高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護分析

尤龍

摘要：隨著科學技術的不斷發展和交通運輸行業的持續進步，高速鐵路建設工程項目越來越多，極大地便利了人們的出行，提高了出行效率。高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護系統的設置對于高速鐵路的安全可靠運行有著至關重要的影響。本文主要針對高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護的相關問題以及具體解決對策進行探究，希望能夠為高速鐵路持續安全的運轉提供一定的參考。

關鍵詞：高速鐵路;牽引供電接觸網;雷電防護;策略

1前言

根據調查研究顯示，高速鐵路運行的穩定性和安全性直接與牽引供電系統接觸網雷電防護性能相關，一旦接觸網雷電防護系統受到破壞，將會影響高速鐵路的正常安全運行，誘發高速鐵路運行安全事故。因此，需要加強對高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護對策的分析研究，明確可能存在的雷擊風險，并采取針對性的措施進行解決和優化。

2高速鐵路牽引供電接觸網概述

2.1接觸網結構

當前我國鐵路建設主要采取的是A-T供電模式，正線采取全補償彈性鏈型懸掛方式，實現接觸網與A-F線網的同桿架設。在支柱定位處增設一根彈性吊索，并懸掛彈性鏈形可以極大地改善接觸網的彈性功能，將彈性不均勻系數控制在0.1以下，同時也能夠改善受電弓的運行軌跡。其次，通過對接觸網懸掛參數配置的優化，能夠保證接觸網與受電弓系統之間的良好受流，避免由于離線問題所造成的電磁干擾，改善受流質量，提高系統的環保性。我國高速鐵路防雷系統的設計原則依據的是《鐵路防雷電磁兼容及接地工程技術暫行規定》以及《鐵路電力牽引供電設計規范》這兩個文件，并根據雷電日的天數劃分成四個等級，包括少雷區、多雷區、高雷區以及強雷區[1]。

2.2接觸網雷擊方式分析與計算

通過對接觸網雷擊方式的探究與調研可以發現，接觸網遭受雷擊的次數和頻率與雷電日的多少呈現正比關系，雷電日越多接觸網就越容易受到雷擊。通過獲得的參數可以推算當承力索距離軌道面平均高度為七米以及接觸網側面界限為三米時，單線網接受雷擊的次數與平均年雷電日數呈現比例關系。如果累積過程中接觸電網出現過電壓時，當雷電擊中接觸網支柱之后，會將產生的沖擊雷電流層從支柱引入鐵路系統中。過電壓值的大小與支柱沖擊接地電阻大小、支柱等值電感以及雷電流的幅值相關，呈現非線性的正相關關系。其次，雷電通道會產生與電流極性相反的感應電磁場，接地電阻直接影響感應電荷以及感應過電壓的大小。隨著接地電阻值的增大，感應電荷感應過電壓的疊加值也相應增大，使得散落雷電流幅值和絕緣子閃絡概率增大。因此，在通過雷擊事故產生電壓之后可以形成絕緣子閃絡雷電流，通過支柱接地線以及鋼軌進入地面，過電壓減低。在進行復雜接觸網計算過程中，需要盡可能的結合現實數據支撐，加強對我國高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護措施的研究，充分掌握雷電防護措施，使得鐵路交通更加安全可靠[2]。

3高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護存在的問題

目前高速鐵路牽引供電系統雷電防護方面的缺陷主要體現在沖擊接地電阻直擊雷防護以及不同區域雷電防護差異性方面。高速鐵路相對于普通鐵路來說，牽引電流更大，鋼軌線路電阻也比較大，在日常維護和工作過程中容易引發觸電事故，而且高速鐵路絕緣系統的老化速度也比較快，影響牽引供電系統的正常工作。針對當前高速鐵路應用的綜合接地模式，需要在部分地段打接地極，對于電阻的控制要求十分嚴格。但實際高速鐵路建設過程中遇到雷擊事故時，受到雷電流的沖擊，會引起接地電阻超過正常值，發生絕緣子閃絡問題，影響鐵路的正常穩定通行。其次，高速鐵路牽引供電系統在進行接觸網防雷設計過程中，參考的是普通鐵路接觸網的規范，并沒有架設避雷線，只是針對關鍵設備加設避雷器。高架橋作為高速鐵路的主要結構，由于缺乏避雷線的保護，在遇到直擊雷時很容易影響接觸網的工作，直擊雷一般從正饋線以及保護線進行入侵，會造成腕壁絕緣子閃絡、懸式絕緣子閃絡以及兩種絕緣子共同閃絡現象。另外，不同地區土壤和雷電的參數也各不相同，高速鐵路建設具有跨度大線路長的特征，一條高速鐵路中可能會存在多種雷電參數以及土壤參數，不同參數雷電的危害程度也不一致，因此，需要進行針對性雷電防護系統的設計。但從當前高鐵雷電防護設計實際開展情況來看，并沒有將這些差異性充分考慮進去，導致防護對策并不完善和科學，無法充分發揮出雷電的防護作用[3]。

4高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護對策

4.1科學架設避雷線

接觸網架空地線的主要作用是為二次系統提供線路接地保護動作判據，工作人員可以適當的抬高PW線的安裝位置，在維護原有功能的基礎之上，同時具備避雷線的功能，這種避雷措施經濟性較好，避雷效果優異，例如太焦鐵路;工作人員在避雷線架設過程中，首先需要計算分析PW線對T線和F線的雷電屏蔽效果，接觸網上行和下行兩條PW線會對F線構成正保護腳屏蔽，可以極大地降低F線繞擊跳閘概率，對T線構成負保護角屏蔽，使得T線繞擊掉閘率降低為零。由此可見，把PW線抬高擁有良好的雷電屏蔽效果。同時，也需要計算研究雷電在擊中PW線之后接觸網的反擊跳閘概率。除此以外，也可以在區間隧外柱頂單獨增設鋼絞線作為專用避雷線，例如成貴高鐵。結合實際工程項目中橋墩以及接觸網支柱相對位置的隨機性特征，需要具體情況具體分析。工程統計數據表明，高速鐵路接觸網雷擊跳閘率相對較高，采取有效措施可以顯著降低接觸網雷擊跳閘概率，提高接觸網的耐力性能，接觸網感應雷跳閘率明顯小于直擊雷跳閘率，說明接觸網跳閘的主要原因不是感應雷造成的。在進行接觸網雷電防護時，需要重點針對雷電直擊F線采取針對性的措施[4]。

4.2接觸網防雷措施的系統規劃

從當前高速鐵路運行狀態來看，雷擊接觸網對社會經濟造成了很多不良影響，需要加強對鐵路接觸網雷擊防范措施的研究與重視，明確接觸網遭受雷擊的主要原因，并采取有效措施進行規避。工作人員可以結合鐵路運行供電的不同形式確定相對應的防雷措施，制定有效的接觸網防雷方案，按照實際跳閘統計數據以及雷擊區域分析制定防雷措施。

4.3加強對工程施工過程的把控

在進行接觸網防雷工程項目建設過程中，需要做好對施工現場的管理及施工環節的把控，保證防雷項目落實的可靠性和科學性。首先，對于區間接觸網需要在接觸網支柱頂端輻射獨立架空避雷線，起到良好的避雷效果。同時，需要科學設計接地電阻，最大限度地減少接觸網遭受直擊雷或反擊雷對絕緣部件的破壞程度和損壞概率。其次，在進行接觸網雷電防護設計過程中，工作人員需要對當地氣候條件、雷電強度以及接觸網跳閘次數進行系統全面的統計，結合經濟技術手段明確雷電防護措施的可行性。另外，避雷器以及避雷線的相關供電設施的信號的接地點需要設置在距離支柱接地體15米以上，有條件時可以獨立設計避雷針或者避雷器的接地極，核算雷電防護措施的質量。

5結束語

綜上所述，高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護的有效性和質量直接關系著高速鐵路運行的穩定性和安全性，需要加強對接觸網雷電防護措施的重視，明確雷電防護事故的主要原因，并采取有效措施進行解決，保證鐵路系統可以正常安全的運行，促進高鐵行業的可持續發展。

參考文獻

[1]康佳.芻議高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護措施[J].科技與創新，2014，（14）.

[2]王永生.高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護[J].城市建筑，2015，（6）.

[3]邊凱，陳維江，王立天，等.高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護[J].中國電機工程學報，2013，（10）.

[4]肖潮.高速鐵路牽引供電系接觸網雷電防護措施探析[J].科技視界，2015，（17）.