電氣化鐵路防雷技術淺談

池大維+趙錫瑞

摘 要：牽引供電設備作為電氣化鐵路的重要組成部分，是鐵路維護中的重中之重。但是牽引供電設備以戶外裝設為主，受天氣影響較大，且無后備設備替換。如果防雷措施不完備，電氣化設備受到雷擊，將直接影響電氣化鐵路運營。同時雷擊產生的高電壓、高電流通過接觸網傳入牽引變電所，可能引起所內電氣設備的嚴重損壞，造成更大的損失。因此，做好電氣化鐵路的防雷工作，不斷運用新的防雷技術及設備，減少接觸網雷擊故障，對提高電氣化鐵路運輸安全性和效率具有十分重要的意義。

關鍵詞：電氣化鐵路；牽引供電設備；接觸網；避雷器

中圖分類號：U225 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.039

1 國內電氣化鐵路受雷電情況

我國電氣化鐵路干線主要集中于中東部沿海及南方，而我國多數中東部沿海及南方地區屬于多雷區及以上，每年雷暴日均超過20 d以上，2個范圍有高度的重合。由此可以得出，我國京滬、京廣、京九等幾條繁忙大干線每年都會有很長一段時間受到雷雨天氣的嚴重影響，從而給安全運輸帶來隱患。因此，防雷工作在我國電氣化鐵路工作中是很重要的一大部分。

2 我國電氣化鐵路受雷擊影響情況

接觸網在無特殊有效的防雷措施的情況下，遭雷擊閃絡的主要是直擊雷。根據接觸網高度的不同及雷暴的差異，直擊雷造成的跳閘占總雷擊跳閘的比例為95%～98%，而感應雷造成的跳閘占總跳閘的比例為2%～5%.據相關部門統計，京津城際鐵路從2008-08-01開通運行以來，因雷雨天氣導致牽引變電所跳閘事件每年均在20件以上。同時根據各鐵路局2011-12提供的統計資料，京滬高鐵自聯調聯試以來，接觸網因雷雨天氣造成變電所跳閘事件204件。其中，北京局管內64件，濟南局管內18件，上海局管內122件，因雷擊造成了部分絕緣子損壞，給鐵路運輸帶來一定的安全隱患，同時也加大了運營維護的工作量。以下是2個典型雷擊案例：①2011-06-07T18：34，武清變電所211#、212#斷路器跳閘，重合成功。經現場人員檢查發現，永樂—武清區間846#支柱負饋線絕緣子因雷擊閃絡。②2012-06-09T20：46，清池變電所211#、212#斷路器跳閘，重合閘成功。當時是雷雨大風天氣，通過巡視發現，滄州站K210+035處37#W01F隔離開關絕緣子有雷擊閃絡痕跡。

3 國內電氣化鐵路現有防雷主要措施

國內現有一般電氣化鐵路供電系統防雷措施有以下幾種。

3.1 沿線架設避雷線、避雷器和避雷針

沿線架設避雷線、避雷器和避雷針，以防雷直擊設備。避雷線的使用比較廣泛，且可以利用原有的保護線或架空地線提高防雷效果。因為當雷擊中金屬物體時，會使金屬導體的溫度急劇上升，甚至熔斷。根據導體的材料及其允許的溫度，即可求出在所需通過的雷電流下導體應具有的最小截面為：

（1）

式（1）中：q為導體的截面，mm；I為雷電流的值，kA；t為雷電流的持續時間，μs；k可根據所選材料及其所允許的工作狀態求得。

經試驗和計算表明，金屬熔化的面積與電流成正比，而熔化的深度與電流的持續時間成正比，由于雷電流作用的時間很短，一般不會使直徑大于16 mm的鋼筋熔斷。同時，現有線路普遍使用的保護線及架空地線均為70 mm2的鋼芯鋁絞線，鋼芯截面積均大于16 mm2，完全可以做避雷線使用，且節省了成本。

3.2 降低桿塔的接地電阻

部分桿塔安裝線路避雷器，以提高線路耐雷水平，減少雷擊桿塔或避雷線后引起的絕緣閃絡。

3.3 采取自動重合閘措施

采取自動重合閘措施，可以保證雷擊閃絡后通過自動重合閘裝置自動合閘，恢復供電。

3.4 在接觸網上安裝避雷器

在接觸網上安裝避雷器，當出現雷電過電壓時，避雷器動作，雷電流通過避雷器后沿支柱、支柱接地體泄入大地，從而避免了支柱上其他絕緣部件沿著表面閃絡。

4 國外電氣化鐵路現有防雷主要措施

4.1 德國鐵路防雷現狀

經實際測量德國鐵路表明，歐洲中部地區每100 km接觸網在1年的時間內可能遭受1次雷電沖擊。雷電對接觸網的直接沖擊會導致雷電沖擊過電壓。設計者在設計中考慮采用過電壓保護裝置限制雷電過電壓，一般應用避雷器。同時，他們認為避雷器只能對過電壓進行有限的保護，一般只用于有頻繁雷電存在的地段，而在其他區段，無論是從經濟方面考慮，還是從防護效益方面考慮，一般不設置避雷裝置。

4.2 日本鐵路防雷現狀

日本由于其特殊的地理條件和氣象條件，在電氣化鐵道接觸網設計中，根據雷擊頻度及線路重要程度，將國土的防雷等級劃分為A，B，C區域并規定了相應的防雷措施：A級區的雷害嚴重且線路重要，需要在進行全面防雷保護全線接觸網架設架空避雷線的同時，在牽引變電所出口、接觸網隔離開關位置、電纜接頭或連接處、架空點終端設置避雷器；B級區雷害比較嚴重且線路重要，對部分特別重要的場所沿接觸網架設架空避雷線，同時在牽引變電所出口、接觸網隔離開關位置、電纜接頭或連接處、架空地線終端設置避雷器；對于C級區，一般在牽引變電所出口、接觸網隔離開關位置、電纜接頭或連接處設置避雷器。

5 結論

我國現行電氣化鐵道接觸網防雷設計主要依據《鐵路電力牽引供電設計規范》（TB 10009—2005）和《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規定》的相關規定，只是簡單地根據雷電日數將線路分為4個等級，即少雷區、多雷區、高雷區、強雷區。但鑒于以上分析及近年來厄爾尼諾現象嚴重，極端天氣多發，而且新建鐵路所處位置地形復雜，僅靠4個等級的劃分已難以滿足日益提高的鐵路運行要求。現在還要對半山坡、高路基、空曠地域、大橋路段等地域進行認真的統計，對于包含這些地段的區域，建議專門沿線路架設避雷線，并在特殊設備位置安裝避雷器。對于既有線路，鑒于成本的考慮，可以將保護線改架到支柱頂部兼做避雷線使用。隨著鐵路運行要求的日新月異，防雷工作日益得到重視，其發展提高是必然趨勢，希望電氣化鐵路防雷工作能夠得到更多的支持。

參考文獻

[1]中國建筑學會建筑電氣分會.電磁兼容與防雷接地[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]中鐵電氣化局.TB 10009—2005 鐵路電力牽引供電設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

〔編輯：劉曉芳〕