電氣化鐵路接觸網防雷技術研究

張秋澎

摘 要：近些年來，電氣化鐵路因為運力大、速度快、能效高等特點，已經逐步成為國內鐵路運輸發展的主要趨勢。作為電氣化鐵路的重要組件之一，一般接觸網處于露天環境中，容易遭到雷擊。一旦防雷設備出現故障，就可能會造成絕緣子閃絡，引發牽引變電所相應保護跳閘，進而給鐵路運輸系統的正常運營帶來影響，雷擊的侵入波會沿著接觸網進入牽引變電設備，可能引發電氣設備故障，以致于造成更大的損失。為了增強電氣化鐵路供電的可靠性，就必須做好防雷措施，這對于鐵路的安全運營有著積極作用。

關鍵詞：電氣化鐵路 接觸網 防雷 保護措施

中圖分類號：U226? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1003-9082（2019）06-0-01

一、鐵路接觸網防雷概述

1.電氣化鐵路接觸網遭受雷擊的危害

我國地域遼闊，每個地區的雷電日的長度和強度有所差異。從已投入運營的電氣化鐵路雷擊歷史記錄來看，接觸網雷害問題可分為以下情況：首先，雷電并未直接觸及接觸網，而造成感應雷過電壓。其次，雷電正中支柱而造成沖擊過電壓，并在接觸網上產生感應過電壓。最后是雷電直接擊中接觸網，從而形成行波過電壓。當接觸網受到雷擊的時候，由于線路上的過電壓而造成絕緣閃絡，從而使接觸網發生跳閘，甚至會導致接觸網斷線并引發短路等故障，而接觸網發生跳閘時，不但會讓其設備自身因雷擊受損，還會影響接觸網所在線路及相鄰線路列車的運行。沿線的管轄工區就必須迅速出動，對其進行巡查檢測。還可能造成更大的接觸網塌網事故，以致于造成線路供電中斷，干擾了鐵路交通的正常運營，給社會經濟帶來重大損失。

2.研究接觸網防雷措施的意義

接觸網通常是電氣化鐵路沿途比較高的物體，而且其導線通常是具有良好導電性能的銅鋁材，相比周圍地形更容易遭到雷電襲擊。在接觸網附近發生雷擊或落雷時接觸網產生的過電壓稱為大氣過電壓。在遇到雷害情況時，這種峰值過高的過電壓可能會使絕緣子閃絡、擊穿而發生短路事故，造成接觸網設備損壞，即使未發生短路事故，接觸網多次發生大氣過電壓，也會使設備絕緣老化，絕緣能力下降，給鐵路交通運輸帶來安全隱患。由此可見，為了確保鐵路交通運輸的安全、穩定運營，就必須提高對接觸網防雷的重視程度，要建立和完善防雷擊的保護措施。

3.接觸網防雷措施的特點

從雷擊危害性的方面來看，耐雷水平及雷擊跳閘率是評估接觸網的防雷性能是否優異的標準，當接觸網線路耐雷能力越強，相關線路的絕緣子出現閃絡的可能性就越低。而牽引系統絕緣子的絕緣性能以及防雷設施是影響接觸網抵御雷擊性能的重要因素。作為輸電線路中的一種特殊類型，接觸網在防雷擊時有著自身的特點：首先，由于缺少避雷裝置，接觸網防御直擊雷的效果不佳。盡管架空的地線和回流線在防御雷擊方面有著一定的作用，但由于架設的高度不夠高，難以實現直擊雷的完全防御。其次，接觸網支柱一般是沿著鐵路沿線設置，通過其回流線來保護地線接地裝置，防止閃絡出現。支柱底部的螺栓雖然有著一些接地導電的作用，但是其接地的電阻通常較高。

二、常用防雷措施在接觸網中的應用

在做防雷措施保護的時候，可借鑒輸電線路的常用防雷方法，從而增強抵御雷擊的性能，確保其供電的穩定性，進而保障鐵路交通運輸的安全穩定。避雷器和避雷線的安裝和架設，是當前提高防御雷擊能力的主要方法，但要確保其接地性能的完好。

1.安裝避雷器

在電氣化鐵路的供電系統中，直接供電是最為常用的供電形式。在具體實踐中，通常使用重量輕、體積小、結構簡單易安裝的避雷器，來作為接觸網防御雷擊的安全裝置，其防雷性能能夠和接觸網的絕緣性能相匹配，雷擊保護的范圍較大。當前，氧化鋅避雷器是電氣化鐵路系統中常用的防雷裝置。對于雷擊現象頻發的高雷區，可在接觸網的局部關鍵位置安裝避雷設施。避雷器在接觸網電壓處于正常工作電壓時，呈現出較高的電阻狀態，只有極少量的電流能夠通過。當雷擊現象而產生高瞬態過電壓通過時，避雷器在電流的作用下呈現出低電阻狀態，從而將其兩端的殘余電壓控制在安全的區間內，起到保護接觸網抵御雷擊損害，并限制續流的時間，從而避免牽引變電所出現饋線跳閘現象。另外，由于雷擊能量被避雷器吸收，接觸網的支柱、絕緣子等只需要承受來自避雷器兩端殘壓的沖擊電壓，使得接觸網抵御雷電沖擊的能力大大增強。

2.降低接地電阻

電氣化鐵路沿途土壤的電阻比普通土壤的電阻要高得多，這就給低電阻地網的制作帶來較大的影響，造成施工成本較高的問題。當采用常規方案完成低電阻地網的制作后，支柱的接地電阻會隨著時間的推移而持續增高，并因氣候條件的影響而出現變化，針對這種接地電阻呈現降低的情況，可采用擴大地網的鋪設面積、提高接地網的埋深、利用降阻劑來降低土壤電阻、增加垂直接地體等。同時，可按照具體狀況監測接觸網的支柱接地情況，以保證其接地電阻長期處于安全的規定范圍內。

3.加強雷擊跳閘分析、提高應急處置

要加強對雷擊跳閘情況的分析，做好雷電計數器的記錄。同時，當因雷擊現象造成供電系統跳閘后，不但要立即安排人員進行搶修，還要在故障位置前后3公里的沿途進行設備巡視檢查，并且對電力機車做添乘檢查。首先，在天窗期間要對相關電氣設備做嚴格的排障處理，要及時檢修或更換被雷擊損壞的電氣設備。其次，按照設備跳閘時的故障檢測數據，將其和巡檢時的具體故障點的位置進行對比分析，再對故障檢測參數做相應調整，以便提高故障檢測的精準性，在以后的工作中能夠及時準確的找到故障位置。最后，要根據所在地區的氣候條件，健全相應的故障應急處理方案，當遇到雷雨天氣頻發時不至于手足無措。

4.使用合成絕緣子，加強絕緣子的清掃

在雷擊現象高發期間，經常出現燒毀絕緣子的情況。針對這一問題，首先對工頻電弧做及時的疏導，減少其在絕緣子表層燃燒的幾率。其次，為了降低工頻電弧和線路之間出現閃絡的幾率，不但要使用避雷線和避雷器，還要增強絕緣子的耐灼燒標準，使其能耐受5次以上工頻大電流電弧的灼燒。可使用耐灼燒性能較強的合成橡膠材質的絕緣子，當工頻電弧灼燒絕緣子的時候，產生的氣體會將工頻電弧從絕緣子上吹離。另外，硅橡膠材料不會因局部受熱而立即開裂，這有利于絕緣線路的恢復。絕緣子經過灼燒后不會脫落，導致喪失其絕緣性能，能夠讓供電線路保持正常供電狀態。瓷材質的絕緣子在灼燒時會喪失原本的絕緣效果，以致于供電線路難以快速重新合閘。合成材質的絕緣子雖然具有較強的耐灼燒性能，但依然會被工頻電弧所損害，其硅橡膠部分被灼燒后會分解出一些物質，使其抗污性能和憎水性降低。灼燒位置有可能因再次運行而產生老化脫離的現象，給供電線路的穩定性造成不利影響。另外，各種類型的牽引機車所排出的廢氣、機車運行時所掛起的塵埃會覆蓋到接觸網的絕緣子上面，以致于絕緣子的絕緣性能因污染而降低，以致于出現閃絡現象。因此，要按照鐵路運輸系統的實際情況，對接觸網的絕緣子做及時的清洗，以降低閃絡產生的幾率。

三、電氣化鐵路接觸網防雷需要注意的幾點

第一，可在電氣化鐵路沿線設置一些包芯鋁絞線材質的架空地線。由于架空地線對接觸網的屏蔽，及接觸網、架空地線間的耦合作用，從而可以減少雷電直接擊于接觸網的機會。另外，可在鐵路沿線的路基處增設銅芯電纜，以便為雷擊提供更快的泄流渠道。針對加強線的區間，當加強線退出運行時會短暫觸及接觸網的支柱，使自身成為支柱上方的架空線。這時，當加強線脫離運行狀態時，要把其同接觸懸掛之間的鏈接卸掉，并通過銅芯電纜把路基區域的接觸網同預埋螺栓相連接，然后把連接地網和橋梁的架空線聯結起來。

第二，為了降低直擊雷的損害程度，對雷電日數長達四十天以上的電氣化鐵路沿線增設避雷線。對于雷電日數較少的區域，可根據沿線雷擊損害數據，在個別關鍵地點增設避雷線。

第三，為了降低感應雷的損害程度，可在雷擊高發區段增設避雷器。另外，還要在超2公里的隧道兩端，分相和站場端部的絕緣錨段關節，供電線連接到接觸網上接線處，分區亭、開閉所、AT引入線處等關鍵位置加設避雷保護設施。

結束語

接觸網在長期使用過程中，可能因種種因素而出現故障問題。如果在搶修處理的措施不合理，就可能導致大量檢修成本的增加，還會造成故障性質的變化。因此，為了電氣化鐵路的安全運營，就要對接觸網故障進行及時有效的排障分析和處理，根據故障原因的不同而采取對應的防御方案，從而減少鐵路運行故障的出現，保障鐵路交通系統的正常運營。

參考文獻

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