電氣化鐵道接觸網(wǎng)線路防雷技術(shù)探討

文/李飛，中鐵電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司

1 雷擊接觸網(wǎng)的來源和分類

雷擊主要分為直擊雷、球面雷和感應(yīng)雷。接觸網(wǎng)常遇到直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷：直接侵入設(shè)備或與設(shè)備有關(guān)的傳輸線的雷電，但攻擊信號(hào)設(shè)備的概率很小。感應(yīng)雷：稱為雷電感應(yīng)或感應(yīng)過電壓。分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。感應(yīng)雷電過電壓是由電磁場(chǎng)和電磁耦合的劇烈變化引起的，而直接雷電過電壓則是由雷電電流流經(jīng)被擊中物體引起的。對(duì)于雷擊接觸網(wǎng)，可以看出，當(dāng)雷電直接擊中接觸網(wǎng)時(shí)，發(fā)生閃絡(luò)的概率最大，而雷擊接觸網(wǎng)最嚴(yán)重的情況是造成多個(gè)絕緣子相繼閃絡(luò)。接觸網(wǎng)雷擊的形式可以概括為：雷擊接觸網(wǎng)附近的地面，引起接觸網(wǎng)感應(yīng)過電壓。雷擊支柱，在支柱上產(chǎn)生沖擊電壓，在接觸線上產(chǎn)生過電壓。雷電直接沖擊接觸網(wǎng)，在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生行波過電壓。

2 電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷擴(kuò)大，我國電氣化鐵道已經(jīng)增長(zhǎng)到了數(shù)十萬千米；而隨著電氣化鐵道的不斷增長(zhǎng)，其遭受雷擊的可能性就越大，而一旦電氣化遭受雷擊，輕則造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，重則導(dǎo)致重大事故產(chǎn)生大量人員傷亡。近年來，我國也越來越重視接觸網(wǎng)防雷建設(shè)與研究，大量防雷裝置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被開發(fā)出來并應(yīng)用到我國漫長(zhǎng)的電氣化鐵道接觸網(wǎng)中。當(dāng)前的接觸網(wǎng)防雷裝置主要為避雷器，如氧化鋅避雷器、管型避雷器、角隙避雷器等。此外，在實(shí)際應(yīng)用中我國電氣化鐵道接觸網(wǎng)還存在著以下幾個(gè)問題。1)我國部分鐵路修建在人跡罕至的山區(qū)、荒漠，缺少必要的后勤保養(yǎng)和應(yīng)急維修基站，接觸網(wǎng)保養(yǎng)不到位、維修困難。2)當(dāng)前我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)避雷器安裝缺乏統(tǒng)一調(diào)配與合理規(guī)劃，多數(shù)at所、分區(qū)所、變電所等重要場(chǎng)所都存在著重復(fù)安裝的現(xiàn)象，有著很大的資源浪費(fèi)。3)部分路段電氣化鐵道接觸網(wǎng)安裝不全，缺少必要的防磨損設(shè)計(jì)，導(dǎo)致接觸網(wǎng)磨損和能損過大，間接影響了防雷裝置的防雷效果。4)對(duì)于接觸網(wǎng)和避雷裝置的保養(yǎng)和檢修缺乏必要的監(jiān)督機(jī)制，維修保養(yǎng)人員工作時(shí)常存在缺漏，對(duì)于設(shè)備的維修及更換存在著相當(dāng)?shù)臏笮浴?/p>

3 電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷改造探討

3.1 引進(jìn)先進(jìn)避雷裝置與避雷檢測(cè)技術(shù)

按照當(dāng)前國家相關(guān)規(guī)定，根據(jù)雷電日的數(shù)量將電氣化鐵道經(jīng)過的各個(gè)地區(qū)分為強(qiáng)雷區(qū)、高雷區(qū)、多雷區(qū)以及少雷區(qū)，同時(shí)進(jìn)一步改良更新電氣化鐵道接觸網(wǎng)已有的避雷裝置和雷電檢測(cè)技術(shù)；根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，加大資金投入，研發(fā)性能更好的避雷器及避雷裝置結(jié)構(gòu)，再根據(jù)雷電日級(jí)數(shù)和當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r針對(duì)性地選擇避雷裝置及相關(guān)檢測(cè)裝置。如在強(qiáng)雷區(qū)，每一個(gè)避雷裝置的安裝及保護(hù)都必須合理規(guī)劃并嚴(yán)格執(zhí)行，避雷線必須獨(dú)立設(shè)置安裝，且必須嚴(yán)格控制避雷線保護(hù)角在安全范圍內(nèi)。此外，在變壓器邊緣及其他電氣化鐵道重要部位都必須安裝避雷針等避雷裝置。避雷裝置安裝完成后，還要建立完善的保養(yǎng)維護(hù)及應(yīng)急維修機(jī)制，要求能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控避雷裝置運(yùn)作情況，快速應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，及時(shí)維修更換損害、報(bào)廢的避雷器。對(duì)于這一機(jī)制，可以引進(jìn)國外已有的避雷器在線監(jiān)測(cè)器和避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合我國各地區(qū)實(shí)際情況加以改進(jìn)，在第一時(shí)間應(yīng)用于我國龐大的電氣化鐵道網(wǎng)絡(luò)但在去以降低經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)要做好數(shù)據(jù)收集整理工作，便于研究者研發(fā)性能更好的避雷裝置以及相關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)。

3.2 合理鋪設(shè)電氣化鐵道接觸網(wǎng)保護(hù)線

電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷除了安裝避雷裝置外，架設(shè)保護(hù)線也是防雷改造的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因?yàn)楸芾籽b置只是一個(gè)裝置，無法覆蓋整個(gè)接觸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，因此還需要架設(shè)保護(hù)線以擴(kuò)展避雷裝置的保護(hù)范圍，從而使整個(gè)接觸網(wǎng)具備一定的防雷能力。就當(dāng)前而言，架設(shè)防雷保護(hù)線主要為接地線，而其中最為重要的便是架空地線接地點(diǎn)的選擇。只有充分結(jié)合地理位置及地理環(huán)境，根據(jù)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)和接地間距景區(qū)計(jì)算，精準(zhǔn)定位每一個(gè)架空地線接地點(diǎn)，才能最大限度發(fā)揮保護(hù)線的作用，從而保證在面對(duì)突發(fā)情況時(shí)電氣化鐵道及其接觸網(wǎng)還能穩(wěn)定運(yùn)行。這種通過架設(shè)保護(hù)線增強(qiáng)接觸網(wǎng)防雷能力的防雷改造措施，在實(shí)踐中有著成本低、操作簡(jiǎn)單的巨大優(yōu)勢(shì)，因此在我國得以大規(guī)模推廣并廣泛應(yīng)用于我國數(shù)十萬千米的電氣化鐵軌中。

3.3 安裝避雷裝置失效恢復(fù)系統(tǒng)

電氣化鐵道是一個(gè)需要建設(shè)后能夠長(zhǎng)時(shí)間使用的一項(xiàng)交通設(shè)施建設(shè)，電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷裝置在長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模的使用過程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種因素導(dǎo)致的防雷裝置失效的情況。因此，在電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷改造過程中還需要建設(shè)相應(yīng)的裝置失效恢復(fù)系統(tǒng)。就我國國情而言，電氣化鐵道規(guī)模大、里程長(zhǎng)，且環(huán)境復(fù)雜多樣，其中不乏廖無人煙的深山、荒漠，人工搶修的應(yīng)急維修方式明顯不能滿足電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷的需求，只有建立健全完善的應(yīng)急機(jī)制，也就是防雷裝置失效恢復(fù)系統(tǒng)，保證電氣化鐵道接觸網(wǎng)在故障的一定時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)正常穩(wěn)定，從而保證過往電氣機(jī)車能夠正常運(yùn)行，進(jìn)一步降低接觸網(wǎng)雷擊事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)前電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷改造主要通過安裝以避雷器為核心的防雷裝置以及架設(shè)保護(hù)線來實(shí)現(xiàn)。因此要想提高電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷能力，研發(fā)性能更好的避雷器，設(shè)計(jì)更加合理的防雷裝置結(jié)構(gòu)，合理規(guī)劃并建立完善的保護(hù)線網(wǎng)絡(luò)是十分有效的途徑，也是當(dāng)前最可行的途徑之一。