電氣化鐵路接觸網雷擊過電壓的研究

張大偉

摘要：接觸網的雷擊過電壓極大地危害到了電氣型鐵路有關牽引供電的穩固性，許多雷擊均會引發接觸網的各類絕緣子產生閃絡。在雷災過多的地區中，借助高效的防雷對策，可以減小接觸網產生的雷災。在接觸網配備避雷器即減小雷災的一大對策，避雷器在雷擊過多的區域中施行增設接地的裝配方法，能夠收獲較優的防雷成效。

關鍵詞：接觸網；電氣化鐵路；雷擊過電壓

1.前言

我國電氣型鐵路獲得了進展，調研對負責為鐵路予以供電的接觸網有關的防雷對策尤為關鍵。因為鐵路型接觸網橫穿區域中的天氣、地形等狀況區別過多，特別是在橫穿開闊平原、橋梁期間，大型建筑較少，橋梁就變成了大型建筑，較易被雷擊，尤其是雷電運動頻頻、地勢尤為繁雜的區域，鐵路型接觸網受到雷災的狀況過重。所以，應對電氣型鐵路的各類接觸網施行防雷調研。

2.雷擊型接觸網中的行波傳送型模型

在產生了雷擊后，線路中的電壓與電流分散規律借助傳送線公式施行求解。對傳送線公式施行求解，原本把地表當作較優的平面，忽視了地損耗對于導線數值與磁場耦合予以的影響[1]。因為雷電波具備大量的高頻構成，導線中的趨膚反應與電磁場、地間產生的耦合功能尤為突出。公式即：A即Rdc=1/πσr？，B即1/2πr√μ/σ。

V（x，t）與I（x，t）即雷電波在接觸網施行傳送期間，某大監測處中的瞬時電壓與電流，x即監測處及雷擊處間的間距，t即雷電波自雷擊處傳送至監測處的耗時；L即單元長度的電感；G即單元長度的電導；C即單元長度的對地電容；A與B即常數；ζ（t）即瞬間地阻抗；r即導體的半徑；μ即導體的介電常數；σ即導體的磁導率。

首個積分凸顯出了導體的阻抗與電流產生的卷積，ζ（t）凸顯出了地數值對于體系高頻損耗產生的影響，A與B凸顯出了導體的趨膚反應產生的影響。對接地型阻抗，電力體系大量借助Carson型理念加以測算。Seymlen依據傳送的行波頻次與地阻抗中的臨界頻次間的關聯性，把地阻抗施行了區分與歸總，設定了不一致頻次段的適宜范疇。假定地中的導電率即σg，介電常數即εg，臨界頻次ωc即σg/εg，電磁波的頻次即ω：

（1） 如果ω<0.1ωc，即低頻段，地表即導體，借助Carson型理念輔以等效，普遍的電力傳送即這一類。

（2） 如果0.1ωc<ω<2ωc，即高頻段，地表凸顯為導電與絕緣間的過渡狀況，雷擊行波的傳送即這一類。

（3） 如果ω>2ωc，即超高頻段，地表對其凸顯為絕緣狀況，電磁脈沖訊號即這一類。

顧慮地表中的電導率與介電常數對于過電壓產生的影響，對增強導線即R4被雷擊后接觸網各大路段中的感應電壓輔以調研。顧慮地表與地電阻對于場線耦合產生的影響，獲得兩大前提之下各大路段中感應電壓產生的波形。仿真借助1.2/50μs規范型雷電流波形，接觸線的自阻抗Zc即0.1192+j0.7522Ω/km，負饋線的自阻抗Zf即0.2036+j0.8847Ω/km，維護線Zpw即0.3021+j0.7827Ω/km，增強線的自阻抗Zr即0.2756+j0.7614Ω/km，雷電流即1.2/50μs、幅值即50kA的雙指標型波形，地電導率即0.0004S/m，介電常數即10。

顧慮地阻抗對于場線耦合產生的影響，各大路段中雷擊過電壓產生的幅值均增多，且距地愈近的路段被影響愈多；路段中的感應型電壓波形被地阻抗所影響而產生了變換，距地愈近的路段中感應電壓的初始極性即負，與把地表當作優良地不一致[2]。在地阻抗對于導線數值與場線耦合產生影響后，R1的感應電壓產生的峰值均增多，R2與R3的感應電壓產生的正向峰值有所減少，然而，負峰值極大地增多。

3.構建架空型避雷線后的過電壓與耐雷狀況

接觸網在構建了架空型避雷線后，雷擊狀況囊括了感應雷與三類狀況：①雷規避避雷線擊至接觸網路段；②雷擊至支柱；③雷擊至避雷線。

3.1感應型電壓過電壓

構建避雷線后，由于接地型避雷線中的電磁具備屏蔽功能，讓接觸網導線產生的感應過電壓減小，測算式子即：U5即25i/S（h0-k0hb），k0即避雷線及導線間產生的幾何耦合數值；h0即承力索觸地后的高度。

耦合數值愈高，屏蔽功能愈優，感應過電壓愈小。因為感應過電壓產生的極性及雷云載荷不一致，因此，感應過電壓減小會使得作用到路段絕緣子串的過電壓減小，進而提升路段絕緣子串的耐雷層次。

3.2雷規避避雷線擊至接觸網路段過電壓與耐雷狀況

模擬試驗與實地運作經驗指出了，規避率即Pa與避雷線對于外在導線產生的維護角即a、支柱高度即h與地勢狀況相關，借助如下式子施行測算：

平原路段：lgPa即a√h2/86-3.90；山區路段：lgPa即a√h2/86-3.35。接觸網平原路段雷規避率即0.08%；接觸網山區路段雷規避率即0.3%。

雷電規避接觸網后，接觸網及架空型避雷線間具備耦合功能，其間的耦合要顧慮電暈產生的影響[3]。路段中絕緣耐受型過電壓即U4即100I（1-kc），kc即接觸網及架空型避雷線產生的電暈型耦合數值。接觸網路段的耐雷層次即ixn即：U50%/100（1-hc）。

3.3雷擊支柱型過電壓與耐雷狀況

雷擊至支柱后，雷電流橫穿受擊支柱進地，其余電流橫穿避雷線經由鄰近支柱進地。支柱的頂電位即Uz即βi2R+Lzβdi/dt即βi（R+Lz/2.6），iz即βi，β即支柱的分流數值。β即1/1+Lz/Lb+1.3R/Lb，測算避雷線及導線間產生的耦合功能與雷擊匯集接地型支柱期間在導線獲得的感應過電壓，路段中的耐雷層次即ixn即U50%/（1-kc）/（βR+βLz/2.6）+1/2.6（h0-k0hb），kc即k0k1即避雷線及接觸網路段中的電暈耦合數值。所以，在構建避雷線期間，應借助減小接地電阻即R與提升耦合數值即kc當作增強耐雷層次的關鍵方法。

4.結束語

對接觸網輔以防雷，對鐵路得以順暢運作來說尤為關鍵，而借助文章所予以的計劃以對接觸網防范直擊雷與耐雷層次的提升均具備優良的成效。現階段，鐵路獲得了極大地提升與進展，為了保障鐵路在運作期間的穩固性，加上牽引供電體系運作設施的安全性，在接觸網之上全線構建避雷線即鐵路防雷的一大關鍵對策，必定會獲得全方位的推行與運用。

參考文獻：

[1]沈海濱，陳維江，邊凱，等.高速鐵路接觸網懸式復合絕緣子防雷應用特性實驗研究[J].高電壓技術，2015，（05）：1574-1581.

[2]魯敏，韓蘭貴.高速鐵路接觸網耐疲勞載流整體吊弦的研發與比較[J].鐵路工程技術與經濟，2017，（03）：1-4.

[3]王春旭.供電6C系統在高速鐵路接觸網故障搶修指揮中的運用[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2016，（02）：254-255.