淺談貴陽北樞紐接觸網防雷存在主要問題及解決措施

摘 要：分析了貴陽北樞紐近幾年來接觸網受雷擊影響情況，對貴陽北樞紐接觸網防雷措施的采取及目前國內外相關防雷技術應用進行分類討論，并結合目前樞紐高鐵接觸網系統防雷存在的缺陷提出了解決措施。

關鍵詞：高速鐵路;接觸網系統;防雷;接地

Abstract： The article analyzes the impact of lightning strike on the overhead contact system of Guiyang North Hub in recent years， discusses the lightning protection measures taken for the overhead contact system of Guiyang North Hub and the application of related lightning protection technologies at home and abroad， and puts forward some improvement measures in combination with the defects existing in the lightning protection of the current high-speed railway overhead contact system.

Key words： high - speed railway;OCS; lightning protection;? earthing.

0? 引言

貴陽北樞紐高鐵橫跨東西縱貫南北，連接著滬昆、成貴、貴廣、渝貴等多條高鐵大動脈，貴州地理條件及氣候千差萬別，情況復雜，尤其是高速樞紐鐵路采 用高架橋形式，接觸網成為較多的小區域內的相對高點，使得其遭受雷害的幾率大大增加，一旦遭受雷擊則 易造成絕緣閃絡斷裂、線路跳閘等事故，甚至更嚴重時會 導致接觸網垮塌影響動車運行，對鐵路運輸和旅客安全造成巨大影響。因此，貴陽北樞紐接觸網的防雷是保證電氣化鐵路安全、穩定、不間斷供電的一個重要環節。

1? 貴陽北樞紐概況

貴陽北樞紐管轄貴陽北渝貴貴廣場、成貴場以及滬昆場、通過多條聯絡線連接滬昆、貴廣、成貴等多條重要高鐵線路、涵蓋貴陽北動車所一、二場及8條動走線，總管轄接觸網設備有620條公里牽引供電設備，具有單項設備數量多、設備數量分散、供電方式復雜以及外部運行環境惡劣。根據調查貴陽北樞紐設計的高程平均為1257米，貴陽市平均雷暴日為51.8d，屬于高雷區。貴陽北樞紐的昆開北聯絡線、成貴滬昆聯絡線以及渝昆聯絡線等多條聯絡線都是采用高架橋形式架設，從而使得其受雷擊影響概率加大。

2? 防雷設計概況

2.1? 貴陽北樞紐接觸網防雷現狀

貴陽北樞紐高速鐵路接觸網防雷設計主要依據 TB10758-2010 《鐵路電力牽引供電設計規范》和 TB10621-2014《高速鐵路設計規范》的相關規定：“在重污染或重雷區以及高路基、高架橋、隧道口等重點地段的接觸網應增設金屬氧化物避雷器”。

重點安裝部位包括：分相和站 場端的絕緣關節、長度超過 2000 m 隧道兩端、供電線或 AF 線連接到接觸網上的連接處、需要重點防護的設備。統計表明，目前國內對接觸網線路的防雷措施并不完善，因接觸網遭雷擊而引發的雷害現象時有發生，尤其是雷害活動頻繁的路段。

根據2019年的跳閘數據統計，全年貴陽北樞紐管內共跳閘18次，因雷擊跳閘有8次，占比45%;2020年貴陽北樞紐共計跳閘20次，其中雷擊跳閘12次，占比60%，2021年避雷線加裝后，貴陽北樞紐共計跳閘18次，其中雷擊跳閘僅1次，占比僅5%;由此可以看出樞紐因雷擊跳閘產生的影響很大，架空避雷線能起到一定的防雷效果。舉例：比較嚴重兩次跳閘有：一次是在2019年4月18日，貴陽北變電所219KX因雷擊跳閘產生大電流，導致貴陽北站貴廣場16道3345#桿斜腕臂絕緣子被雷電過電壓擊爆炸裂，重合不成功，導致接觸網垮塌;另一次是2020年6月4日，貴陽北樞紐因為雷擊導致貴陽北變電所218、219KX、247KX、248KX、244KX、217KX、220KX以及小碧變電所211、214KX跳閘，導致分段器燒損3臺、絕緣子放電擊穿10余只，直接經濟損失近10余萬元，對設備造成很大影響。

2.2? 國外接觸網防雷措施

據統計，每100 km 接觸網在一年時間內可能遭受1 次雷擊，并且不考慮直擊雷的防護。僅在雷電頻繁發生的地區采用避雷器實現對雷電過電壓的限制，而在其他區域則不設置防雷裝置。日本是典型的海洋島國，雷電活動頻繁。以雷擊頻度及線路重要程度為基準，用 A、B、C 三個區域劃分國土的防雷等級，規定了相應的防雷措施。

3? 接觸網系統雷害分類

根據雷擊的部位不同，雷擊接觸網線路可分為 3 種情況：雷擊地面產生感應雷對接觸網影響;雷擊支柱引起雷電壓反擊;雷直擊接觸網。前兩種情況都是由于電磁場的劇烈變化，在接觸網上產生感應過電壓;后者則是由于流經接觸網很大的雷電流所形成的行波過電壓。

3.1? 雷擊地面產生感應雷對接觸網影響

當雷擊點距接觸網的距離 S>65 m 時，接觸網上的感應過電壓，50%閃絡電壓是衡量絕緣子耐雷水平的重要參數，即當絕緣子上的電壓超過該值時即發生閃 絡，損傷絕緣引起跳閘。

3.2? 雷擊支柱引起雷電壓反擊

雷擊接觸網支柱也會引起絕緣子閃絡。當雷擊支柱時，雷電流通過支柱流入大地形成反擊過電 壓，再加上接觸網導線上產生感應過電壓，將會產生很高的雷電過電壓。特別需要的場所沿接觸網架設避雷線。

3.3? 雷直擊接觸網

雷電流將沿接觸網兩側流動，由于接觸網很長，可認為分布在兩側的雷電流是對稱的。

4? 接觸網系統防雷

4.1? 接觸網防雷原則

通過分析研究，接觸網需遵循的防雷原則：劃分雷區等級，記錄雷擊跳閘率，二者結合，制定合理的防雷措施;戰場防雷和站房接觸網防雷相結 合;接地系統和接觸網防雷改造相結合;各種避雷 裝置互相結合，實現優勢互補;避雷器和接閃器相 結合。

4.2? 接觸網防雷關鍵技術措施

由國內外的防雷措施和防雷經驗可知，現階段防雷技術措施主要有以下幾點：

（1）安裝避雷線防雷。經驗表明架設避雷線有助于提高設備耐雷水平。架設避雷線主要是防直擊 雷，由于接觸網系統的絕緣等級較低，在雷電過電壓引起的絕緣子閃絡中，感應雷過電壓引起的閃絡 占絕大部分，故架設避雷線除了防直擊雷外，還應該具有防感應雷的功能。避雷線可以安裝在承力索 上方或者支柱上方，2021年貴陽北樞紐在站場供電線支柱上安設避雷線，起到很好的防雷效果，據統計今年跳閘18次，僅1次為雷擊跳閘，跳閘處未加裝避雷線保護。

（2）安裝避雷器防雷。避雷器數目越多，雷擊跳閘率就越低，因此在貴陽北樞紐站內加裝一定數量避雷器，能達到較好的避雷效果，2019年貴陽北樞紐在重要處所加裝88臺避雷器，通過統計避雷器動作次數，避 雷器的密集安裝能起到一定的防雷作用。然而，避雷器對過電壓的保護是有限的，并不適合所有區段，因此在雷擊比較集 中的地段安裝線路避雷器，效果比較理想。

（3）選用絕緣性能強的絕緣子。雷電使絕緣子損壞后絕緣性能無法恢復是導致牽引供電系統故障的 重要原因。污穢環境會使絕緣子耐受雷電過電壓的 能力下降，因此，在污染嚴重或風沙較大的地區應 采用大爬距、抗污性能好的復合絕緣子;雷雨天雨水在絕緣子表面形成的水流造成絕緣閃絡也是常 見的情況，故可選用傘裙結構和大爬距的絕緣子。

（4）保證可靠接地，回流系統良好。加強對貴陽北樞紐回流系統的暢通，因此有效的接地技術也是防雷技術的關鍵環節，可靠地接地使得雷電流順利釋放。從工作 性質上接地可分為工作接地和安全接地。

5? 現有防雷體系的不足以及改進措施

根據《高速鐵路設計規范》和《鐵路電力牽引供電設計規范》，并結合近些年各條高鐵防雷措施存在的缺 陷，在充分分析和研究基礎上提出了以下改進措施。

5.1? 加強對直擊雷防護。高鐵接觸網防雷設計主要參考電力系統 35 kV 輸電線路，全線大部分都未設置避雷線。由于現行的接觸網系統僅在 關鍵部位增加避雷器和接觸網本身的架設高度，導 致現行的防雷體系在實際運行中對直擊雷和感應雷的防范效果并不好，尤其是對直擊雷。改進措施 是在可靠位置增加避雷線，能有效起到防雷的目的。

5.2? 采用避雷器在線監測技術。京滬高鐵目前安裝的避雷器大都采用氧化鋅避雷器，這種避雷 器存在的缺陷是電阻片隨著動作次數而老化引起 失效現象。采用避雷器在線監測技術是將泄漏電流 監測裝置和避雷器放電計數器整合在一起進行監 測，通過監測避雷器漏電流大小和計數器動作次數，及時掌握避雷器的運行性能。

5.3? 考慮不同區域雷電防護的差異性。貴陽北樞紐設計貴廣、滬昆、渝貴和成貴等多條高鐵線路，即使是同一線路不同地區雷電頻度、強度和土壤電阻率差異很大。建議根據不同區 域不同線路歷年雷擊跳閘數據，氣象數據，土壤參數等因地 制宜，設計安裝不同類型和規格的避雷裝置。

6? 結語

結合貴陽北樞紐高鐵目前的防雷體系，分析雷電對接觸網造成的危害、防雷重點部位、防雷措施等，發現其中的缺陷并進行針對性的改進，這些措施對樞紐設備防止接觸網雷擊跳閘，提高接觸網防雷性能，保證鐵路運輸的可靠性具有指導意義。

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作者簡介：

陳龍，1989年04月出生，漢族，籍貫貴州省黎平縣，畢業西南交通大學本科學歷，職稱為助理工程師，主要研究方向：高鐵接觸網供電及防雷體系研究，現工作在成都局集團有限公司貴陽供電段，任貴陽北供電車間副主任;