高速铁路接触网防雷措施及建议

【摘 要】在高速铁路牵引系统中最为重要的一部分内容就是接触网，由于在实际应用中其经常暴露在自然环境中，如果没有响应的保护工作，很容易出现跳闸现象，这会对整个铁路线路的正常运行造成影响。此外，雷击也会对电气设备造成破坏，所以做好防雷保护措施十分重要。本文就对高速铁路接触网防雷措施进行深入探讨。

【关键词】高速铁路;接触网;防雷措施;建议

接触网是牵引供电系统的重要组成成分，在当前的建设中，接触网大部分处于裸露状态且后备能力较弱。高速铁路接触网的防护措施缺乏或效用较低，都将会直接导致绝缘子的损坏，可能会导致跳闸情况发生。其不仅不利于铁道运营，对系统内的相关电气设备造成损坏，严重的还会对相关人员的安全造成威胁。所以加强接触网防雷技术的研究是十分必要的。

1、简要分析我国接触网当前的防雷设计

就我国目前的情况来看，高速铁路工程的建设规模不断扩大，而且没有一套完善的备用系统，在运营过程中如果发生雷击故障就会很难恢复，严重影响该区段的正常供电。根据我国有关部门的规定，避雷线只能在处于强雷区的接触网才能配设，可是大多数高速铁路接触网都处在多雷地区，所以很容易发生雷击现象。为了更好地确保接触网的正常运行，就应该对相关的防雷技术进行不断地分析与研究，在实际操作过程中还应该严格按照相关的规定与标准来作为参考条件，这些规定为防雷接地技术和电磁兼容等各项操作都具有一定的指导性意见。在对雷区进行划分的时候，通常情况下应该结合该地区每年的雷电时间来实施，如果在20天以内就属于少雷区，如果在20天到40天之间就属于多雷区，如果在40天到60天之间则属于高雷区，多于60天的则属于强雷区。现如今大多數高速铁路接触网在进行防雷设计的时候，几乎都是采用装一定的避雷器或者是架设一定的避雷线以达到防雷的想过，然后在此基础之上不断加强对接触网接地装置的设计工作。如果入到一些重雷区、高架桥隧道口或者是高污染地区，在设计防雷装置的时候，还应该对所使用的避雷器具有一定的明确规定，相关的工作人员应该采用氧化锌避雷装置以更好地确保防雷效果。

2、高速铁路接触网防雷措施

2.1避雷器的防雷措施

雷电击中接触网时，如果产生的电压大于避雷器的放电电压，避雷器会立即将雷电流释放出来，并在工频电压下表现出高电阻，截断工频续流，避免绝缘子出现闪络的情况，使接触网持续稳定的工作下去。通过将线路避雷器安装在支柱上，可以有效降低雷击跳闸的概率。为了保证防雷效果，要尽量密集的安装避雷器。按照一个锚段设置一个避雷器的标准进行设置，可以将雷击跳闸率控制在0.452左右。按照接触网跳闸率的相关规定要求，雷击跳闸率的控制标准为0.83，因此，将跳闸率控制在0.452是符合规定要求的。但是由于避雷器经过长期使用会出现老化，安装过于密集并不科学。为了保证避雷效果，只需要将线路避雷器安装在雷击相对集中的地方。

2.2使用合成绝缘子

接触网受到雷击后，会出现重合闸失败的情况。究其原因，主要是因为工频续流电弧被灼烧后出现破损、炸裂，无法自动回复线路绝缘性，导致重合闸失败。为了避免绝缘子被烧毁，首先要疏导工频电弧，避免电弧在绝缘子的表面燃烧。其次，使用避雷器和避雷线来避免工频电弧和线路闪络建立。除此以外要注意提高绝缘子的抗灼烧能力。当前输配电线路中主要使用合成硅橡胶绝缘子和玻璃绝缘子两种，在抵御灼烧能力方面，合成绝缘子具有明显的优势，当合成绝缘子被工频电弧灼烧时，喷出的气体会发挥吹弧效果，使电弧从绝缘子的表面离开。此外，在局部受热的情况下，硅橡胶材料不会马上炸裂，有助于恢复绝缘线路。在经过烧灼后，合成绝缘子伞群不会脱落，并且具有良好的绝缘效果，线路达到了重合闸的效果。而瓷绝缘子如果被灼烧，伞群落会全部掉落，绝缘效果会完全丧失，线路就不能重新合闸成功。虽然，合成绝缘子有良好的抗灼烧能力，但工频电流弧仍会破坏合成绝缘子。

2.3接触网防雷接地

《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2011）中规定：对于国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物，应划为第二类防雷建筑物。对于第二类防雷建筑物外部防雷装置的接地应和方闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置，并应与引入的金属管线做等电位连接。高速铁路接触网支柱一般为钢支柱，接触网支柱上无论是否有避雷线或避雷器，雷击时均有可能成为雷电流的引下线，当采用综合接地系统时，几乎每根支柱与贯通地线都有连接。《高速铁路设计规范》（试行）第21.4.4.2规定：“牵引网中的防雷接地装置在贯通地线上的接入点与其他设备在贯通地线的接入点间距不应小于15m。”故接触网的防雷接地应充分利用铁路的综合接地。牵引供电系统的防雷与牵引供电系统的接地乃至铁路工程的综合接地系统间有着密不可分的关系，它属于系统工程。综合贯通地线具有集中接地和牵引回流功能，同时综合贯通地线是沿线电气设备的共同接地体，目前在我国高速铁路中广泛使用。综合接地系统的接地电阻不应大于1Ω，在综合接地施工过程中及施工完成时均应实测接地电阻，如达不到要求，应采取可靠有效的降阻措施。降低接地电阻可以有效提高接触网的耐雷水平。

3、强雷区接触网防雷改进措施建议

（1）根据武广高铁、海南东环铁路、广深港高速铁路防雷工程实际效果分析可知，当线路处于强雷区时，架设避雷线作为主要防雷措施，可极大提高线路耐雷水平。另外，既有运营线路也可考虑升高PW线、回流线兼作避雷线的方式加强防雷，既可兼顾防雷效果，又具有较好的经济性。（2）根据西南交通大学和中铁二院工程集团有限责任公司海南东环铁路接触网防雷仿真计算研究表明：选用避雷器对设备耐雷水平的提升作用非常显著，但避雷器的保护范围非常小，只有在每2个档距间装设一组避雷器，其防雷效果才等同于安装避雷线的防雷效果，此外增设避雷器可能降低接触网运行可靠性，因此不建议采用避雷器作为强雷区高速铁路接触网主要的防雷措施。但各地可根据雷电活动情况、典型地理环境特征及设备集中程度适当增设避雷器，且相关研究结果也显示，通过安装避雷器与降低接地电阻配合使用的方式，可有效提高线路耐雷水平。（3）除采取避雷线、避雷器等吸收直击雷方式加强防雷外，强雷区段可通过采用优化设计绝缘子间隙形状、适当调整间隙距离的方法，利用绝缘子间隙疏导雷电流，达到防绝缘闪络、提高冲击放电电压水平的目的，间接提高线路耐雷水平。（4）除单独采用上述防雷措施外，根据雷电特性及强雷区其他现场实际经验，也可采取其他防雷措施，如采用双重绝缘、减小接触网支柱接地电阻、提高AF线绝缘强度等组合方式，取得更为理想的防雷效果。

4、结语

综上所述，为解决沿海高速铁路处于高、强雷地理气象环境下，遭受雷击造成接触网跳闸频繁的问题，采用架设避雷线及降低接地电阻措施进行接触网防雷保护，效果最佳，方案切实可行，经济及社会效益可观，建议在沿海高速铁路中进行推广应用。同时，建议在沿海高普速及内陆高、强雷地电气化铁路中将其作为既有线改造、新线建设的接触网防雷保护标准进行实施。

参考文献：

[1]张鹏远.电气化铁道牵引网的防雷保护研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2017.

[2]邵立华.铁路防雷及接地工程的技术要求[J].中国铁路，2018，（12）.

[3]李康.高速电气化铁路接触网防雷研究[J].电网与清洁能源，2016，28（7）.

（作者单位：中铁电气化局集团三公司）

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