地鐵直流牽引供電系統的防雷保護

摘 要：地鐵作為客運專線對直流牽引供電的可靠性要求很高，但因雷擊造成部分絕緣子損壞，而導致供電系統故障，給鐵路運輸帶來相當的安全隱患。文章通過對地鐵直流牽引供電系統的防雷保護的統籌分析，尤其是對接觸網防雷系統深入研究，對提高牽引網供電的可靠性，降低牽引變電所雷擊跳閘率，確保正常的運輸秩序，將起到積極作用。

關鍵詞：地鐵直流牽引；供電系統；防雷保護；接觸網

引言

文章著重分析地鐵直流牽引供電系統的防雷保護，根據統計我國鐵路系統每年因雷擊跳閘的次數在總跳閘數中占有很高的比例，說明系統在防雷方面確實還有很多需要改進的地方，因此從分析當前地鐵直流牽引供電系統防雷現狀入手，分析其防護手段，結合當前存在的其它幾種防雷手段，最后提出在接觸網防雷技術上的應用，將會對目前階段供電系統防雷起到很大的借鑒作用。

1 地鐵直流牽引供電系統防雷保護現狀

目前階段地鐵直流牽引供電系統防雷的主要有兩個方面問題：雷擊造成防雷設備損壞以及絕緣子抗雷電過電壓能力不足；防雷設備損壞導致防雷失敗或者造成短路跳閘，絕緣子抗壓不足會導致閃絡事故，甚至引發接觸網斷電、塌網的重大安全隱患。以下是深圳地鐵近年發生的具體事故案例：

2012年5月發生在深圳地鐵車輛段試車線的雷擊跳閘事故，經檢查接觸網設備，發現是試車線某避雷器破裂，且避雷器固定角鋼有放電痕跡，后分析事故原因是雷擊接觸網造成避雷器炸裂，接地側引線脫落后與避雷器固定角鋼短接，形成短路跳閘。通過更換避雷器解決了問題；但考慮發展，又增設了兩項長期防雷舉措：一是在每年雷雨季前，對所有接觸網避雷器進行預防性試驗，保證避雷器狀態良好，同時，按照檢修計劃完成接地極檢修及接地電阻測試工作；二是加強巡視，雷雨季節需每月對管內避雷器、避雷器脫扣裝置及計數器等進行巡視檢查。

2011年9月在深圳地鐵環中線塘朗站--長嶺陂站下行線高架段發生接觸網遭雷擊跳閘事故，原因是接觸網平腕臂絕緣子閃絡。此外，環中線自開通以來高架段接觸網已連續發生兩起因雷擊導致絕緣子燒傷、接觸網短路跳閘的事故。經分析，確認系絕緣子抗雷電過電壓能力不足造成，解決辦法是將250mm爬距的絕緣子更換為400mm爬距的絕緣子，如深圳地鐵高架段共計更換了1810個絕緣子。更換后明顯降低了雷擊造成的閃絡事故概率，提高了接觸網系統穩定性。

直流保護系統還應考慮諸如接觸網與架空接地線的短路，接觸網與電纜支架與屏蔽門短路等故障的保護。直流牽引供電系統依靠直流斷路器進行保護，而變壓器也應采取必要的防雷保護措施，在防止自身受到雷電過電壓的損壞的同時，也防止雷電過電壓波通過變壓器傳播到其它電源系統，提高供電的可靠性。總之，為維護鐵路運輸正常秩序，提高直流牽引供電系統的可靠性，就必須大大降低雷擊跳閘率，而加強接觸網的防雷水平更是迫在眉睫。

2 現行防雷保護措施概述

目前直流牽引供電系統線路主要防雷措施有以下三種：

（1）部署避雷線：避雷線因其簡單有效的特點，是防雷應用中最普遍的措施，主要運用其屏蔽作用，減少雷電與電流之間的感應，降低雷電擊中線路的概率。（2）采取保護間隙：采取保護間隙主要是疏導絕緣子閃絡后的續流電弧，避免絕緣子炸裂和破損，減少非自動恢復性故障，促進重合閘成功，從而保證連續性供電。這種方式成本比較低，但是卻使線路跳閘次數增加。（3）增設避雷器：避雷器主要是控制絕緣子兩端的電壓，減少絕緣子閃絡，作用明顯，但成本較高，此外設置避雷器具有很大局限性，一是避雷器的保護范圍有限，二是常用的氧化鋅避雷器采用串聯間隙結構增加污閃事故率；三是大面積安裝避雷器的預防試驗和維修工作量大，費用高；因此鑒于避雷器的保護范圍和作用有限，只能作為牽引供電系統防雷技術措施的一種補充。

3 接觸網的防雷保護分析及展望

一是如果區段無加強線可以增設架空地線，在某些情況下接觸網支柱的高度比較低，可以在支柱頂部設置地線肩架，增加一條架空地線，增強對正饋線和接觸網的屏蔽作用，此外為使雷電流泄流，應在基礎和支柱內預留的接地螺栓間增設電氣連接線，如此將大大降低直擊雷閃絡。

二是加強線可以臨時扮演架空地線角色，加強線位于接觸網的最高處，相比接觸懸掛與正饋線，加強線的受雷概率更大，短接每個加強線固定點處的支柱絕緣子，如此加強線便會產生屏蔽作用，與正饋線成角四十五度起保護作用，與接觸網的角度則為七十度，同樣可以降低50%的雷擊跳閘率。

三是在線路出口合架區增設具有間隙功能的避雷器，由于合架區接觸網支柱較高，且其頂部雙肩懸掛合成絕緣子，致使隔離開關與避雷器在此密集分布，增設架空地線難以實施，在接觸網絕緣子上安裝金屬氧化物避雷器可降低絕緣子遭雷擊損壞概率，但此方案風險比較大，可靠性有待確定。

4 結束語

在電氣化鐵道供電系統中，牽引變電系統和接觸網被形象的比作是“心臟”和“血管”，其重要性可見一斑，而雷擊跳閘卻可能嚴重影響這兩大系統的正常運行，進而影響運輸的可靠與安全。因此，防雷保護必須可靠而慎重，從上文中我們可以了解到一些常用的防雷手段，同時提到的一些新方法或許也可在防雷運用中讓人喜出望外，希望這些分析可以在實際應用中給大家帶來幫助。

參考文獻

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