膠濟線接觸網的雷擊分析及保護措施

陳勇　喬壘　葛華偉

【摘 要】雷擊會造成接觸網停電，從而影響電氣化鐵路的運行。本文對接觸網遭雷擊的主要形式進行了分析，并結合膠濟線接觸網線路防雷情況提出相應的保護措施。

【關鍵詞】接觸網；雷擊；保護措施

接觸網是牽引供電系統的重要組成部分，沒有后備能力，如果防雷措施采用不當，可能引起絕緣子損壞，造成線路跳閘，將直接影響電氣化鐵道運營。同時，雷擊產生的侵入波過電壓通過接觸網傳入牽引變電所，可能引起站內電氣設備損壞，造成更大的事故。因此，做好接觸網的防雷工作，不僅可以提高接觸網本身的供電可靠性，而且可以使牽引變電所安全運行得到保障。接觸網的防雷是影響電氣化鐵道供電安全可靠運行的一個重要環節，因此加強接觸網的防雷措施、提高接觸網的耐雷水平是必須解決的重要課題。

1 接觸網遭受雷擊的主要形式

雷擊是自然界中一種強烈的放電現象，會造成牽引供電設備損壞。對于雷擊接觸網線路，概括起來可以劃分為三種主要形式[1]：

1）雷擊接觸網附近的地面，在接觸網上引起感應過電壓；

2）雷擊支柱，在支柱上產生沖擊電壓，同時在接觸網上引起感應過電壓；

3）雷直擊于接觸網，在接觸網上產生行波過電壓。

2 膠濟線接觸網防雷措施的特點

接觸網是一種特殊形式的輸電線路，其防雷有它的特殊性。膠濟線電氣化鐵道接觸網的防雷保護具有以下幾個特點：

1）接觸網無避雷線，不能有效防止直擊雷。

膠濟線牽引供電系統中接觸網均未設置避雷線，僅架設了架空地線和架空回流線，僅能起到輸電線路耦合地線的部分防雷作用。

2）高壓電力輸電線路和牽引供電系統中的起始端和末端變電站處都加裝避雷器以防止過電壓。

3）膠濟線成排的接觸網支柱的接地是利用回流線作閃絡保護地線的集中接地，支柱基礎上的螺栓可起到一定的接地作用，但普遍接地電阻較大。

4）膠濟線電氣化鐵路是貨線線路，鐵路線上各類型機車混合牽引，機車內部排出的廢氣，列車運行時形成的氣流將散裝貨物（如煤）和各種飄落在道床上的塵埃揚起，使接觸網絕緣子大量被污染。

3 常用防雷措施在膠濟線接觸網中的應用

將輸電線路中常用的防雷措施，應用到接觸網中，能夠提高接觸網的防雷能力，增強接觸網供電的安全可靠性，保證鐵路運輸的安全暢通。

3.1 架設避雷線

架設避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施[2]。避雷線的主要作用是防止雷直擊導線，同時還具有以下作用：

1）分流作用，減小流經桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；

2）通過對導線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；

3）對導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓。

膠濟線接觸網未專門架設避雷線，不能有效防止直擊雷。但膠濟線全線兩側架設回流線，部分區段還架設了架空地線，回流線及架空地線在一定程度上起到了避雷線作用。

3.2 降低接地電阻

膠濟線接觸網針對降低接地電阻的問題，采用的的方法有：增大地網面積、敷設外引接地網、增設垂直接地體、深埋接地網、使用降阻劑等。另外，膠濟全線兩側回流線貫通，區間和車站支柱回流線側采用雙重絕緣，部分區段站臺上成排鋼柱及無回流線的成排支柱架設架空地線集中接地，零散支柱敷設單獨的接地極接地。

3.3 安裝線路避雷器

即使在全線架設避雷線，也不能完全排除在導線上出現過電壓的可能性，因此需要安裝線路避雷器。線路避雷器可以在雷擊所產生的過電壓超過一定的幅值時動作，給雷電流提供一個低阻抗的通路，使其泄放到大地，從而限制了電壓的升高，保障了線路、設備安全[3]。

由于線路避雷器的投資較大，因此線路避雷器一般安裝在線路的易擊段和易擊點等位置。膠濟線按中雷區設計，分相、絕緣錨段關節處和較長的供電線上網等處設置氧化鋅避雷器。

3.4 裝設自動重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復性能，大多數雷擊造成的閃絡事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果，是一種行之有效的線路防雷措施。在線路正常運行中和保證供電可靠性上都發揮了積極的作用，膠濟線采用每條供電臂線路均裝設自動重合閘裝置的方式，運行經驗證明：膠濟線接觸網線路遭受雷擊80%以上是瞬時性的故障，故障發生后由于重合閘裝置發揮作用，保證了系統供電的可靠性和不間斷性。但應對瞬時故障加強巡視、分析和判斷，并及時予以查清處理，防止給接觸網運行遺留安全隱患。

3.5 合理選擇輸電線路的絕緣配合

絕緣配合要綜合考慮電氣設備在電力系統中可能承受的各種電壓（工作電壓及過電壓）、保護裝置的特性和設備絕緣對各種作用電壓的耐受特性，合理地確定設備必要的絕緣水平，達到在經濟和安全運行上總體效益最高的要求，其最終目的就是確定電氣設備的絕緣水平。

3.6 膠濟線接觸網絕緣配合的選擇

我們從安全絕緣距離和絕緣子選擇兩大方面對膠濟線接觸網的絕緣配合進行了強有力的把關控制，對不符合規定之處采取相應對策進行了切實有效的整改，確保符合要求。

3.6.1 安全絕緣距離方面采取的措施

在跨線橋與承力索距離不符合規定除采取降低接觸網結構高度及在跨線橋橋底部安裝絕緣板或在跨線橋下的承力索加裝絕緣套管等措施；針對接觸懸掛對硬橫梁距離不足的情況采取降低接觸網結構高度的措施；若接觸懸掛帶電部分距離站臺風雨篷過近則采取增加絕緣子串來解決；當上、下行接觸網帶電體間距離不夠時可適當減少定位管外露長度或調整接觸網拉出值以增大上下行接觸網帶電體間距離。

3.6.2 絕緣子選擇方面

膠濟線接觸懸掛采用雙重絕緣方式，雙重絕緣的主要目的是為了可靠的閃絡短路保護，當雷擊使絕緣子絕緣性能破壞而導致接觸網帶電部分對支柱閃絡時，由于支柱有一定絕緣電阻和接地電阻，支柱與牽引回流網絡沒有通暢的回路，往往造成變電所饋線的保護不能立即隔離這種閃絡，從而可能導致事故的擴大，嚴重影響供電可靠性。雙重絕緣的棒式絕緣子分為主絕緣和輔助絕緣兩部分，其間用跳線與回流線連通，當主絕緣發生雷擊閃絡或擊穿時，短路電流可直接經回流線回到牽引變電所，使保護動作。

膠濟線現已將重污區的棒式絕緣子和跨線橋兩側及高路塹地段瓷絕緣子更換為合成絕緣子。合成絕緣子的優點是機械性能優越、抗污閃性能好、耐電蝕性優異、抗老化性能好及結構穩定性好。膠濟線接觸網將瓷絕緣子更換為合成絕緣子后既增強了絕緣子的防污性又防止了高路塹及跨線橋兩側瓷絕緣子被砸壞，還縮短了檢修、停電時間，提高了運輸效率。

4 結論

雷擊是影響電氣化鐵路運行的極端氣象災害事件，應加強對接觸網的雷擊災害的防范。只要重視接觸網的防雷，加大對接觸網線路防雷的投入，提高接觸網防雷的科技含量，加強對雷電的監測和預防，加強接觸網線路的運行維護工作，接觸網線路防雷就是“可控”的，降低其雷擊跳閘率是完全可行的，就能保證牽引供電系統的安全供電。

【參考文獻】

[1]劉明光.接觸網雷擊過電壓影響及其分析計算[J].鐵道學報，1997（3）：47-50.

[2]黃慶祥.中壓架空絕緣線路雷擊斷線淺析[J].農村電氣化，2000（2）：20.

[3]程學啟，楊春雷，咸日常，等.線路避雷器在輸電線路防雷中的應用[J].中國電力，1999（8）：15-18.

[4]劉有為，杜澎春，馬晉華，等.高壓交流線路用金屬氧化物避雷器[J].電力系統自動化時代，2000（8）：12-14.

[責任編輯：丁艷]