淺析鐵路電力貫通線防雷整治方法

韓 成 馬峰超

（1. 中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055；2. 京津冀城際鐵路投資有限公司，北京 100035）

電力貫通線是在鐵路沿線設置的用于為鐵路行車信號等設備供電的室外輸電線路，電壓等級通常為10kV，分為一級負荷貫通線和綜合負荷貫通線，負責為通信、信號以及車站照明和車號識別系統等在內的眾多系統裝置以及相關設備提供必要電能。而為了保障行車信號的安全供電，有必要對鐵路電力貫通線進行防雷整治，從而有效控制雷電暴擊等故障的出現，為鐵路電力系統創造一個安全穩定的運行環境。

1 線路概況

本文以國內某鐵路大通道為例，此線路全長一千多公里，是國家規劃的大能力運煤通道建設項目，是“十一五”期間國家重點工程，已于 2014年 12月30日全線貫通。全線新建10kV綜合負荷貫通線和10kV一級負荷貫通線各1條，均為架空電纜混架方式，在城鎮等人口密集區域，采用絕緣架空線或電纜。線路經過晉中南、豫北和魯中南地區，夏季炎熱，雨量集中，在每年的在7—9月期間比較容易發生雷暴天氣，加之線路經過山嶺等地區，受到風、雨、雷擊等惡劣天氣影響比較大，而自從此線路建成開通并開始輸電以來，因雷害已導致電力貫通線出現的多起線路故障，主要有：①10kV貫通線絕緣子被雷電擊穿，引起故障停電。②雷電流引起10kV配電所跳閘，影響鐵路沿線通信信號等設備用電。盡快采取相應的防雷整治措施，提升電力貫通線的防雷水平已經勢在必行。

2 影響鐵路電力貫通線防雷效果的因素分析

2.1 設備因素

在此條鐵路的 10kV電力貫通線上使用的避雷裝置，絕大多數都被安裝在配電所周圍，在整個線路區間電力貫通線中避雷裝置相對比較少，而一旦與配電所距離相對較遠的線路遭受雷電暴擊時，在短時間內無法有效泄放掉雷擊產生的電壓，進而容易引發閃絡或是針瓷擊穿等現象，使得線路出現跳閘無法正常運行[1]。此外，根據筆者了解到的資料顯示，普通10kV鐵路電力貫通線大約只有75kV的臨界閃絡電壓，但事實上當出現雷電暴擊時，由此引發的過電壓值可以在短時間迅速上升至幾百千伏，在此工頻電壓下，絕緣子很可能被擊穿進而出現線路跳閘甚至燒損等問題。

2.2 線路因素

相比于平原地區，在山路地區設計鐵路電力貫通線時，經常需要面對大跨越等工作環境，而這也將在很大程度上減弱整體鐵路電力貫通線的絕緣水平以及抗擊雷電的性能，如果線路經過地區本身容易出現大量的雷電活動，則勢必將增加線路出現雷擊故障的可能性。除此之外，流經接地體以及桿塔的雷電電流也會在短時間內迅速升高桿塔電位，此時相導線也會出現相應的雷電過電壓，而如果桿塔電壓和雷電過電壓的電位差要高于線路的絕緣閃絡電壓值，則將會出現反擊閃絡的情況導致線路出現運行故障。另外，接地線路或是相關電阻值本身缺乏科學性、合理性，或是電桿無法有效保護接地裝置，均有可能導致鐵路電力貫通線出現雷電擊故障。

3 電力貫通線防雷整治方法

3.1 加裝ZnO避雷器等避雷裝置

避雷器種類較多，隨著技術的發展和進步，ZnO避雷器因其良好保護性能廣為應用。ZnO避雷器通過ZnO優越的非線性伏安特性，在正常工作電壓時，使流過它的電流極小（μA或mA級）；當雷電過電壓作用時，電阻將急劇下降，充分泄放雷電過電壓的能量，從而實現保護的良好效果。ZnO避雷器和傳統的避雷器的區別在于其沒有放電間隙，充分利用ZnO的非線性特性實現泄流和開斷。為了有效提升鐵路電力貫通線的防雷水平，確保線路的正常供電運行。在本線的電力貫通線路上，專門為電纜分歧桿、電纜終端桿、轉角桿、設備桿、跨越桿等容易出現絕緣問題的薄弱位置處加裝了避雷裝置。在加裝避雷器等裝置之后，在分流之后絕緣子出現閃絡現象的可能性將被削弱。當桿塔遭受雷擊時，桿塔將負責向大地分流部分雷電流，而避雷線則會負責分流剩余雷電流至相鄰桿塔上，一旦雷電流超出限值，避雷器動作將自動加入分流，此時受到導線與導線之間電磁感應作用的影響，在導線、避雷線位置上將分別形成耦合分量，進而有效提高導線電位，起到控制導線與塔頂電位差的作用，從而規避了絕緣子閃絡發生。

3.2 提升絕緣水平

本線電力貫通線使用了大量的高電壓等級絕緣子，使得整體 10kV鐵路電力貫通線的防雷性能得到有效提升。同時，在容易出現雷電擊的線路區段，針式絕緣子選用 P-20T型，終端桿、耐張桿選用XP-70C型盤形懸式絕緣子，并由兩片增加至3片，使得線路的耐壓水平得到了大幅提升[2-3]。工作人員通過定期對鐵路電力貫通線進行運維管理，重點檢查在線路當中是否存在破損的絕緣導線和故障絕緣裝置、避雷裝置，通過重新更換部分線路當中的不合格避雷器和傷損絕緣導線，也在很大程度上降低了線路故障的發生概率。另外考慮到鐵路沿線地區經常容易出現沙塵、霧霾等空氣污染天氣，進而容易導致在絕緣線路上沉積大量灰塵，影響線路的絕緣性甚至出現污閃情況，因此相關工作人員還將該部分線路上的絕緣子統一更換為復合絕緣子，從而有效解決這一問題。圖1為技術人員在更換絕緣子。

圖1 技術人員進行絕緣子更換工作

3.3 改善接地電阻

在本線路經過的低山區段當中，相對高差接近400m，而為了有效提升線路的防雷性能，盡可能避免其出現雷電擊線路跳閘等問題，還在架設電力貫通線的過程中通過使用專業的設備儀器對土壤的電阻率進行有效測定，在電阻率相對較低的土壤周圍敷設外引接地體，并通過適當延伸其射線長度，確保土壤電阻值能夠到達相關標準要求：隔離桿、終端桿等的接地電阻不大于 10Ω，設備桿接地電阻不大于4Ω。在發現地下土壤電阻率無法滿足要求的情況下，施工人員通過采用補打垂直接地體并搭配使用降阻劑，也使得接地電阻得到有效改善。根據相關標準要求，在耕地位置敷設接地裝置時多采用水平敷設的方式，并且接地體的埋深需要控制在0.8m以內，而在山石地區接地體的埋深則需要被嚴格控制在0.3m以內，其他非耕地地區的接地埋深則需要被控制在0.6m以內，并使用搭接的敷設方式，在焊接位置處刷涂一層防腐涂料以增強接地體的防腐蝕能力[4]。

3.4 其他整治方法

雷電擊放電下容易形成放電電弧，而這也是引起鐵路電力貫通線雷電短路的一大重要原因。當斷路器跳閘之后電弧將自動熄滅。因此通過在線路當中使用自動重合閘裝置可以有效控制電弧復燃，使得線路即便在遭受雷電擊的情況下也很快可以恢復供電，避免對整體鐵路電力貫通線造成不良影響。另外，在鐵路線路中的較長橋梁、隧道及無架空路徑的困難地段采用沿預制電纜槽敷設電纜的形式，同時，在樹木較多的地段采用架空絕緣電纜，或者對電纜進行加裝穿刺型防雷金具等特殊處理以有效提升線路的防雷性能。圖 2為穿刺型防雷金具安裝圖。

圖2 穿刺型防雷金具安裝圖

4 結論

總而言之，雖然鐵路電力貫通線上出現雷電擊事故的情況相對比較少，但為了確保線路的正常運行，仍然需要結合線路的實際情況，采取行之有效的防雷措施以有效提升線路整體的防雷性能和絕緣水平，從而有效為鐵路行車信號等負荷正常供電，確保鐵路安全運行。

參考文獻

[1] 烏景華. 如何增強集通電力貫通線防雷效果[J]. 內蒙古科技與經濟, 2014, 33(19): 111-112.

[2] 郭慶毅. 論鐵路供電系統中防雷技術[J]. 中國高新區, 2017, 17(8): 92.

[3] 胡茜, 林余杰, 胡朋杰. 新型 10kV架空絕緣導線防雷擊斷線用防雷金具探討[J]. 電氣技術, 2015,16(12): 172-175.

[4] 田軼華. 大準線防雷接地措施的幾點探討[J]. 企業導報, 2016, 31(17): 82.