高速鐵路防雷措施分析

劉翔瑞

摘要：接觸網作為給動車組供給電能的金屬線索，雷擊導致接觸網跳閘是不可避免的問題。接觸網的防雷措施在高速鐵路的設計過程中是必不可少的安全措施。在現有的已經投入運行的高速鐵路中，常見的防雷措施有安裝避雷器和加裝避雷線等。本文通過分析這兩種常見的防雷措施的原理以及在使用過程中的運行維護情況進行分析總結經驗，以提高接觸網供電穩定性，為設備管理單位的日常檢修提供參考。

關鍵詞：高速鐵路 接觸網 防雷措施 避雷器 避雷線

1.引言

1.1雷擊的危害

對接觸網來說雷擊又被稱為外部過電壓，相比于牽引供電系統諧振造成的內部過電壓，外部過電壓更容易對接觸網本身造成損壞。雷擊導致的接觸網跳閘，會造成接觸網絕緣子永久性擊穿導致絕緣性能下降，未能及時發現并更換的絕緣子還有可能導致第二次雷擊擊穿。一旦發生跳閘，將會嚴重影響行車秩序。

1.2接觸網防雷措施的選擇

高速鐵路防雷措施是在高速鐵路規劃線路時就應當考慮的重要因素。防雷措施的選擇與鐵路周邊的環境，鐵路本身的地理位置，線路基礎息息相關。目前高速鐵路常用的避雷措施有安裝氧化鋅避雷器和架設獨立的避雷線兩種。

《鐵路電力牽引供電設計規范》和《高速鐵路設計規范》都對告訴鐵路避雷器安裝位置和避雷線的裝條件有著明確的規定。

2.氧化鋅避雷器

2.1氧化鋅避雷器的工作原理

在正常的27.5KV工頻交流電壓下，電阻極大，能有效的阻斷工頻續流，使線路保持正常運行。在雷電過電壓的作用下電阻變得很小能順暢的對地泄放電流。

2.2氧化鋅避雷器的實際運行環境

氧化鋅避雷器的安裝位置嚴格按照相關規定安裝在絕緣錨段關節處、接觸網上網點、高架橋、隧道口等重點地段。絕緣錨段關節和接觸網上網點由于安裝有隔離開關和上網網電纜等附加設備導致接觸網支柱高度增加，更容易遭受雷擊。以雙臺避雷器柱頂安裝為例，避雷器在現場的安裝位置如圖1所示。

2.3氧化鋅避雷器存在的問題

氧化鋅避雷器結構簡單，性能穩定便于維護和更換但避雷器本身的故障具有隱蔽性不易察覺。在每年的雷雨季節來臨之前都需要對避雷器進行檢查。檢查項目包含避雷器接地電阻、泄露電流、外觀檢查、雷擊次數。通過泄露電流檢查在工頻電壓下避雷器能否保持高阻特性，接地電阻及外觀檢查避雷器放電回路正常保證雷擊發生時能迅速將雷擊電流泄露至大地。此外每年需要更換一部分同一批次的避雷器作為樣本送檢檢測避雷器本身是否正常。

3.避雷線

3.1避雷線的工作原理

目前避雷線的安裝主要采用架空地線的形式，在電氣特性上起到屏蔽雷擊對接觸網的影響，降低接觸網對雷擊的吸引效果，減少雷擊擊中接觸網的概率，從而起到對接觸網的保護作用。

以川藏線為例經過對高架橋的環境及架設避雷器的場景進行模擬和理論分析可得，避雷線的架設有效的改變了導線的引雷寬度，從而降低了接觸導線的跳閘率。

接觸網導線的雷擊跳閘率為：

接觸網未架設避雷線前，AF 線和 T 線均完全暴露在雷電下，架設避雷線后直擊雷跳閘率大大降低，經過理論分析將架設避雷線前后的引雷寬度帶入公式可得出架設年雷暴日為40日的條件下，高架橋高依次為 10 m，15 m，20 m 時 AF 線閃絡率降低了 97.2% ， 96.6% ，95.2% ; T 線直擊雷閃絡率均降到 0.4次以下; 且架設避雷線前 AF 線閃絡率是 T 線的近三倍，應重點防護 AF 線。避雷線對 AF 線和 T 線的屏蔽效果十分優良，基本上可以規避直擊雷的危害。

3.2避雷線的設計需求

避雷線除了具備良好的導電性能外，還需要承受惡劣天氣的考驗。必須具備一定的機械強度的同時還要有良好的防銹蝕、抗彎抗拉以及承受瞬間大電流的能力。常用的避雷線有鍍鋅鋼絞線和鉛包鋼等。由于避雷線技術用于接觸網防雷時間尚短，其材料、結構形式、施工、驗收和運行維護都需要不斷總結現場經驗進行改進和完善。

3.3避雷線運行中存在的問題

3.3.1避雷線本身結構簡單，但安裝及維護困難。

目前避雷線的安裝在高速鐵路已經投入運行之后，對年累計雷擊次數滿足安裝要求后再次進行安裝。此時由于避雷線的安裝位置下方已經安裝了接觸線AF線等附加結構，新的避雷線只能由人工攀登支柱進行安裝支撐基礎和放線。

3.3.2檢查方便直觀但細小的損壞不易察覺。

在日常檢查的過程中主要對避雷線進行外觀檢查與接地電阻檢查。由于避雷線本身無絕緣保護層等遮蔽層，外觀檢查能夠很直觀的觀察到避雷線斷股、散股、雷擊傷痕甚至斷線等損壞。但由于避雷線架設高度較高且有接觸線索和附加線索的阻礙現有的作業手段難以對避雷線進行近距離觀察。

3.3.3發生斷線故障時影響較大。

避雷線采用長距離與接觸線索平行架設的方案，在避雷線發生斷線等故障時，容易發生斷開的線索搭接在接觸網上形成永久性故障。避雷線因斷線需要更換時，必須將原有的避雷線拆除再次架設避雷線。

3.3.4易受惡劣天氣影響。

避雷線長時間暴露在空氣中，易受惡劣天氣影響產生新的安全隱患。大風天氣，避雷線會隨風擺動導致與附近帶電線索空氣間隙減小，可能導致接觸網跳閘。尤其是在冬季，避雷線還存在覆冰的可能性。

結論

高速鐵路接觸網防雷措施是接觸網從設計建造開始就應當考慮并在實際運行過程中根據現場實際不斷完善的長期工作。高速鐵路接觸網防雷主要采用氧化鋅避雷器和加裝避雷線兩種方法。氧化鋅避雷器技術成熟，安裝更換方便，降低了人工成本，能夠滿足高速鐵路一般區段的防雷要求。對雷區及易發生雷擊跳閘的高架區段，可安裝避雷線提高接觸網防雷能力。雖然目前避雷線本身存在眾多安全隱患，但避雷線對接觸網的防雷擊能力有極大的提升。應當繼續探索避雷線在高速鐵路防雷領域的應用。

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