重載鐵路工程中接觸網的雷電風險與防雷方法

崔金顯

摘要：重載鐵路以其速度快、效率高、價格低、牽引力大、無污染、能耗少等優點逐漸成為鐵路運輸的發展方向。接觸網作為重載鐵路工程中極其重要的組成部分，大多數暴露在外部環境下，往往會遭到雷電等自然環境的影響。文章對重載鐵路工程中接觸網的雷電風險和防雷方法結合實際進行了分析，提出了防雷的相關建議。

關鍵詞：重載鐵路工程；接觸網；雷電風險；防雷方法；鐵路運輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：U225 文章編號：1009-2374（2016）22-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.049

隨著經濟發展和鐵路建設的完善，重載鐵路接觸網在鐵路運輸中的作用越來越重要，鐵路接觸網的安全性能作為運輸系統中的重要問題也逐漸被有關部門重視起來。我國重載鐵路正線達到3.2萬公里，居世界第二位。根據相關規劃顯示，到2020年我國總運行鐵路將達到12萬公里以上，其中重載鐵路比重將占60%左右。那么確保重載鐵路的安全穩定，也保障了重載鐵路運輸的重要環節。

1 重載鐵路接觸網的雷電風險

重載鐵路工程的牽引供電系統中的供電設備就是接觸網。接觸網可以為移動中的動車提供電力。不同于一般輸送電線路系統，接觸網必須架設于鐵軌正上方。因此，動車組在行進路線上都要架設接觸網，這樣動車組才能通過頂部受電弓與接觸網接觸獲取電能。接觸網露天設置，又非常容易受到惡劣天氣的影響，動車組運行期間不斷改變工作狀態，因此對接觸網的要求非常高。

雷電是一種嚴重的自然災害，會引發許多嚴重的后果，我國每年高達10億元左右的經濟損失都是因為缺少防護雷電災害的措施。接觸網損失最大的因素之一就是雷電災害。根據數據顯示，在發達國家接觸網發生事故60%左右是由于雷電災害引起的。我國在1999～2000年間40%～70%的接觸網事故是由雷電引起的。產生雷擊時，接觸網上產生過大電壓，超過線路絕緣水平，使接觸網跳閘，嚴重時還會使接觸網斷線。接觸網遭到雷電襲擊的主要現象有：接觸網附近的地面遭到雷擊，使接觸網上產生感應過電壓；支柱遭到雷擊，使支柱產生沖擊電壓，從而引起接觸網產生感應過電壓；接觸網直接遭到雷擊，破壞接觸網。雷電對接觸網造成緣子閃絡，引起接觸網電壓過大跳閘，在隧道中會出現雷電擊穿水泥壁，使接觸網支柱受到損壞。

2 接觸網的防雷方法分析

我國目前電力網采用加強對雷電的監控來進行防雷害，對雷電發生情況進行實時監控，同時采取差異化的防雷手段，達到減少雷擊的目的。在架設接觸網時，綜合考慮重載鐵路工程的運行方式，線路電壓承受能力以及重載鐵路線路通過地區雷電活動的強弱，考察自然條件如地貌和地形特征、土壤電阻率等，自然條件結合經濟技術，找到合理的解決方法和保護措施。

目前，我國的接觸網防雷設備主要有接閃器、避雷器和接地裝置等。接觸網的防雷方法通常采用安裝避雷器，為了保護設備避免直接受到雷電襲擊，通常利用避雷線的屏蔽作用，安裝避雷線，同時用接地裝置將電流引入大地。達到對接觸網的保護作用，同時將引下線和避雷線及接地裝置連接，在避雷線上每隔一段距離就要安裝引下線，引下線的結構和制作要求一定要滿足雷電電流的強度，而且不能小于避雷線的銅當量載流截面。一定要安裝接地裝置，可以將接觸網上的電流通過接地裝置傳入大地，還可以降低反擊電壓，即使接觸網任何部分遭到雷電電擊，都不會使避雷器電壓升高，因接地電阻過大造成對接觸網和其他設備的反擊，損害其他設備。

2.1 加強構建重載鐵路的雷電監測網絡

由公司、分公司、供電工隊建成三級網絡，部門資料共享，實時掌握雷電情況，掌握雷電在區域內的變化規律，對重載鐵路工程經過的地區都要進行雷電活動監測和雷電預警，要確保鐵路雷電事故能進行實時查詢，迅速進行事故調查，為雷電數據統計提供技術平臺。

2.2 安裝避雷線裝置

為降低接觸網因雷電電擊而導致的跳閘和絕緣子損壞，最有效的措施之一就是架設避雷線，對于雷電高發區的重載鐵路線路，必須全面考慮鐵路的建設線路條件和雷電防護的具體要求，在以安裝避雷線為主的同時，按照折角法進行計算，將避雷線增高肩架高度設置在柱頂上部2.5米處，因為增高肩架的尺寸和重量都過大，同時安裝固定難度都較大，對支柱的穩定性都有非常大的影響。按照滾球法進行計算，避雷線的增高肩架設置在支柱頂部約1米處，不但對支柱穩定性的影響較小，還易于施工進行。在安置避雷線后就可將雷電通過接地裝置引入大地，從而保護接觸網等設施。

2.3 提高接觸網整體接地水平

接地系統建設的質量直接決定了接觸網防雷設施的效果，確保接地裝置的安全性也成為設計施工部門的重中之重，管理運行單位要經常對接地裝置進行檢測，定期進行維護檢修，發現問題及時處理，尤其是每年雨季前對接地裝置進行全面檢測，對已經不能繼續工作的設備要及時進行更換。對單獨的接地裝置進行整治處理，重新安裝建設確保接地良好。

2.4 加強線路絕緣

為增加線路的絕緣性，在增加接觸網設備中絕緣子應用的同時增加絕緣子串中的片數，為避免雷電電擊造成嚴重后果，要增加塔頭空氣間距，同時為避免由于絕緣子性能降低帶來的影響，要定時對絕緣裝置進行清掃，對易嚴重污染的絕緣子進行隨時清掃。

2.5 安裝避雷器

防雷的重要舉措在于安裝避雷針或避雷器，安裝避雷器可以大大提高線路耐雷水平。制定合適的接觸網防雷設施的前提是要確定避雷器的安裝密度、防護范圍、分流情況和失效條件。尤其是在雷雨季節來臨之前，對避雷器進行避雷防御性的試驗，對于達不到防御性要求的避雷裝置要進行及時更換，防止設備在雷擊狀態下

損壞。

2.6 迅速恢復供電

接觸網正饋線建設在接觸網的正上方更易遭到雷電襲擊。而在發生雷擊后需要排查故障的處理時間長，在牽引變電所內部的正饋線上安裝隔離開關可以有效地防止所內事故發生。當發生故障時，及時切斷隔離開關，使正饋線停止工作，能在最短的時間內減少故障延時并盡快恢復供電。

綜合來說，在一些雷電災害高發地區和平原地帶，接觸網必須根據不同的環境條件采取不同的防雷措施：一般采用避雷針，避雷線，做好接地，接觸網防雷采用架空避雷線、避雷針與建筑防雷方式綜合考慮；峽谷雷擊概率大的地區和土壤電阻率高而且降低難度大的地區在進行防雷方案設計時要進行特殊重視。接觸網防雷性能是否良好也是衡量鐵道能否安全運行的基本保障之一。接觸網遭到雷擊主要分為兩種：感應雷擊和直接雷擊。在重載鐵路系統工程建設過程中，根據鐵路經過地區的雷電活動的實際情況和施工經驗制定因地制宜的防護措施。避雷線對于防止雷電危害有十分重要的防護作用。避雷線通過減少桿塔接地電阻減少雷電電擊可能產生的反擊。避雷器則能夠使雷擊后的電壓的峰段降低，大大提高了接觸網的耐雷性，提升了接觸網的耐雷等級。現在我國雷電電擊危害頻繁的鐵路專線的接觸網設計已經大量建設避雷器和避雷線，以提高鐵路運輸的可靠性。即使安裝避雷器能對接觸網產生保護作用，但保護作用和保護距離都是有限的，因此安裝避雷器也只是對供電系統防雷防護措施的一種補充。我國的南北跨度大，氣象因素和地形地域條件差異也非常大，因此雷擊的強度、地點和時間都具有隨機性，這些因素都加大了重載鐵路的防雷難度。重載鐵路防雷設計需要綜合考慮，在設計過程中借鑒國內外的研究成果和研究經驗，最大程度上降低雷電災害對重載鐵路的損害。

3 結語

隨著重載鐵路工程建設的加快，接觸網的作用逐漸顯現。重載鐵路接觸網具有暴露、線路長、維修難、電壓高以及無備份等特點，在遭遇雷擊情況下會影響重載鐵路的正常運行。因此，保證接觸網安全和重載鐵路系統安全穩定運行的重要舉措之一就是加強接觸網的防雷設施和提升接觸網的抗雷擊強度。必須通過科技技術加強接觸網的防雷屬性，防止接觸網遭受雷擊，提前制定好應急措施，保證在不幸遭到雷擊后能快速恢復供電，不影響鐵路的正常運行。一般建議在易發生雷電災害的地區根據環境條件不同采取不同的防雷措施，例如架設壁壘線避雷針，做好接地設施，保證避雷設施正常

工作。

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（責任編輯：王 波）