高速鐵路接觸網防雷措施及建議

余超

【摘 要】在高速鐵路牽引系統中最為重要的一部分內容就是接觸網，由于在實際應用中其經常暴露在自然環境中，如果沒有響應的保護工作，很容易出現跳閘現象，這會對整個鐵路線路的正常運行造成影響。此外，雷擊也會對電氣設備造成破壞，所以做好防雷保護措施十分重要。本文就對高速鐵路接觸網防雷措施進行深入探討。

【關鍵詞】高速鐵路;接觸網;防雷措施;建議

接觸網是牽引供電系統的重要組成成分，在當前的建設中，接觸網大部分處于裸露狀態且后備能力較弱。高速鐵路接觸網的防護措施缺乏或效用較低，都將會直接導致絕緣子的損壞，可能會導致跳閘情況發生。其不僅不利于鐵道運營，對系統內的相關電氣設備造成損壞，嚴重的還會對相關人員的安全造成威脅。所以加強接觸網防雷技術的研究是十分必要的。

1、簡要分析我國接觸網當前的防雷設計

就我國目前的情況來看，高速鐵路工程的建設規模不斷擴大，而且沒有一套完善的備用系統，在運營過程中如果發生雷擊故障就會很難恢復，嚴重影響該區段的正常供電。根據我國有關部門的規定，避雷線只能在處于強雷區的接觸網才能配設，可是大多數高速鐵路接觸網都處在多雷地區，所以很容易發生雷擊現象。為了更好地確保接觸網的正常運行，就應該對相關的防雷技術進行不斷地分析與研究，在實際操作過程中還應該嚴格按照相關的規定與標準來作為參考條件，這些規定為防雷接地技術和電磁兼容等各項操作都具有一定的指導性意見。在對雷區進行劃分的時候，通常情況下應該結合該地區每年的雷電時間來實施，如果在20天以內就屬于少雷區，如果在20天到40天之間就屬于多雷區，如果在40天到60天之間則屬于高雷區，多于60天的則屬于強雷區。現如今大多數高速鐵路接觸網在進行防雷設計的時候，幾乎都是采用裝一定的避雷器或者是架設一定的避雷線以達到防雷的想過，然后在此基礎之上不斷加強對接觸網接地裝置的設計工作。如果入到一些重雷區、高架橋隧道口或者是高污染地區，在設計防雷裝置的時候，還應該對所使用的避雷器具有一定的明確規定，相關的工作人員應該采用氧化鋅避雷裝置以更好地確保防雷效果。

2、高速鐵路接觸網防雷措施

2.1避雷器的防雷措施

雷電擊中接觸網時，如果產生的電壓大于避雷器的放電電壓，避雷器會立即將雷電流釋放出來，并在工頻電壓下表現出高電阻，截斷工頻續流，避免絕緣子出現閃絡的情況，使接觸網持續穩定的工作下去。通過將線路避雷器安裝在支柱上，可以有效降低雷擊跳閘的概率。為了保證防雷效果，要盡量密集的安裝避雷器。按照一個錨段設置一個避雷器的標準進行設置，可以將雷擊跳閘率控制在0.452左右。按照接觸網跳閘率的相關規定要求，雷擊跳閘率的控制標準為0.83，因此，將跳閘率控制在0.452是符合規定要求的。但是由于避雷器經過長期使用會出現老化，安裝過于密集并不科學。為了保證避雷效果，只需要將線路避雷器安裝在雷擊相對集中的地方。

2.2使用合成絕緣子

接觸網受到雷擊后，會出現重合閘失敗的情況。究其原因，主要是因為工頻續流電弧被灼燒后出現破損、炸裂，無法自動回復線路絕緣性，導致重合閘失敗。為了避免絕緣子被燒毀，首先要疏導工頻電弧，避免電弧在絕緣子的表面燃燒。其次，使用避雷器和避雷線來避免工頻電弧和線路閃絡建立。除此以外要注意提高絕緣子的抗灼燒能力。當前輸配電線路中主要使用合成硅橡膠絕緣子和玻璃絕緣子兩種，在抵御灼燒能力方面，合成絕緣子具有明顯的優勢，當合成絕緣子被工頻電弧灼燒時，噴出的氣體會發揮吹弧效果，使電弧從絕緣子的表面離開。此外，在局部受熱的情況下，硅橡膠材料不會馬上炸裂，有助于恢復絕緣線路。在經過燒灼后，合成絕緣子傘群不會脫落，并且具有良好的絕緣效果，線路達到了重合閘的效果。而瓷絕緣子如果被灼燒，傘群落會全部掉落，絕緣效果會完全喪失，線路就不能重新合閘成功。雖然，合成絕緣子有良好的抗灼燒能力，但工頻電流弧仍會破壞合成絕緣子。

2.3接觸網防雷接地

《建筑物防雷設計規范》（GB50057—2011）中規定：對于國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物，應劃為第二類防雷建筑物。對于第二類防雷建筑物外部防雷裝置的接地應和方閃電感應、內部防雷裝置、電氣和電子系統等接地共用接地裝置，并應與引入的金屬管線做等電位連接。高速鐵路接觸網支柱一般為鋼支柱，接觸網支柱上無論是否有避雷線或避雷器，雷擊時均有可能成為雷電流的引下線，當采用綜合接地系統時，幾乎每根支柱與貫通地線都有連接。《高速鐵路設計規范》（試行）第21.4.4.2規定：“牽引網中的防雷接地裝置在貫通地線上的接入點與其他設備在貫通地線的接入點間距不應小于15m。”故接觸網的防雷接地應充分利用鐵路的綜合接地。牽引供電系統的防雷與牽引供電系統的接地乃至鐵路工程的綜合接地系統間有著密不可分的關系，它屬于系統工程。綜合貫通地線具有集中接地和牽引回流功能，同時綜合貫通地線是沿線電氣設備的共同接地體，目前在我國高速鐵路中廣泛使用。綜合接地系統的接地電阻不應大于1Ω，在綜合接地施工過程中及施工完成時均應實測接地電阻，如達不到要求，應采取可靠有效的降阻措施。降低接地電阻可以有效提高接觸網的耐雷水平。

3、強雷區接觸網防雷改進措施建議

（1）根據武廣高鐵、海南東環鐵路、廣深港高速鐵路防雷工程實際效果分析可知，當線路處于強雷區時，架設避雷線作為主要防雷措施，可極大提高線路耐雷水平。另外，既有運營線路也可考慮升高PW線、回流線兼作避雷線的方式加強防雷，既可兼顧防雷效果，又具有較好的經濟性。（2）根據西南交通大學和中鐵二院工程集團有限責任公司海南東環鐵路接觸網防雷仿真計算研究表明：選用避雷器對設備耐雷水平的提升作用非常顯著，但避雷器的保護范圍非常小，只有在每2個檔距間裝設一組避雷器，其防雷效果才等同于安裝避雷線的防雷效果，此外增設避雷器可能降低接觸網運行可靠性，因此不建議采用避雷器作為強雷區高速鐵路接觸網主要的防雷措施。但各地可根據雷電活動情況、典型地理環境特征及設備集中程度適當增設避雷器，且相關研究結果也顯示，通過安裝避雷器與降低接地電阻配合使用的方式，可有效提高線路耐雷水平。（3）除采取避雷線、避雷器等吸收直擊雷方式加強防雷外，強雷區段可通過采用優化設計絕緣子間隙形狀、適當調整間隙距離的方法，利用絕緣子間隙疏導雷電流，達到防絕緣閃絡、提高沖擊放電電壓水平的目的，間接提高線路耐雷水平。（4）除單獨采用上述防雷措施外，根據雷電特性及強雷區其他現場實際經驗，也可采取其他防雷措施，如采用雙重絕緣、減小接觸網支柱接地電阻、提高AF線絕緣強度等組合方式，取得更為理想的防雷效果。

4、結語

綜上所述，為解決沿海高速鐵路處于高、強雷地理氣象環境下，遭受雷擊造成接觸網跳閘頻繁的問題，采用架設避雷線及降低接地電阻措施進行接觸網防雷保護，效果最佳，方案切實可行，經濟及社會效益可觀，建議在沿海高速鐵路中進行推廣應用。同時，建議在沿海高普速及內陸高、強雷地電氣化鐵路中將其作為既有線改造、新線建設的接觸網防雷保護標準進行實施。

參考文獻：

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（作者單位：中鐵電氣化局集團三公司）