電氣化鐵路接觸網防雷技術淺析與應用

紀東岳

[摘 要]電氣化鐵路系統當中接觸網常常因雷擊發生故障，這對電氣化鐵路的正常運行有很大的影響。因雷電造成的接觸網故障，一般會對電氣化鐵路的相關設備造成不同程度的損害，若是對故障原因缺少了解，在相關的處置當中，往往延誤對故障性質的判斷，進而影響鐵路交通的正常運行。同時因為鐵路運輸的發展，電氣化鐵路對各種電氣設備的性能及穩定性有了更高的要求，電氣化鐵路設備的材質大部分由銅合金組成，導電性很好，這就更需要引起因雷電雷擊造成的接觸網故障的重視。

[關鍵詞]電氣化鐵路；接觸網防雷技術；研究與應用

中圖分類號：F406 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）13-0398-02

引言

電氣化鐵路在自然條件下經常面臨諸如暴雨、雷電等惡劣天氣，如接觸網的防雷措施不到位，則會導致鐵路設備跳閘而無法正常運營，甚至遭受進一步破壞，造成其他電氣設備的損毀。針對接觸網可能遭受雷擊危害帶來的影響并根據雷電特點出發研發出對應的防雷技術，才能最大程度降低雷電損害，保障電氣化鐵路的正常運行。

1 接觸網遭受雷擊危害造成的影響

電氣化鐵路接觸網遭受雷擊時，會出現線索上的過電壓引發絕緣閃絡，進而導致接觸網出現跳閘情況，嚴重可造成接觸網斷線，引發觸電等嚴重危險問題。一旦出現跳閘情況，首先是設備本身受雷擊造成損害，其次本線及鄰線首列列車均需限速運行，相關設備管理單位需出動巡視檢查設備。如跳閘造成線路斷線接地或者絕緣設備被擊穿等情況，則接觸網供電中斷，嚴重影響鐵路運輸秩序，造成鐵路經濟損失及不良的社會影響。

2 雷電表現的方式和分類

雷電的形式分為枝狀閃電、帶狀閃電、叉狀閃電、片狀閃電、球狀閃電、聯珠狀閃電、云閃，其中云內閃電和云際閃電（兩片云之間）地閃俗稱落地雷，落地雷是日常防雷主要研究對象。接觸網雷擊主要分為直擊雷擊、感應雷擊。直接雷擊就是雷云直接對接觸網供電設備放電。感應雷擊就是雷云通過靜電感應或電磁感應在接觸網附近的支撐裝置、接觸懸掛、附加導線上產生感應電壓從而產生放電。

3 接觸網設備受雷擊特點分析

3.1 雷擊部位多在絕緣子處

從近幾年的雷擊事件來看，在電氣化鐵路接觸網中，雷擊的部位多在絕緣子部位，比例達到了50%以上，一旦雷電擊穿絕緣子，就會引起接觸網跳閘，從而影響鐵路運行。

3.2 設備最高處容易遭受雷擊

正饋線、站場軟橫跨承力索端部絕緣子等易遭受雷擊的部位距離軌面的高度多在10m以上，而保護這些部位的接觸懸掛卻在這些部位的下方，一般也起不到保護的作用，從而使該部位遭到雷擊。

3.3 雷擊后設備燒損、老化

從雷擊后果來看，絕緣子等部位遭到擊穿之后，會被燒傷，進而老化。承力索、接觸線等線狀設備來說，遭到雷擊之后，線索容易出現斷股、燒損發黑嚴重時可直接造成斷線等。對其他設備而言，電氣設備性能被損害，給電氣化鐵路的安全運行造成很大隱患。

4 防雷現狀分析

從目前的防雷措施上來看，主要是安裝防雷裝置，這種防雷措施較為傳統，主要是增加電阻，降低雷電的電壓，并將電流引入到地下。但如果雷電電壓過大，當電流經過防雷裝置引入地下時，會對接觸網及周邊設備造成反擊，從而會燒損設備和信號。從我國目前的防雷策略來看，主要是以監測為指導，并根據監測數據制定防雷措施，采取相應的防雷手段。

5 接觸網受雷擊案例

我國電氣化鐵路接觸網設備受雷擊造成的跳閘比例比較高，而高速電氣化鐵路比率更高，特別是我國的東南沿海一帶的高鐵，受地理環境影響，地區年平均落雷日比較多， 雷擊頻率、強度也再全國前列。大環境看我國的高鐵線路多處于空曠地帶且基本都是高架線路，線路兩側高大建筑物少，因此更容易遭到雷擊。根據跳閘統計在強對流、雷暴等惡劣天氣時，高鐵接觸網線路受雷擊引發跳閘情況比較突出。例如： 2014年全路34條電氣化鐵路中因雷擊造成的跳閘就達到1214件。尤其在山區、橋梁等地形環境復雜的地區，雷擊引發的跳閘故障率更高。以某高鐵為例：線路長416KM，全線正線采用AT供電方式，聯絡線、動車走行線采用直接供電方式，自2014年7月1日開通以來共發生26起因雷擊造成的設備損壞，占故障總跳閘的比例達57.7%，如下圖所示：

5.1 區間下錨正饋線燒傷（圖1）

5.2 正饋線下錨處絕緣子閃絡（圖2）

5.3 區間下錨處正饋線放電（圖3）

6 電氣化鐵路接觸網防雷技術的應用

6.1 加強線路絕緣

防治雷害可采取增加線路絕緣的方法，一是增加接觸網設備中復合絕緣子的應用：接觸網下錨、分段、分相等處絕緣子優先采用復合絕緣子，以增加絕緣效果。二是增加絕緣子串片數，改用大爬距懸式絕緣子，這樣增大了塔頭空氣間距。為了減小絕緣子絕緣性能降低帶來的影響可加強絕緣清掃維護，一般每年進行2次帶電水沖洗和人工清掃，根據管轄區段的環境監測數據制定出詳細的污染等級，平時加強設備巡視，對污染較嚴重的絕緣子隨時擦拭。

6.2 安裝避雷器

安裝避雷器（避雷針）是防雷的重要措施，在支柱接地電阻相同的情況下安裝避雷器可大大提高線路耐雷水平。當支柱接地電阻為30歐時，無避雷器的線路耐雷水平為12hA，安裝避雷器后線路耐雷水平提高到24hA，一般在站場兩端及長大橋、隧道兩端均要加裝避雷器。另外制定合適的接觸網防雷措施是先決條件，根據地區的年平均落雷次數確定避雷器的安裝密度、防護范圍、分流情況。雷雨季節到來之前要對管內避雷器進行預防性試驗，對狀態不良的避雷裝置及時安排更換，確保設備在遭受雷擊情況下，防雷設施能夠起到保護作用。

6.3 加裝避雷線

在接觸網上加裝避雷線也是一項重要的措施，當接觸網設備遭受雷擊時，雷電流在導線上產生很強的感應電壓，避雷線與接觸線之間的耦合作用可以很大程度減小絕緣子上承受的電壓，而采用避雷線防雷首先要確定保護范圍和保護角以便確定安裝高度，根據計算一般中間柱，只要避雷線位于柱頂附加導線肩架之上即可將正饋線、承力索納入保護范圍之內，此時避雷線肩架柱頂以上部分為0.7m。在錨段關節處，尤其是絕緣錨段關節處，由于承力索抬高，避雷線也需要相應抬高，此時避雷線肩架柱頂以上部分為1.3m。另外根據某些線路的實際情況調查發現在高鐵線路上加裝避雷線實行起來成本較高，難度較大，不過用抬升PW線兼做避雷線還是容易實現的。同時，考慮到雷擊主要落在絕緣子部位和設備最高處，應當結合實際情況對避雷線和避雷器的高度進行科學設置，提高鐵路線路的耐雷水平。通過數據收集和試驗分析，明確避雷設備安裝的高度和密度，確保避雷設備最佳的避雷性能。

6.4 加強雷擊跳閘分析、提高應急處置

高度重視雷擊跳閘放電點查找和故標數據的校正工作，雷雨天氣發生供電跳閘后除及時組織人員對故標指示地點前后3KM范圍內相關設備進行巡查外還需要采取登乘動車組或電力機車的方式進行添乘檢查。另外天窗點停電時間段內更要仔細查看設備，一旦發現有雷擊損壞的設備及時更換或者采取其他安全措施。二是根據跳閘時的故測數據和巡視檢查的實際故障點里程進行分析比較，不斷調整故測參數以便能更好、更準確地在第一時間找準故障點。三是建立完善的故障處理應急預案，特別是在雷雨季節時及時啟動。例如正饋線極易遭受雷電侵襲，且發生故障后故障查巡、處理時間長，所以一旦正饋線受雷擊跳閘，應及時拉開牽引變電所內隔離開關，將正饋線退出運行，由AT供電方式改為直供方式最大限度地壓縮故障延時，快速恢復供電。

結束語

由于接觸網故障產生的因素比較多，在實際的處理以及搶修當中若是不當，就會消耗更多的人力物力成本以及時間，并且還可能會對接觸網的故障性質產生改變，所以，為了確保接觸網的正常運行安全，就需要對其產生故障的實際原因進行分析，針對原因的不同采用科學合理的防范措施，從根源上避免鐵路交通運輸事故的產生，以此來確保鐵路交通運輸網絡運行通暢。

參考文獻

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