高路基膠新鐵路電氣化改造接觸網(wǎng)防雷措施淺析

劉琪

【摘 要】接觸網(wǎng)是沿鐵路上空架設(shè)的電氣化鐵路的主要供電裝置，接觸網(wǎng)線路長(zhǎng)，穿越山陵曠野，遭受雷電襲擊的機(jī)率大，容易受雷擊導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞，中斷鐵路運(yùn)營(yíng)。通過(guò)對(duì)膠新鐵路各地區(qū)的雷電分析，發(fā)現(xiàn)臨沂遭受雷擊較頻繁，屬于強(qiáng)雷區(qū)，建議膠新線臨沂地區(qū)接觸網(wǎng)設(shè)架空避雷線，確保電氣化鐵路供電設(shè)施的安全運(yùn)行和鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】高路基；雷害分析；接觸網(wǎng)；防雷措施

雷電災(zāi)害是 “聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。雷電流高壓效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏甚至數(shù)十萬(wàn)伏的沖擊電壓，足以擊穿絕緣層使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致燃燒、爆炸等直接災(zāi)害；電流高熱效應(yīng)會(huì)放出幾十至上千安的強(qiáng)大電流，并產(chǎn)生大量的熱能；雷電流能導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣損壞，線路上的絕緣子也會(huì)因?yàn)槔讚舳l(fā)生閃絡(luò)或碎裂、導(dǎo)線燒斷等事故。2011年7.23鐵路特大交通事故，原因之一就是雷擊導(dǎo)致列控中心設(shè)備和軌道電路發(fā)生故障，錯(cuò)誤地控制信號(hào)顯示，使行車處于不安全狀態(tài)。7.23事故，再次提醒我們，必須高度重視電氣化鐵路的防雷保護(hù)。

1.雷電成因及雷電災(zāi)害的活動(dòng)規(guī)律

雷電是雷云間或雷云對(duì)地面物體間的放電現(xiàn)象。在5～12km高度的雷云主要是帶正電荷，在1～5km高度的雷云主要是負(fù)電荷。當(dāng)云中電荷密集中心的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到25～30kV/cm時(shí)，就可能引發(fā)雷電放電。放電是由云端先發(fā)出一個(gè)不太明亮而以跳躍式向大地前進(jìn)的通道開(kāi)始的，這種放電叫做階躍式先導(dǎo)放電，它的平均速度是100-1000km/s，每躍進(jìn)約50米，就要停頓10-100μs，然后再繼續(xù)前進(jìn)。當(dāng)先導(dǎo)接近地面時(shí)，會(huì)從地面突出的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。當(dāng)迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇，主放電才開(kāi)始，主放電是從大地向云端發(fā)展的強(qiáng)烈的電荷中和過(guò)程，伴隨著出現(xiàn)雷鳴和閃光，出現(xiàn)極大的電流，隨著過(guò)程向上發(fā)展，其亮度逐漸減低，一到云端，主放電就完成了。在主放電過(guò)程結(jié)束后，云中殘余電荷經(jīng)過(guò)主放電通道流向大地，這一階段稱為余輝（余光）階段。余光階段過(guò)后，就結(jié)束整個(gè)脈沖放電過(guò)程。由于雷云中可能存在幾個(gè)電荷中心，大約有50%的雷云放電具有“重復(fù)放電”性質(zhì)。對(duì)我們生活產(chǎn)生影響的，主要是近地的云團(tuán)對(duì)地的放電。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近地云團(tuán)大多是負(fù)電荷，其場(chǎng)強(qiáng)最大可達(dá)20kV/m。

雷電的活動(dòng)規(guī)律：

（1）我國(guó)年平均雷電日數(shù)按地理環(huán)境的分布：南方多于北方；內(nèi)陸多于沿海；山地多于平原；在其它條件相同時(shí)，土壤導(dǎo)電性 較差的地區(qū)雷電活動(dòng)較弱。

（2）雷擊與地質(zhì)條件的關(guān)系：電阻率小的土壤，導(dǎo)電性好，易積聚大量電荷，為雷電流提供低阻抗通道；閃電放電通道常常不是直線，而是曲曲折折的；地下埋有金屬導(dǎo)電礦床處，金屬管線較密集的地方易落雷；地下水位高、礦區(qū)、小河溝、地下水出口處易受雷擊。

（3）雷電活動(dòng)與地形、地物的關(guān)系：在距地面二三十米的突出物上方發(fā)生雷擊的概率最大；對(duì)靠山和臨水的地區(qū)，臨水一面 的地洼潮濕地和山口、風(fēng)口、順風(fēng)的河谷的特殊地形構(gòu)成的雷暴走廊的地方易受雷擊；電線桿、 鐵路、架空電線和避雷針（線、帶、網(wǎng)）接地引下線都是雷雨云對(duì)地放電的最佳通道。

2.膠新鐵路沿線雷電災(zāi)害分析

膠新鐵路是我國(guó)首條建成的時(shí)速100公里客貨混運(yùn)鐵路，為I級(jí)單線半自動(dòng)閉塞鐵路，正線全長(zhǎng)約303.3km。膠新鐵路位于山東省的東南部和江蘇省的東北部，東瀕黃海，沿途經(jīng)過(guò)青島的膠州市，濰坊的高密市及諸城市，日照的五蓮及莒縣，臨沂的沂水、沂南、臨沂北、郯城至江蘇的新沂市。膠新鐵路98%在山東省境內(nèi)，2%在江蘇省境內(nèi)，因此，雷電災(zāi)害分析以山東省為主。山東電網(wǎng)雷電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)已于2007年底建設(shè)完成，積累了大量的雷電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)雷害的分析起到十分重要的作用。

2.1雷電災(zāi)害的地區(qū)分布特征

下圖反映了2004年～2009年雷電災(zāi)害在不同城市的分布情況，用不同顏色把17個(gè)城市分為三類：煙臺(tái)和臨沂雷擊事故分別為999起和556起，屬于事故高發(fā)區(qū)；濰坊、威海、濟(jì)南、淄博、青島、濟(jì)寧、日照、德州、泰安九個(gè)城市屬于事故多發(fā)區(qū)；其他地區(qū)為事故少發(fā)區(qū)。

2.2膠新鐵路沿線部分城市2008年1月1日至8月31日期間的雷電活動(dòng)情況

表-1

2.3雷電災(zāi)害分析結(jié)論

（1）2004年～2009年山東省雷電災(zāi)害月份分布呈單峰型，峰值出現(xiàn)在8月。每年6月～8月是雷電災(zāi)害發(fā)生最多的時(shí)期，雷電災(zāi)害起數(shù)約占總起數(shù)的79.93%。

（2）雷擊事故地區(qū)分布具有明顯的差異，煙臺(tái)和臨沂為事故高發(fā)區(qū)；濰坊、威海、濟(jì)南、淄博、青島、濟(jì)寧、日照、德州、泰安九個(gè)城市為事故多發(fā)區(qū)；聊城、濱州、菏澤、棗莊、萊蕪、東營(yíng)為事故少發(fā)區(qū)。

3.電氣化鐵路雷害分析及防雷措施現(xiàn)狀

電氣化鐵道的牽引系統(tǒng)由牽引供電系統(tǒng)（包括牽引變電所和接觸網(wǎng)）、電力機(jī)車兩大部分組成。鐵路運(yùn)輸對(duì)于接觸網(wǎng)的可靠性提出了越來(lái)越高的要求，接觸網(wǎng)絕緣水平也逐漸提高。接觸網(wǎng)絕緣爬距己提高到1200-1600mm，防污棒式絕緣子的雷電沖擊耐受電壓也達(dá)到了300kV；而牽引變電所供電設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓為200kV。牽引變電所是雷電沖擊的薄弱環(huán)節(jié)，必須采取必要的防護(hù)措施，削弱來(lái)自接觸網(wǎng)線路的雷電侵入波幅度和陡度，限制變電所內(nèi)的過(guò)電壓水平，才能避免電氣設(shè)備發(fā)生雷害事故。對(duì)于電氣化鐵道接觸網(wǎng)系統(tǒng)，雖然其絕緣水平比較高，應(yīng)用最多的耐污棒式絕緣子和復(fù)合懸式絕緣子串的雷電沖擊耐受電壓水平達(dá)到了300kV和270kV。但隨著鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，列車在運(yùn)行中產(chǎn)生的塵土、金屬粉塵及少量散裝貨物飄逸的粉塵、附近城市和工業(yè)污染、混合牽引產(chǎn)生的蒸汽、粉塵和油污等，絕緣子逐漸被污染，導(dǎo)致其雷電沖擊耐壓下降30%左右。污染絕緣子表面上的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電，但在遇到毛毛雨、霧、露等不利天氣時(shí)，污層將被水分濕潤(rùn)，電導(dǎo)大大增加，同時(shí)在工作電壓下的泄漏電流也大增。在一定電壓下，能維持的局部電弧長(zhǎng)度亦不斷增加，絕緣子表面上這種不斷延伸發(fā)展的局部電弧達(dá)到某臨界長(zhǎng)度時(shí)，電弧自動(dòng)延伸直至貫通，完成沿面閃絡(luò)。所以，電氣化鐵道接觸網(wǎng)遭受雷害較多。

根據(jù)我國(guó)鐵路牽引供電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，部分線路雷擊事故比較頻繁。具體危害表現(xiàn)為：一是雷電造成接觸網(wǎng)絕緣子閃絡(luò)，引起牽引變電站跳閘，嚴(yán)重影響了牽引供電的可靠性和供電質(zhì)量，并危及設(shè)備安全； 二是支撐接觸網(wǎng)設(shè)備的水泥桿支柱較大面積損壞，安裝于支柱上的接觸網(wǎng)受力金具燒蝕嚴(yán)重；三是影響鐵路信號(hào)的正常傳輸，并危及信號(hào)設(shè)備的安全，危及高速列車的運(yùn)行安全。因此必須采取相應(yīng)的措施，減少雷電對(duì)電氣化鐵路的影響。而接觸網(wǎng)線路長(zhǎng)，穿越山陵曠野，遭受雷電襲擊的機(jī)率大，容易受雷擊導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞，所以接觸網(wǎng)的防雷措施是研究的重點(diǎn)。

我國(guó)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)定：吸流變壓器的原邊應(yīng)設(shè)避雷裝置；重雷區(qū)及超重雷區(qū)和下列重點(diǎn)位置（分相和站場(chǎng)端部的絕緣關(guān)節(jié)、長(zhǎng)度2000m及以上隧道的兩端、供電線或AF線連接到接觸網(wǎng)上的連接處）應(yīng)設(shè)避雷裝置。通過(guò)規(guī)范可以看出，接觸網(wǎng)沒(méi)有避雷線，不能有效防止直擊雷，接觸網(wǎng)僅裝有少量的避雷器，其工作接地直接接在鋼軌上，或接入軌道電路的軛流變壓器線圈中點(diǎn)。這種方式對(duì)防止雷電過(guò)電壓是不夠的。

4.高路基與普通路基電氣化鐵路雷電參數(shù)的比較

膠新鐵路K0+000—K87+482、K127+200—K303+330是處于曠野的平原地區(qū)，路基主要有高路堤、高架橋梁組成，路基高度5-12米，占正線全長(zhǎng)的86.8%；同時(shí)膠新鐵路50%的區(qū)段位于臨沂市，臨沂又是雷擊事故的高發(fā)區(qū)。膠新鐵路特殊的地理位置和路基構(gòu)成，決定防雷措施不能等同一般的普速鐵路。

膠新鐵路電氣化改造，采用如下設(shè)計(jì)：供電方式采用帶回流線的直接供電方式，全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛；接觸線導(dǎo)高為6000mm，結(jié)構(gòu)高度1400mm；區(qū)段接觸網(wǎng)腕臂柱一般采用橫腹式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱，側(cè)面限界3.1米，支柱高度12.1米（路肩以上高度8.5米，埋深3.6米）。絕緣泄漏距離按不小于1200mm 設(shè)計(jì)；腕臂用絕緣子一般采用瓷質(zhì)棒式絕緣子，懸式絕緣子串選用重污型，參數(shù)如下表：

表-2

接觸網(wǎng)在下列位置設(shè)置氧化鋅避雷器：分相和站場(chǎng)端部絕緣錨段關(guān)節(jié)；特大橋以及隧道的兩端；供電線的接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)。

為進(jìn)一步研究路基高度變化對(duì)接觸網(wǎng)遭受雷電的影響，我們假定普通路基相對(duì)高度為2米，膠新鐵路路基相對(duì)高度取6米。

4.1 100km接觸網(wǎng)年平均受雷擊的次數(shù)的變化

N=γ×100×（b+4h）/1000×Td （次/100km·年）

雷暴日（Td）取40，地面落雷密度γ取0.07，b取3.1米，雷電流波前的平均陡度為α=I/2.6 （kA/μs）。

則N=0.28×（b+4hC） （次/100km·年）

對(duì)于普通路基鐵路，hC=2+8.4=10.4

對(duì)于高路基鐵路，hC=6+8.4=14.4

所以，△N%=26.4%

4.2雷擊接觸網(wǎng)附近大地時(shí)接觸網(wǎng)上的感應(yīng)雷過(guò)電壓

雷擊線路附近大地時(shí)，當(dāng)S>65m時(shí)：U=25×I×hc/s

所以，△U%=28%

由以上分析可以看出，由于路基高度的增加，百公里落雷次數(shù)增加了26.4%，雷擊感應(yīng)電壓增加了28%，接觸網(wǎng)遭受雷電災(zāi)害的影響更加明顯，因而必須采取相應(yīng)的措施，確保接觸網(wǎng)的供電安全。

5.膠新鐵路接觸網(wǎng)雷擊災(zāi)害理論分析

對(duì)于帶回流線的直接供電系統(tǒng)，主要分析以下三個(gè)方面：雷擊其接觸網(wǎng)附近的地面，在接觸網(wǎng)支柱上引起感應(yīng)過(guò)電壓；雷擊接觸網(wǎng)支柱，在支柱上產(chǎn)生沖擊電壓、在接觸網(wǎng)上引起感應(yīng)過(guò)電壓；雷直擊于接觸網(wǎng)導(dǎo)線（承力索），在接觸網(wǎng)導(dǎo)線（承力索）上產(chǎn)生行波過(guò)電壓。

5.1雷擊接觸網(wǎng)附近地面

⑴對(duì)于雷擊點(diǎn)與線路之間的距離大于65m的情況下，接觸網(wǎng)導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓的最大值可由以下公式求得：

U=25×I×hc/s

由表3-2知，膠新鐵路接觸網(wǎng)的絕緣采用棒式絕緣子，其沖擊絕緣水平為310kV，導(dǎo)線（承力索）懸掛距地面高度為14.4m，雷擊距接觸網(wǎng)65m處的地面，引起接觸網(wǎng)閃絡(luò)的雷電流為：

I=60（kA）

雷電流幅值的概率為P

lgP=-

所以，P=20.8%，即沿線20.8%的雷云對(duì)接觸網(wǎng)附近（大于等于65m）的地面放電都可能引起接觸網(wǎng)的絕緣閃絡(luò)。

⑵架空回流線上的感應(yīng)過(guò)電壓

接觸網(wǎng)架空回流線的絕緣采用針式絕緣子，其沖擊絕緣水平為75kV，架空回流線懸掛高度為14m，雷擊距接觸網(wǎng)65m處的地面。引起架空回流線閃絡(luò)的雷電流為：

U=25×I×hc/s，則I=13.93（kA），P=69.5%

即沿線69.5%的雷云對(duì)接觸網(wǎng)附近（大于65m）的地面放電都可能引起架空回流線的針式絕緣閃絡(luò)。

5.2雷擊接觸網(wǎng)支柱

當(dāng)雷擊支柱的頂部時(shí)，雷電流沿支柱入地并在支柱上產(chǎn)生沖擊過(guò)電壓，該值與支柱的沖擊接地電阻和雷電流幅值及支柱等值電感相關(guān)，同時(shí)雷電通道產(chǎn)生的電磁場(chǎng)迅速變化，在線路上產(chǎn)生與雷電流極性相反的感應(yīng)電壓，該值與接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度、雷電流平均值成正比。沖擊過(guò)電壓和感應(yīng)過(guò)電壓的疊加值，隨著接觸網(wǎng)支柱的接地電阻升高而升高，即引起閃絡(luò)的雷電流幅值和絕緣于閃絡(luò)概率隨接觸網(wǎng)支柱的接地電阻而增加。

對(duì)于接觸網(wǎng)支柱，都單獨(dú)設(shè)置了接地極，接地體的接地電阻R≤30Ω，從接地點(diǎn)反射回來(lái)的電流波立即達(dá)到支柱頂部，使入射電流加倍，因而注入線路的總電流即為雷電流，而不是沿雷道波阻抗傳輸?shù)娜肷潆娏鳌＠讚艚佑|網(wǎng)支柱時(shí)，雷電流沿支柱入地，在支柱上產(chǎn)生的沖擊電壓為：

U=R I+L

式中：R—支柱的沖擊接地電阻，L—支柱的等值電感。

對(duì)于膠新鐵路，取R=20Ω，對(duì)12.1m高的預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土支柱，取L=10μH

雷擊支柱時(shí)，雷電通道產(chǎn)生的電磁場(chǎng)迅速變化，在線路上產(chǎn)生與雷電流極性相反的感應(yīng)電壓，其值按規(guī)程給出的計(jì)算式為：

U2=I×hc/2.6

式中U2—感應(yīng)電壓（kV），工—雷電流（kA），hc—導(dǎo)線離地高度（m），取14.4m.

由于雷擊支柱產(chǎn)生的反擊過(guò)電壓與雷擊支柱在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓極性相反，實(shí)際上接觸網(wǎng)棒式絕緣子承受的電壓應(yīng)為兩者之和，即U=U1+U2

接觸網(wǎng)的絕緣水平為310kV，雷電流波形取斜角平頂波，波頭長(zhǎng)度2.6μs，引起閃絡(luò)的雷電流幅值為：

I=U/（R+（L+ hc）/2.6）=310/（20+（10+14.4）/2.6）=10.55（kA）

能夠引起接觸網(wǎng)閃絡(luò)的雷電流幅值為10.55kA，雷電流概率P=76%

即膠新鐵路沿線當(dāng)雷擊支柱時(shí)，76%的雷會(huì)導(dǎo)絕緣子閃絡(luò)。

5.3雷直擊接觸網(wǎng)

雷擊接觸網(wǎng)承力索產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓同樣與雷電流幅值成正比，即雷擊過(guò)電壓約為100倍的電流幅值，雷擊承力索將產(chǎn)生幾百到幾千kV過(guò)電壓。

U=100I

膠新鐵路接觸網(wǎng)的絕緣采用棒式絕緣子，其沖擊絕緣水平為310kV，所以，I=3.1KA，則雷電流概率P=92.2%，即雷擊膠新鐵路接觸網(wǎng)承力索時(shí)，92.2%的雷會(huì)導(dǎo)絕緣子閃絡(luò)。

當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)時(shí)， 如果靠近被擊點(diǎn)支柱上絕緣子閃絡(luò)， 雷電流入地且不產(chǎn)生過(guò)電壓， 接觸網(wǎng)的自動(dòng)重合閘等保護(hù)裝置能夠切除工頻入地續(xù)流。問(wèn)題在于當(dāng)靠近被擊點(diǎn)的支持絕緣子閃絡(luò)， 雷電流入地，將在支柱的等值電感、支柱與鋼軌的等值接地電阻上產(chǎn)生很大的沖擊壓降。這個(gè)電壓降將以行波方式繼續(xù)作用于接觸網(wǎng)。當(dāng)這個(gè)電壓超過(guò)接觸網(wǎng)的絕緣水平， 將繼續(xù)引起支柱絕緣子閃絡(luò)， 即： 雷電流引起一個(gè)絕緣子閃絡(luò)后， 剩余的能量仍能引起多點(diǎn)閃絡(luò)。另一方面由于支柱的接地電阻鋼軌過(guò)渡電阻大， 雷電流泄漏通道不暢，一處閃絡(luò)后， 剩余的能量仍比較大， 也能引起一系列絕緣子相繼閃絡(luò)。絕緣子相繼閃絡(luò)， 不但使得總的工頻入地續(xù)流大大增加， 而且使得閃絡(luò)事故總持續(xù)時(shí)間大大增加，這些都可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)的自動(dòng)重合閘等保護(hù)裝置不能有效地切除故障。

通過(guò)以上理論分析可見(jiàn)，對(duì)于膠新鐵路，當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)附近地面時(shí)，20.8%的雷云都可能引起接觸網(wǎng)的絕緣閃絡(luò)，69.5%的雷云都可能引起架空回流線的針式絕緣閃絡(luò)；當(dāng)雷擊支柱時(shí)，76%的雷會(huì)導(dǎo)絕緣子閃絡(luò)；雷擊接觸網(wǎng)承力索時(shí)，92.2%的雷會(huì)導(dǎo)絕緣子閃絡(luò)。所以，必須采取相應(yīng)的措施，減少膠新鐵路的雷電災(zāi)害。

6.膠新線防雷建議

在防雷設(shè)計(jì)中，人們對(duì)主放電通道的波阻，雷電流幅值、雷電流波形和最大陡度以及地面落雷密度特別關(guān)心；而上述因素又與各地的緯度、距海洋的遠(yuǎn)近、地形、地貌等都有密切的關(guān)系。因此防雷保護(hù)工作應(yīng)該因地制宜，要結(jié)合鐵路沿線途徑地區(qū)的具體情況，采取有針對(duì)性的綜合防雷措施。

6.1臨沂地區(qū)架設(shè)架空地線

（1）當(dāng)雷擊點(diǎn)離開(kāi)線路的距離S>65m時(shí)，如果線路架設(shè)有接地的避雷線，則導(dǎo)線受它的屏蔽作用，感應(yīng)過(guò)電壓將會(huì)降低。假定避雷線不接地，則導(dǎo)線和避雷線上將分別感應(yīng)出過(guò)電壓：

U′=25 U′=25

事實(shí)上避雷線接地，相當(dāng)于避雷線上再疊加了一個(gè)電壓該電壓使得避雷線電壓為0，并在導(dǎo)線上耦合出-Ub′，

U″d=-kUd

故有接地避雷線的情況下，感應(yīng)過(guò)電壓降低為：

U=U′+U″=U′-kU′≈（1-k）U′

（2）雷擊支柱頂部時(shí)，由于避雷線的原因，導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓降低為：

U′=ah（1-k）

由于接地避雷線的屏蔽作用，導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓變?yōu)樵瓉?lái)的（1-k）倍，因此，耦合系數(shù)對(duì)有避雷線時(shí)的感應(yīng)過(guò)電壓有較大的影響。

由于臨沂地區(qū)為多雷區(qū)，建議將回流線改造為架空地線，采用柱頂方式安裝。架空地線采用LGJ120，接觸網(wǎng)檔距平均55米，根據(jù)臨沂地區(qū)的氣象條件，架空地線的弧垂為0.45米，為保證架空地線與承力索的安全垂直距離距不小于2米，因此架空地線應(yīng)在平腕臂 上方2.5m處安裝，保護(hù)角采用200～300。架空地線間架與接地引線與支柱鋼筋相連，通過(guò)支柱底部接地孔接地。保證雷擊過(guò)電壓及時(shí)通過(guò)接地引下線泄漏至大地中，從而有效防止直擊雷。每條公里架設(shè)避雷線增加投資約2萬(wàn)元，共增加投資300多萬(wàn)元。雖然增加部分投資但是對(duì)于電氣化鐵路的安全有著至關(guān)重要的作用。接觸網(wǎng)采用架空地線防護(hù)示意圖：

6.2降低接地電阻， 改善接地引下線的連接降低接地電阻可以提高耐雷水平

防雷設(shè)備的接地裝置是用來(lái)向大地引泄雷電流的。接地裝置的效果和作用可以用它的沖擊接地電阻值來(lái)代表， 降低接地電阻可以有效地提高線路的耐雷水平，當(dāng)接觸網(wǎng)的支柱形式， 尺寸與絕緣子型式和數(shù)量確定后， 影響接觸網(wǎng)反擊耐雷水平的主要因素則是桿塔接地電阻的電阻值。接地電阻愈小，過(guò)電壓愈小，必須嚴(yán)格控制支柱與鋼軌的接地電阻。根據(jù)膠新線的自然狀況，在青島的膠州市、濰坊的高密市和諸城市、江蘇的新沂市等平原地區(qū)，可采用降低接地電阻來(lái)提高線路的耐雷水平的防雷措施。

6.3適當(dāng)增設(shè)避雷器

對(duì)于一般高雷區(qū)通常采用局部關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置避雷裝置進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷。在有雷擊發(fā)生時(shí)只要避雷器的沖擊放電電壓小于接觸網(wǎng)絕緣子的沖擊放電電壓就會(huì)動(dòng)作以避免變電所饋線斷路器跳閘。同時(shí)，由于避雷器動(dòng)作后吸收了雷電能量，絕緣子、支柱的等值阻抗上受到的沖擊電壓僅為避雷器的殘壓，提高了接觸網(wǎng)的耐雷電沖擊水平。

接觸網(wǎng)上安裝的避雷器保護(hù)范圍有限，只能防止其保護(hù)范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)、機(jī)車車頂保護(hù)電器動(dòng)作。污穢條件下的工頻電壓耐受能力低可能會(huì)增加污閃事故率，如大密集安裝避雷器則每年的預(yù)防試驗(yàn)和維修工作量極大。鑒于運(yùn)行中出現(xiàn)燒斷電連接和吊弦的問(wèn)題，建議在錨段關(guān)節(jié)處的適當(dāng)位置，加裝避雷器，重點(diǎn)在日照市的莒縣和五蓮等丘陵地帶，作為牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)措施的一種補(bǔ)充。

6.4雷電定位系統(tǒng)防雷

雷擊鐵路供電線路是一種頻發(fā)事件且危害極大，每次發(fā)生雷擊后，要求快速確定其發(fā)生地，以便盡快查明故障損壞程度和具體情況，及時(shí)采取有效的修復(fù)措施，并通過(guò)數(shù)據(jù)積累找出雷擊多發(fā)地的具體位置并分析其易遭雷擊的原因，以便采取有針對(duì)性的改進(jìn)措施，進(jìn)而提高接觸網(wǎng)的安全水平。而雷電定位系統(tǒng)（LLS）是一種大面積雷電測(cè)量的新技術(shù)。

LLS工作原理：雷電定位系統(tǒng)是綜合運(yùn)用了RS遙感技術(shù)、GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)雷電定位的，它主要由雷電遙測(cè)站、中心站主機(jī)、雷電顯示終端三部分構(gòu)成。雷電遙測(cè)站的探測(cè)方法主要是采用定向定位和時(shí)差定位技術(shù)。定向定位是不同地區(qū)的雷電遙測(cè)站（最少2個(gè)）獨(dú)立測(cè)量同一個(gè)雷電的方位角，實(shí)時(shí)傳送到中心站主機(jī)，經(jīng)雷電位置分析儀（根據(jù)三角定位原理）確定雷擊點(diǎn)位置。

雷電定位系統(tǒng)的主要用途：LLS能大范圍實(shí)時(shí)遙測(cè)地閃發(fā)生的時(shí)間﹑地點(diǎn)﹑雷電流幅值﹑極性與回?fù)舸螖?shù)，呈現(xiàn)在監(jiān)測(cè)人員面前的時(shí)一幅雷暴的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡——雷擊動(dòng)態(tài)圖。當(dāng)發(fā)生雷擊跳閘時(shí)，LLS能比較精確的指示雷擊故障地點(diǎn)，避免全線巡視，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短搶修時(shí)間；雷擊動(dòng)態(tài)圖使調(diào)查人員即使掌握雷電的運(yùn)動(dòng)軌跡，便于在事故下作出正確的判斷，制定可靠的運(yùn)行方式；實(shí)時(shí)提供雷電預(yù)警，預(yù)警時(shí)間可達(dá)1-2小時(shí)以上，保證火車在雷暴季節(jié)的安全運(yùn)行。

2007年，山東電網(wǎng)已組建了雷電定位系統(tǒng)，鐵路運(yùn)輸部分應(yīng)該充分利用先進(jìn)的科技手段，通過(guò)對(duì)鐵路線路進(jìn)行經(jīng)緯度定位，結(jié)合雷電探測(cè)站在電閃﹑雷擊發(fā)生后對(duì)雷電發(fā)生點(diǎn)的探測(cè)和定位，確定雷害波及范圍。通過(guò)對(duì)雷電活動(dòng)的長(zhǎng)期觀察，可以對(duì)雷電活動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行探索，掌握雷電的規(guī)律，不斷完善對(duì)雷害的預(yù)防措施。因此，我們說(shuō)雷電定位系統(tǒng)是一種與雷電長(zhǎng)期抗戰(zhàn)的有利措施。

7.結(jié)論

本文主要針對(duì)膠新鐵路接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施進(jìn)行論述。對(duì)于接觸網(wǎng)來(lái)說(shuō)，隨著鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，絕緣子被污染的情況比較嚴(yán)重；沿鐵道線路的雷云放電，無(wú)論是雷擊接觸網(wǎng)附近地面引起的感應(yīng)過(guò)電壓、雷擊接觸網(wǎng)支柱，還是雷電直擊接觸網(wǎng)，都有可能造成接觸網(wǎng)絕緣子閃絡(luò)，接觸網(wǎng)應(yīng)是防雷保護(hù)的重點(diǎn)。鑒于臨沂地區(qū)為多雷區(qū)，建議將回流線改造為架空地線，采用柱頂方式安裝；在青島的膠州市、濰坊的高密市和諸城市、江蘇的新沂市等平原地區(qū)，可采用降低接地電阻來(lái)提高線路的耐雷水平的防雷措施；在日照市的莒縣和五蓮等丘陵地帶建議在錨段關(guān)節(jié)處的適當(dāng)位置，加裝避雷器，作為牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)措施的一種補(bǔ)充。

長(zhǎng)期以來(lái)，鐵路防雷所進(jìn)行的都是傳統(tǒng)工作，隨著雷電定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，鐵路運(yùn)輸部分應(yīng)該充分利用先進(jìn)的科技手段，通過(guò)對(duì)鐵路線路進(jìn)行經(jīng)緯度定位，確定雷害波及范圍。通過(guò)對(duì)雷電活動(dòng)的長(zhǎng)期觀察，掌握雷電的規(guī)律，不斷完善對(duì)雷害的預(yù)防措施。因此，我們說(shuō)雷電定位系統(tǒng)是一種與雷電長(zhǎng)期抗戰(zhàn)的有利措施。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10009-2005）.