断供电的一个重要环节。

关键词：电气化；铁路接触网；检修维护

前言：接触网是电气化铁路电力工程牵引供电系统不可或缺的一部分，都是电气设备铁路线不可缺少的一部分，一般我们自己的接触网是外露在自然界的环境中，电气化铁路接触网通常将近几百公里乃至上千公里，接触网遍布在不同环境、不同类型的雷暴地域，不可避免的遭到雷击，如若防护措施不当，接触网将受雷击损坏而停电，影响铁路电力机车的正常运行，这种情况也相当危险，还会影响铁路的抢修施工。

1、铁路接触网防雷设计

我国的高速铁路地理区域跨度较大，没有备用系统，在这种情况下，一旦遭遇雷击将形成永久性故障，不可避免地造成供电区段的中断。根据铁路相关规定，只有强雷区接触网才能架设独立的避雷线，通常情况下，我国的高速铁路接触网多处在多雷区，接触网没有架设避雷线，使高速铁路接触网及易遭受雷击，从而造成损坏。为更好地保障高速铁路接触网的运行，应提高铁路运行的可靠性和安全性。在我国高速铁路接触网在防雷装置层面，重要依据和借鉴的要在铁路设计标准里的铁路线电力牵引，在供电设计标准中铁路线防雷电磁适配及接地工程技术性暂行条例含有具体规定。以雷电天数多与少可将地区分为四个等级:平均每年的雷电天数在没有超出二十天的地区划为少雷区，而平均每年雷电天数超过二十天，不上四十天的地区划为主雷区，此外，平均每年的雷电天数超出四十天，不上六十天的地区划为高雷区，而平均每年雷电天数超出六十天的地区划为强雷区。铁路接触网在防雷装置和采用防雷保护时，更重要的是搭建铺设避雷带和安装高压避雷器的方法，与此同时，还要做好相应的铁路接触网避雷的接地保护对策。在铁路设计标准中，明确了重雷区或重污染等重点地区的铁路接触网要加设高压避雷器。

2、雷电对接触网设备的破坏

在我们的日常生活中，雷电做为一种自然现象时会发生。按照不同的区划规范，雷电能够有着不同的归类。在其中，依照发生雷电的空间坐标不一样，可将其分成云闪和地闪。地闪即民俗常称之为落地雷，可出现雷电灾难发生。雷电除了能对人体健康造成危害外，对生活当中的各类物理学设备也会产生危害，铁路接触网设备也无可避免。雷电气温容易造成变电站DL跳电甚至导致铁路接触网设备比较严重的破坏，自身及资产会因此面临危险。目前我国的电气化铁路主要分布在南方及沿海城市，大部分处于平原地区，这些地区大多属于多雷区，雷电现象出现得比较频繁，增加了铁路接触网设备的安全风险。接触网防雷具有以下特点：1）闪电可能会影响供电系统，最终导致接触网故障；2）空旷和地势较高的区域相比之下更容易遭受雷击；3）接地不合格也是被雷击的原因之一；4）空间环境以及自然环境（如大气温度、湿度等）对接触网有一定的影响；5）接触网无可替代网络设备。

3、接触网系统雷害分布

3.1雷击接触网支柱和直击接触网

 当接触网支柱遭到雷击击中，雷电电流就会通过支柱穿回到大地，从而形成反击过电压再加上接触网导线产生的感应过电压，叠加形成非常高的雷电过电压，从而造成雷电事故产生，影响铁路工程施工和运行引起危险的产生。我们应该根据这一情况做重点研究，减少这种现象造成的损失。

3.2雷击接触网附近的地面

因为不同的地理位置及地形条件，引起雷击的位置不同，有时候雷击也会击中接触网附近的地面，地面产生闪络电压，那么绝缘子上的过电压就大大超过了绝缘子的额定值。距接触网有限远>S>65m处，雷击对地放电时，在接触网上产生的过电压与雷电流幅值成正比，其比值为3.84。所以雷击就算不直接击中接触网也会产生雷击危险，因为每个区域我们搭建的接触网不同，雷击的频繁率也不相同，所以我们要根据地形地貌做好防御措施。

4、电气化铁路接触网雷电重点防护措施

4.1避雷器安装。

 对于重点设施安装，必须结合牵引规范和铁路电力要求，使用避雷器，在较好的接地电阻的基础上，在隔离开关、分相两侧、锚段关节、长度超过2000米隧道处设置避雷器。由于接触网避雷器安装通常在露天，一旦避雷器更换与维护不及时，在外部污秽的双重影响下，避雷器的工频值会直接降低，最后造成污闪事故。在铁路线路中，为了可以屏蔽接触网和正馈线，在铁路线路上增设了一根铝包芯铝绞线架空地线。为了雷电流可以有稳定的泄流通道，使用70型铜芯电缆增设在路基区段的基础和支柱中预留出接地螺栓之间。对于加强线区域，当加强线从运行中退出后，会和接触网的支柱产生短接，使加强线变成柱顶的架空线。对于这种情况，当加强线从运行中退出时，要将接触悬挂和加强线之间的连接拆除。

4.2选用合适的绝缘子

如果遭受雷击，绝缘子就会损坏，绝缘子损坏后绝缘性难以恢复，就会导致供电系统的故障。在污秽的环境之下，绝缘子耐雷击的能力就会下降，所以如果是污染严重，封杀比较大的地域，就应该有选择性的选择大爬距、抗污性能良好的复合绝缘子使用。如果遇到雷雨天，雨水可能会造成绝缘闪络，所以在雷雨频发的地段应该选择伞裙结构以及大爬距的绝缘子比较好。

4.3架设避雷线

避雷线防雷是在雷电先导阶段，其顶部聚积电荷后于发展先导和避雷线顶端之间的通道中建立强电场，避雷线迎面先导的产生和发展进一步加强了该通道中的电场强度，最后引导雷电选定并击中避雷线，使被保护物遭受直击雷的概率大幅降低。当接触网附近地面遭受雷击时，雷电流致使导线产生较强的感应过电压，而避雷线与接触网导线之间的耦合效应可降低绝缘子承受的感应电压。因此，避雷线不仅能有效降低接触网遭受直击雷的概率，而且还能降低因感应过电压而导致绝缘子击穿闪络的概率。

运用避雷线防雷，应首先确定避雷线的保护范围和角度，以确定避雷线安装高度。避雷线保护角选取随线路电压等级增加而减小，保护角越小，其防直击雷效果越好，选取角度通常不大于45°。保护范围计算一般通过折线法及滚球法2种算法。1）折线法。采用单根避雷线时，高度为hx水平面上避雷线两侧保护范围宽度的计算式为（1）式中，rx为避雷线保护半径，m、h为避雷线高度，m、P为高度影响系数，当避雷线高度不大于30m时，P=1。采用双根等高避雷线时，维持保护角不变，双线外侧保护范围与单线外侧保护范围一致，线间保护范围由避雷线及保护范围上部边缘最低点的圆弧确定，最低点计算式为（2）式中，D为双根避雷线间距，m。2）滚球法。单根避雷线在被保护物高度h平面上的保护半径计算式为（3）式中，hr为滚球半径，取值45m。采用双根避雷线时，应充分考虑到接触网避雷线高度小于最小的一类防雷建筑滚球半径，且避雷线间距D的一半要小于单根避雷线在地面的保护半径，所以距两避雷线连线终点距离为x处的最大保护高度hx的计算式为（4）即距两避雷线连线终点距离为x，且高度为hx时的设备可得到保护。

结束语：随着我国电气化铁路运营里程的不断增加，高速客运专线的逐步投入运行，对牵引供电系统的可靠性、安全性提出了更高要求。由于雷电发生的机理十分复杂，我们还不能完全控制雷害的发生，但通过必要的防雷措施，可以减少雷害的发生，为确保牵引供电系统安全可靠运行，我们要不断地总结经验教训，加强运行、检修、维护各个环节的工作，重视防雷的措施和技术改进工作，采取有针对性的防范措施。

参考文献：

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[2]刘立方.电气化铁路接触网防雷措施的探讨[J].价值工程,2013,11:50-53.

[3]崔玉璟.电气化铁路接触网防雷探讨[J].科技展望，2016，26（09）：119.