接觸網避雷線運行中存在的問題分析及對策

陸加華 中國鐵路上海局集團有限公司九景衢鐵路浙江有限公司

上海鐵路局范圍內鐵路工程實施避雷線主要在2013年，在上海局供電處的組織下，根據《關于印發高速鐵路接觸網指導意見（暫行）的通知》（運供供電函【2013】325號）要求，對管內已開通的京滬、滬杭、滬寧等高鐵的避雷線實施方案進行了研究，結合設備管理單位統計的接觸網雷害情況，制定了防雷整治試點方案并予以實施，是最早的一批避雷線工程，運行至今將近5年。采取避雷線后取得了明顯的效果，因此對上海局范圍內新建鐵路工程在符合雷區要求下均設計了避雷線，例如九景衢、衢寧鐵路浙江段均通過變更增加了避雷線。目前上海局杭州供電段累計運行的避雷線已達到了367條公里。總體來說，避雷線是一種設計施工簡單，效果明顯的雷電防護措施，接觸網設置避雷線可將雷擊調整率大幅降低。

雖然接觸網避雷線結構相對比較簡單，但避雷線所接觸到氣候條件越來越復雜，特別是雷電天氣下直接起引雷作用，導致運行中的避雷線受損，若是在材料、生產、施工等環節上不注意，常年運行易發生故障。

1 避雷線運行出現斷股短線的可能原因

1.1 材料缺陷

以九景衢鐵路、衢寧鐵路設置的避雷線為例，其類型為鍍鋅鋼絞線-50（YB/T5004-2012），避雷線最大張力采用5 kN。在《鐵路電力牽引供電過程施工質量驗收標準》（TB10421-2003）未單獨提及避雷線或架空地線的驗收，針對鍍鋅鋼絞線參考承力索或軟橫跨的主控項目“線材運達現場的質量，其質量應符合相關標準的規定。外觀質量且應符合下列規定：（1）鍍鋅鋼絞線、鍍鋁鋼絞線不得有斷股、交叉、折疊、硬彎、松散等缺陷；如有缺陷應按規定處理；（2）鍍鋅鋼絞線表明鍍鋅良好，不得銹蝕；（3）鍍鋁鋅鋼絞線鍍層良好”。由于避雷線生產制造技術含量不高，很易去制備，部分生產者，沒能注重該類線材質量，施工單位對材料進場后可能疏于監管檢驗，導致本身有缺陷的鍍鋅鋼絞線投入使用，在周邊環境的共同作用下，常年運行可能發生故障。

1.2 施工安裝缺陷

避雷線在人工放線過程中，由于與其他專業施工交叉，出現了對線材的損傷，施工引起的損傷主要還是硬彎和鍍鋅層的破壞，此外在電力系統內針對電網架空地線施工，強調了由于施工導致“金鉤”導致了鋼芯形成無法修復的永久變形，應該將該部分割除重接。也就是說由于在施工安裝過程中導致了架空避雷線形成了“金鉤”，而又沒有發現，導致其彎曲運行，長此以往也會發生斷裂。

1.3 腐蝕開裂

鍍鋅鋼絞線材質的地線長期暴露在大氣腐蝕環境中，同時處于較低的拉應力，可能導致應力腐蝕斷裂（材料在持久拉應力和腐蝕介質聯合作用下發生脆性開裂的現象，稱為應力腐蝕或應力腐蝕開裂）。特點是迅速發生，且出現腐蝕裂紋，甚至斷裂，因此危害極大，幾乎所有耐腐蝕金屬材料都可能發生應力腐蝕。據了解電網的架空地線因腐蝕開裂甚至斷裂還是時有發生，如2011年某220 kV架空地線斷裂，地線類型為50的鍍鋅鋼絞線，斷裂的地線外觀檢查發現地線外層12根鍍鋅鋼絲腐蝕最嚴重，表明完全被黃褐色鐵銹覆蓋，并有小蝕坑，中間層的6根鍍鋅鋼絲腐蝕也較嚴重，鋼絞線各銹蝕鋼絲之間夾塞有大量疏松的腐蝕產物。電網的架空地線運行時間較鐵路接觸網避雷線時間更加久，針對此類原因造成的隱患也是今后鐵路接觸網避雷線在長時間運行中需要關注的。

1.4 雷擊避雷線

避雷線架設在接觸網頂端其主要目的是引雷，保護接觸網，防止雷直接擊中接觸網。雖然雷擊中地線對地線影響不大，但被雷電擊中以后必定會降低避雷線的作用。在電力系統中雷直擊電力架空地線斷線的故障也有發生。雷擊避雷線時，雷擊點的電流密度最大，溫度最高，雷電弧的溫度可達數千K，雖然雷電流通過導體時其熱效應是不大的，但是當雷直擊避雷線，在直接與放電通道相接觸的地方可能受到高溫的作用，在強雷作用下使得金屬熔化可能達毫米級的深度。這個現象很可能是有些導線不正常斷股的原因。還有雷擊具有沖擊效應等的作用下可能導致架空地線的損傷。

2 接觸網避雷線施工及運行的有關建議

2.1 設計環節

避雷線一般采用鍍鋅鋼絞線架設，常用的截面是35、50、70平方的，接觸線的截面越大，使用的避雷線截面也越大。設計院一般按照地線和接觸線的配合進行地線設計，建議是否按照熱穩定等進一步校核。或選取的安全系數比接觸線等更大。在材料選用環節，地線的選取一些良導線架空地線，如電力部門目前常采用鉛包鋼線，具有強度較高、不生銹，又有適當導電率。

2.2 施工環節

加強入場把關和現場檢查檢測工作，避免不合格的產品進入；加強避雷線的施工管理和驗收把關，避免安裝缺陷。

2.3 運行環節

針對應力腐蝕、雷擊等因環境引起的，主要依靠巡視人員平時巡線是以人工觀測方式查看是否有明顯損傷，對運行時間長、存在明顯腐蝕現場的避雷線，定期進行腐蝕檢查和取樣性能試驗，不合格的因及時更換。但同時也注意到避雷線架設在接觸網線路的最頂端，通過人工觀測方式也是很難觀測到頂端微小的隱患。但是腐蝕一旦出現會是一個加速的工程，遭受雷擊后的位置也可能更容易被雷再次擊中。目前接觸網的保護系統采用先進的技術手段結合線路跳閘時間，保護測距系統距離等條件實現接觸網雷擊跳閘定位，但雷直接擊中避雷線就不能及時發現，線路又沒有跳閘的情況下，并不知道實際有多大比例的雷落到了避雷線上。個人覺得要是能夠知道一定時間內避雷線上的落雷密度，能捕捉到每次雷擊，及時安排人員處理，就不會造成更大的安全隱患。建議可以采用一種分布式的雷擊監測系統，可以對架空避雷線落雷情況進行監測、統計，分析線路一定時間內避雷線上落實分布情況，既可以有目的性的檢查避雷線的損傷，又可以針對該區段采取更加準確的有目的性的接觸網防雷措施。

2.4 加強使用壽命管理

管理部門和設計部門結合材料使用周期，制定鐵路接觸網避雷線在運行時間，到周期后有條件的進行更換。

3 結束語

接觸網避雷線運行時間較之于電力系統架空地線時間較短，目前未暴露出故障，根據電力架空地線運行出現的故障可以為鐵路避雷線運行提供參考，同時接觸網避雷線相對于接觸線、承力索等線材在設計、施工、驗收和運行維護等方面還有一些不規范，而可以借鑒的經驗較少，從而為避雷線自身的安全穩定運行留下了隱患。建議在接觸網避雷線運行中，應用科技手段加強管理，以確保運行安全。