高速铁路防雷接地技术的研究 接触网的防雷.pdf
张延昭
[摘 要]我国高速铁路普遍情况为地理跨度较大，当遭受雷击后，由于没有设置备用系统，很容易造成难以恢复的故障，严重的话会引起供电区段发生停运。为保证高速铁路的运行安全，应当加强对接触网防雷技术的研究。本文根据多年工作经验，以及现有研究成果，对高速铁路接触网的防雷设施设计进行分析，并在这基础上就提高接触网防雷性能的措施进行探究。
[关键词]高速铁路；接触网；防雷；措施；建议
中图分类号：G427 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0083-01
引言
接触网是电气化铁路中主要供电装置之一，是沿铁路线上空架设，其功用是通过它与电力机车受电弓直接接触将电能传送给电力机车的一种特殊形式的输电线路，是一种无备用的户外供电装置，经常受冰、雨、雪、风等恶劣气候条件的影响，一旦损坏将中断行车，给铁路运输生产带来损失。此外因雷击而产生的侵入波有可能会传入到变电所中破坏电气设备。因此，做好高速铁路接触网防雷措施具有重要意义。
1 接触网系统的雷害类型
接触网系统常见的雷害类型主要有直击雷过电压和感应雷过电压两种。其中直击雷过电压主要是雷电击中导线和支柱产生的过电压。而感应雷过电压指的是雷击接触网地面后产生的过电压。当雷电击中附加导线和接触网支柱时，会导致雷击点阻抗的电位提升。当导线和雷击点之间的电位差超出绝缘子冲击放电电压时，导线会产生闪络与电压。由于附加导线和支柱的电位会大于导线电位。当雷电击中接触线会导致电压过大，这两种情况分别称为雷电绕击和雷电直击。
2 高速铁路接触网防雷设计
电气化铁路接触网的设计，是根据雷击频度和线路重要程度的等级划分进行的，其他区段无论是经济方面还是防护效益方面，按照规定，采用避雷器进行有线的保护，将防雷措施进行加以设定。需要进行全面防雷的保护，同时建立全线接触网的架空避雷线，A级区的雷害严重且线路重要，连接起接触网的隔离开关以及电缆接头，B级区的雷害较为严重，雷电对接触网部分场所沿着接触网架设了架空避雷线，都不会考虑设置在牵引变电所出口以及接触网隔离开关。例如德国铁路经过测量后，直接冲击通过电压的保护装置，限制雷电过电压只用于有频繁雷电存在的地段，设置了架空地线终端。架空地线终端设置了避雷线设立了牵引变电所出口。
3 高速铁路接触网防雷措施
3.1 接地防雷措施
接地防雷措施主要分为安全接地措施和工作接地措施两种：第一，安全接地。对于距离接触网带电体五米以内的金属结构物都需要进行安全接地处理；对于避雷器等设备双接地的情况，一端要接入回流线或保护线，另一端要接入综合地下；当独立供电线支柱成排出现时，一些支柱的要设置专门的接地。第二，工作接地。信号完全横向和吸上线每间隔1500m进行一次连接；在高速铁路可以设置全线贯通的综合接地系统，在综合接地系统中纳入接触网，对支柱和回流线进行不绝缘悬挂，保证工作接地可以安全接地。
3.2 架设避雷线
避雷线防雷是在雷电先导阶段，避雷线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，最后引導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很强的感应过电压，而避雷线与接触网导线之间的耦合作用可减小绝缘子承受的感应电压。因此，避雷线不仅可以有效降低接触网遭受直击雷的概率，还可以降低因感应过电压而导致绝缘子击穿闪络的概率。
3.3 注重系统中的绝缘子的选择
当高速铁路的接触网受到雷电的袭击时，会直接导致该系统的重合闸运用失效，导致该区域的供电停止。而造成该现象的主要原因是由于在雷击现象发生之后，系统中的绝缘子会出现工频续流的状态并最终出现炸裂破损的情况。高速铁路接触网大多架设在高架桥上，处于空旷区且距离地面较远，加大了接触网支柱落雷的机会。当雷击接触网支柱时，将在支柱上产生冲击电压。分析表明，70%直击雷将导致绝缘子冲击闪络，需采用增加绝缘子串片数、使用大爬距绝缘子、加大空气间隙等方法加强接触网绝缘。不同绝缘子对接触网耐雷水平影响曲线如下图1所示。
3.4 避雷器的防雷措施
雷电击中接触网时，如果产生的电压大于避雷器的放电电压，避雷器会立即将雷电流释放出来，并在工频电压下表现出高电阻，截断工频续流，避免绝缘子出现闪络的情况，使接触网持续稳定的工作下去。通过将线路避雷器安装在支柱上，可以有效降低雷击跳闸的概率。为了保证防雷效果，要尽量密集的安装避雷器。按照一个锚段设置一个避雷器的标准进行设置，可以将雷击跳闸率控制在0.452左右。按照接触网跳闸率的相关规定要求，雷击跳闸率的控制标准为0.83，因此，将跳闸率控制在0.452是符合规定要求的。但是由于避雷器经过长期使用会出现老化，安装过于密集并不科学。为了保证避雷效果，只需要将线路避雷器安装在雷击相对集中的地方。
4 高速铁路接触网防雷建议
4.1 建立完善的接地系统
为了充分发挥出防雷措施的作用，要在关键的位置和区段保证接地电阻值，并定期检测电阻值。在综合接地系统中接入防雷设施时，要和其他接入设备贯通点之间的距离保持在15m以上。安装避雷器时，要安装绝缘底座，安全接地和工作接地不可以使用通一个电流通道。
4.2 合理假设避雷线
为了避免直接雷害，建议处于平均雷电日在40天以上的高速铁路，整条线路都要架设避雷线。对于少雷区域的高速铁路，要分析和统计沿线雷害情况，对雷害多发区和重要设备位置可以架设独立的避雷线。尽可能将避雷线安装在承力索的上部。
4.4 使用铝包芯铝绞线架空地线
在铁路线路中，为了可以屏蔽接触网和正馈线，在高速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。
结束语
总而言之，对于雷电保护的问题，应采用多种措施，减少雷电引起的故障概率，接触网的防雷措施应根据防护的效果，采取相应的措施进行实施，我们可以根据实际情况建立完善的接地系统，合理假设避雷线，使用铝包芯铝绞线架空地线。通过不断完善接触网的系统耐雷水平，将铁路的综合接地系统加以充分利用。
参考文献
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[2] 冯新伟，酒国起.电气化铁路防雷方案探讨[J].科技经济导刊，2017，（04）：68-69.endprint
