電氣化鐵路直供方式接觸網(wǎng)防雷方式研究

文｜ 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 黃鑫 賴(lài)馨

1 引言

隨著我國(guó)電氣化鐵路規(guī)模的飛速發(fā)展，而接觸網(wǎng)系統(tǒng)作為電氣化鐵路的主要架構(gòu)，其戶外無(wú)備用的特殊性使其必須時(shí)刻處于良好的工作狀態(tài)。雷電災(zāi)害對(duì)電氣化鐵路的造成危害引起國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的重視，直擊雷會(huì)直接擊中接觸網(wǎng)支柱、導(dǎo)線引起的過(guò)電壓，從而導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘，造成供電系統(tǒng)中斷。如果全線沒(méi)有直擊雷護(hù)措施，電氣化鐵路極容易在雷擊時(shí)發(fā)生閃絡(luò)。

本文結(jié)合改建鐵路廣通至大理線的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況，利用catia軟件對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，研究了電氣化鐵路直供方式下避雷線架設(shè)的兩種方式，并對(duì)其防雷效果進(jìn)行分析。因直供加回流結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，時(shí)速200km及以下的電氣化鐵路主要采取直供加回流的供電方式，廣大線即采用該種供電方式。

廣通至大理擴(kuò)能改造工程是泛亞鐵路和滇藏鐵路的重要組成部分，旅客列車(chē)設(shè)計(jì)速度為200km/h，采用直供加回流的供電方式。全線年平均雷暴日大于40天，大理等部分地區(qū)年平均雷暴日高達(dá)60天。全線橫穿亞熱帶地區(qū)，雷電活動(dòng)較為頻繁。為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，降低直擊雷造成的跳閘率，需要在全線加裝避雷線。

2 避雷線的架設(shè)方式

結(jié)合廣大線現(xiàn)場(chǎng)條件，目前可以實(shí)現(xiàn)的兩種安裝方式如下：

方案1：在全線接觸網(wǎng)系統(tǒng)的支柱頂部通過(guò)肩架單獨(dú)安裝避雷線做防雷保護(hù)。廣大線設(shè)計(jì)時(shí)采用的橫腹式混凝土支柱及格構(gòu)式鋼柱均通過(guò)肩架安裝在支柱頂部，車(chē)站內(nèi)采用的硬橫跨鋼管柱則通過(guò)柱頂預(yù)留孔的方式安裝在其支柱頂部。

方案2：將回流線升高，通過(guò)增高肩架安裝在接觸網(wǎng)支柱頂部兼做避雷線，實(shí)現(xiàn)避雷線的功能，對(duì)全線接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)。

3 防雷保護(hù)方案綜合比較

3.1 接觸網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)廣大線接觸網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，基于 catia軟件，搭建接觸網(wǎng)仿真模型分析其耐雷水平。GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定防雷保護(hù)范圍采用“滾雷法”確定。接觸網(wǎng)系統(tǒng)屬于第二類(lèi)建筑物，規(guī)范要求滾雷半徑為45米才能保證接觸網(wǎng)系統(tǒng)均在防雷保護(hù)范圍內(nèi)。利用“滾雷法”得出兩種方案的防雷保護(hù)范圍.

3.2 防雷改造后雷電防護(hù)效果分析

通過(guò)仿真計(jì)算得到兩種方案在不同接地電阻情況下反擊耐雷水平及繞擊耐雷水平，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

由上表仿真計(jì)算結(jié)果所示，方案2將回流線升高兼做避雷線后接觸網(wǎng)反擊耐雷水平可以平均提高約20%。方案1單獨(dú)加設(shè)避雷線后接觸網(wǎng)反擊耐雷水平約提高約40%；導(dǎo)線間相對(duì)位置發(fā)生改變導(dǎo)致導(dǎo)線間的耦合關(guān)系發(fā)生改變，因此兩種方案對(duì)繞擊耐雷水平影響不大。同時(shí)可以看出，方案1總雷擊跳閘率降低65%，方案2總雷擊跳閘率降低70%。

通過(guò)比較以上兩種防雷保護(hù)方案，可以發(fā)現(xiàn)不論雷電直擊回流線還是直擊回流線，均產(chǎn)生反擊過(guò)電壓，直擊雷電流均通過(guò)接觸網(wǎng)支柱流入大地，減小了支柱的分流系數(shù)，從而減小了支柱的頂端電壓。通過(guò)仿真計(jì)算結(jié)果（表1）可以看出，兩種方案均可以有效提高接觸網(wǎng)系統(tǒng)的反擊耐雷水平和繞擊耐雷水平，對(duì)降低雷擊跳閘率有明顯的效果。

圖3 方案1與方案2防雷保護(hù)范圍比較

表1 方案1與方案2防雷保護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能綜合比較

4 結(jié)論和建議

通過(guò)對(duì)比研究分析電氣化鐵路直供方式下接觸網(wǎng)系統(tǒng)的兩種防雷措施，得出結(jié)論如下：

（1）方案1與方案2均可以完全保護(hù)接觸網(wǎng)系統(tǒng)遭受直擊雷害，將導(dǎo)線的雷電繞擊率降低至0，提高接觸網(wǎng)系統(tǒng)的整體耐雷水平。

（2）方案1中單獨(dú)增設(shè)避雷線，增加了對(duì)承力索的耦合系數(shù)，降低了接觸網(wǎng)系統(tǒng)中絕緣子兩端的感應(yīng)電壓差；且減少了接觸網(wǎng)支柱的入地電流，因此方案1耐受感應(yīng)雷水平略高于方案2。

（3）雖然方案1耐雷水平略高于方案2，但結(jié)合廣大線現(xiàn)場(chǎng)條件，接觸網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)工程已經(jīng)全線鋪開(kāi)實(shí)施85%，如果選擇方案1，廣大線需要全線新增附加導(dǎo)線，不僅增加了工程的建筑安裝費(fèi)，延長(zhǎng)了施工工期，并且加大了后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，總體投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方案2。綜上所述，根據(jù)廣大線的雷害情況以及經(jīng)濟(jì)性綜合比較，首先優(yōu)選方案2作為全線接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷措施。