高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷研究

劉興科

摘 要：高速電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)作為給機(jī)車提供電能的主要設(shè)備但是由于其位于高速鐵路的頂端，容易受到雷擊。本文主要是對(duì)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷進(jìn)行闡述，并對(duì)接觸網(wǎng)防雷害和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行具體分析，并結(jié)合實(shí)例對(duì)接觸網(wǎng)防雷存在的缺點(diǎn)提供了可行性建議，希望本文的分析，可以給高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷研究提供參考，為今后高速電氣化鐵路發(fā)展提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)系統(tǒng)；電氣化鐵路；防雷

我國(guó)電氣化鐵路呈東西縱貫?zāi)媳毙问剑鱾€(gè)地方的差異顯著，所以高速鐵路經(jīng)常使用高架橋形式。由于接觸網(wǎng)位于電氣化鐵路的最高端，所以受到雷擊的可能性比較大，一旦遭受雷擊，將發(fā)生線路跳閘等問題，嚴(yán)重時(shí)還有可能給列車運(yùn)行造成影響，所以對(duì)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷進(jìn)行研究是很有必要的。

1 防雷設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

經(jīng)過對(duì)鐵道電氣化設(shè)計(jì)規(guī)范的研究發(fā)現(xiàn)，多發(fā)雷區(qū)應(yīng)該安裝一些的避雷設(shè)置，如對(duì)分相、站場(chǎng)絕緣關(guān)節(jié)、供電線、長(zhǎng)度在2000米的隧道兩端和接觸網(wǎng)的位置安裝，減少雷電造成的損失。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)高速電氣鐵路防雷措施依然存在很多不足之處，容易引發(fā)一些雷擊損害事件。如京滬高鐵在雷擊的情況下，發(fā)生多次跳閘，導(dǎo)致列車晚點(diǎn)，給鐵路運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響。

1.2 國(guó)內(nèi)外防雷措施

德國(guó)防雷時(shí)，主要從接觸網(wǎng)在一年可能受到的雷擊次數(shù)出發(fā)，不考慮直擊雷防護(hù)。防雷的時(shí)候，主要利用避雷器控制電壓形式避雷，對(duì)雷電頻發(fā)區(qū)域進(jìn)行控制，其他區(qū)域不進(jìn)行防雷設(shè)置。

日本屬于海洋國(guó)家，雷電發(fā)生較多。按照雷電級(jí)別，可以將國(guó)土地區(qū)劃分為ABC三個(gè)級(jí)別，同時(shí)還要根據(jù)地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行防雷處理。A區(qū)防雷的時(shí)候，主要利用全面防雷措施進(jìn)行防護(hù)，架空避雷線為全線，避雷設(shè)置經(jīng)常設(shè)置在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)、架空線終端及架空線和電纜的連接位置。B區(qū)域防雷采用重點(diǎn)線路、重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，需要場(chǎng)所沿接觸網(wǎng)假設(shè)避雷線，將避雷器位置經(jīng)常設(shè)置在接觸網(wǎng)隔離開關(guān)的兩側(cè)、架空線終端以及架空線和電纜連接處。C區(qū)域防雷設(shè)置在AB區(qū)域之外，避雷器位置設(shè)置在牽引變電所出口位置、接觸網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)以及接觸網(wǎng)和架空線纜的連接處。

2 接觸網(wǎng)危害分類

2.1 雷擊接觸網(wǎng)近地面

當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)距離在65米以內(nèi)，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓可以使用U=25×■（kV）計(jì)算；使用50%閃絡(luò)電壓可以衡量絕緣耐雷水平的參數(shù)。當(dāng)盤式絕緣子和棒式絕緣子50%閃絡(luò)電壓為臨界數(shù)值時(shí)，可以將接觸網(wǎng)耐雷水平表示為Ign=■。

2.2 雷擊接觸網(wǎng)支柱

絕緣子閃絡(luò)是雷擊接觸網(wǎng)引起的一種狀況。當(dāng)雷電加載到支柱上的時(shí)候，就會(huì)在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上產(chǎn)生很大的電壓，雷擊支柱的時(shí)候，產(chǎn)生的電壓可以表示為U1=R×I+L■，其中L表示等值電感；R表示支柱產(chǎn)生的沖擊電阻，泊頭陡度可以表示為？琢=■=■。雷擊支柱的時(shí)候，會(huì)讓雷擊部位的電磁場(chǎng)迅速發(fā)生變化，導(dǎo)致電磁感應(yīng)線路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通常電壓極性和雷電流方向相反。按照慣例，進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)的時(shí)候，雷電變形為斜角平頂波，如果波頭長(zhǎng)度為2.6？滋s，按照上述計(jì)算，可以計(jì)算U2=■h。其中U2表示感應(yīng)電壓；h表示導(dǎo)線距離地面的高度，（m）。接觸網(wǎng)棒式絕緣產(chǎn)生的電壓就為反擊過電壓和接觸網(wǎng)感應(yīng)電壓之和，即U=U1+U2=R×I+L■+■h。

從上述分析可以發(fā)現(xiàn)，線路絕緣子串上產(chǎn)生的雷電與電壓和電流、導(dǎo)線長(zhǎng)度、導(dǎo)線高度、陡度、支柱接地電阻具有很大關(guān)系，如果U和接觸網(wǎng)棒式絕緣子串U50%雷電沖擊放電電壓大或者相等的時(shí)候，支柱會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生反射，則線路耐雷水平可以表示為Izm=■。

3 接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷

3.1 接觸網(wǎng)防雷基本原則

經(jīng)過對(duì)相關(guān)資料的分析發(fā)現(xiàn)，接觸網(wǎng)防雷時(shí)，必須遵循相應(yīng)的防雷原則，然后劃分雷擊等級(jí)和雷擊發(fā)生的跳閘率，結(jié)合分析并制定相應(yīng)的防雷措施；接地系統(tǒng)和接觸網(wǎng)防雷改造結(jié)合；各種避雷措施結(jié)合防雷；避雷器和接閃器結(jié)合防雷等原則是接觸網(wǎng)防雷的基本原則。

3.2 防雷技術(shù)

經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)網(wǎng)防雷措施的分析和了解可知，現(xiàn)階段進(jìn)行防雷的技術(shù)主要有以下集中類型：第一，安裝避雷線防雷。避雷線的安裝對(duì)避雷防護(hù)具有很大作用。避雷線的設(shè)置對(duì)直接雷具有很大作用，特別是接觸網(wǎng)系統(tǒng)絕緣等級(jí)非常低下的時(shí)候，使用避雷線可以將電壓引到絕緣子閃絡(luò)中，減少了雷電直接產(chǎn)生的雷擊。通常將避雷線安置在承力索上方或者支柱上方。第二，安裝避雷器防雷。避雷器的安裝通常適合雷電多的區(qū)域，雷電器安裝的數(shù)量越多，避雷效果就越明顯。第三，選擇恰當(dāng)?shù)慕^緣子。雷電系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因就是絕緣子不能正常恢復(fù)，特別在一些污染比較嚴(yán)重的地區(qū)。所以，必須在污染嚴(yán)重的地區(qū)安裝性能較好的絕緣子，可以使用傘裙結(jié)構(gòu)和大爬距類型的絕緣子。

4 現(xiàn)階段防雷體系存在的問題和改進(jìn)方法

經(jīng)過對(duì)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》的查閱并結(jié)合實(shí)際工作，提出了以下幾種改進(jìn)措施。第一，加強(qiáng)直擊雷防護(hù)。京滬高鐵接觸網(wǎng)很多位置都沒有設(shè)置避雷線。由于接觸網(wǎng)關(guān)鍵部位一直增加架設(shè)高度，導(dǎo)致防雷效果不斷減弱，特別是防護(hù)直擊雷。所以可以使用增加避雷線的方式進(jìn)行防護(hù)。第二，使用避雷器在線檢測(cè)。由于很多高速電氣化鐵路都使用氧化鋅作為主要避雷器，但是此種材料的主要缺陷是會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，發(fā)生失效。使用避雷器在線檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)漏電流的大小和計(jì)數(shù)器動(dòng)作進(jìn)行控制，增加了避雷效果。

結(jié)束語

本文主要對(duì)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了接觸網(wǎng)的危害部位、重點(diǎn)防雷部位和一些簡(jiǎn)單的防雷措施等，希望這些措施可以對(duì)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷提供參考，增加防雷性能，為今后高速電氣化鐵路發(fā)展提供一些借鑒。■

參考文獻(xiàn)

[1]王明邦，王常余，王哲斐.電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷[J].代建筑電氣，2014，（2）.

[2]陳紀(jì)綱.帶回流線的直線供電方式接觸網(wǎng)防雷技術(shù)的研究[J].西南交通大學(xué)，2012，（3）.

[3]李康，劉家軍，卓元志.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，（7）.

[4]吳廣寧.電氣化鐵道高電壓工程[J].中國(guó)鐵道出版社，2015，（3）.