探析降低高鐵接觸網(wǎng)雷害的方法

黃彬

【摘 要】本文分析了高鐵接觸網(wǎng)遭受雷擊的形式和我國(guó)常用的接觸網(wǎng)防雷措施，并探討了接觸網(wǎng)防雷的改進(jìn)措施，最后，針對(duì)我國(guó)高鐵接觸網(wǎng)的復(fù)雜環(huán)境提出幾點(diǎn)建議，對(duì)我國(guó)高鐵接觸網(wǎng)降低雷害的研究具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】接觸網(wǎng)；雷害；措施

1.引言

隨著科技的發(fā)展，高鐵逐漸在各地通車運(yùn)行，給人民的出行和國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的作用，而牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分—接觸網(wǎng)對(duì)高鐵的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，它沒(méi)有備用系統(tǒng)，具有唯一性。當(dāng)接觸網(wǎng)遭到雷擊，而防雷工作不到位時(shí)將引起線路跳閘，直接影響高鐵的運(yùn)營(yíng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，杭深線雷擊造成的跳閘達(dá)38%，每次都引起至少兩趟動(dòng)車限速。因此，研究接觸網(wǎng)的雷擊危害，以及接觸網(wǎng)的防雷措施并進(jìn)行完善和改進(jìn)，減少接觸網(wǎng)雷擊故障，對(duì)我國(guó)高鐵安全順暢運(yùn)行具有重要的意義和價(jià)值。

2.雷擊接觸網(wǎng)的主要形式

2.1感應(yīng)雷擊

接觸網(wǎng)遭受雷擊的形式之一是感應(yīng)雷擊。它是指雷擊的雷電作用在接觸網(wǎng)附近，在地面放電，然后引起空氣中電磁場(chǎng)的迅速變化，變化的電磁場(chǎng)會(huì)在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，雷擊造成的感應(yīng)過(guò)電壓一般能達(dá)到數(shù)百千伏，引起接觸網(wǎng)跳閘，從而影響高鐵的正常運(yùn)行，但感應(yīng)雷擊的危害相對(duì)較小，接觸網(wǎng)雷害主要來(lái)至于直接雷擊。

2.2直接雷擊

直接雷擊指雷電直接作用在接觸網(wǎng)的某個(gè)部位，如接觸線、支柱、承力索或附加導(dǎo)線上，直接雷擊接觸網(wǎng)造成的過(guò)電壓等達(dá)到千千伏或更高，可直接燒損設(shè)備，維修困難，對(duì)高鐵運(yùn)行帶來(lái)的危害不可過(guò)量。

3.我國(guó)高鐵接觸網(wǎng)常用防雷措施及分析

3.1 在接觸網(wǎng)安裝避雷器防雷

按照設(shè)計(jì)規(guī)范，在一些關(guān)鍵位置安裝避雷器防雷，如供電線上的網(wǎng)點(diǎn)處、分相和站場(chǎng)兩端的絕緣錨段關(guān)節(jié)處、隧道出入口處、較長(zhǎng)供電線或AF線與接觸網(wǎng)的連接處等等，一般采用氧化鋅避雷器，避雷器必須接地。

但是在較高的特大橋、空曠地帶的路基段等地點(diǎn)容易引雷卻沒(méi)有布置避雷器，如杭深線太福臂有約10km的范圍內(nèi)都沒(méi)有設(shè)置，開(kāi)通以來(lái)有因雷擊跳閘達(dá)14次。并且避雷器本身有故障時(shí)不容易發(fā)生，容易造成故障延時(shí)。

3.2 降低接地電阻

若接觸網(wǎng)支柱的沖擊接地電阻相對(duì)較大，雷電直接作用在支柱上時(shí)，雷擊電流在支柱的頂端就會(huì)產(chǎn)生很高的電位，造成絕緣子閃絡(luò)，閃絡(luò)電弧形成通道，導(dǎo)線經(jīng)過(guò)這個(gè)通道接地。這樣，若降低接觸網(wǎng)支柱的接地電阻阻值，就能有效的降低雷電在支柱頂端形成的高電位，從而在一定程度上提高了線路的耐雷水平，這也是接觸網(wǎng)防雷的有效措施之一。但是單獨(dú)的接地系統(tǒng)無(wú)法滿足相應(yīng)的要求，只有采用貫通接地系統(tǒng)方為可行。

3.3 提高絕緣子的絕緣性能

雷電直接作用在接觸網(wǎng)的某個(gè)部位，從雷擊點(diǎn)開(kāi)始，雷電流沿接觸網(wǎng)向兩端傳輸?shù)臎_擊電壓可達(dá)1500kv，而接觸網(wǎng)絕緣子能夠承受的絕緣電壓為140kv，二者相比，雷擊電壓是絕緣電壓的十多倍，足夠擊穿接觸網(wǎng)的絕緣子，同時(shí)，若能夠有效的提高絕緣子的絕緣性能，也可以提高接觸網(wǎng)的耐雷水平。

4.高鐵接觸網(wǎng)防雷的改進(jìn)措施和建議

4.1 對(duì)避雷器的選型和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)

4.1.1接觸網(wǎng)采用更先進(jìn)的避雷器和避雷器在線檢測(cè)技術(shù)

目前我國(guó)使用的避雷器以串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器和氧化鋅避雷器為主，但在實(shí)際運(yùn)行中，避雷器的電阻片可能因?yàn)閯?dòng)作次數(shù)多而引起老化失效，或內(nèi)部受潮靈敏度降低，還存在其他一些缺陷或故障導(dǎo)致避雷器出現(xiàn)故障影響正常運(yùn)行。為了確保避雷器的安全可靠運(yùn)行，近年來(lái)，出現(xiàn)了避雷器的在線監(jiān)測(cè)器，逐步得到推廣使用。避雷器在線監(jiān)測(cè)器將泄漏電流檢測(cè)功能和放電計(jì)數(shù)器整合在一起，通過(guò)參看檢測(cè)裝置的計(jì)數(shù)動(dòng)作次數(shù)和避雷器運(yùn)行的漏電流值，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，可是隨時(shí)掌握避雷器的運(yùn)行性能判斷避雷器是否安全可靠。

4.1.2適當(dāng)增加接觸網(wǎng)避雷器的設(shè)置點(diǎn)

若高鐵接觸網(wǎng)安裝的避雷器的數(shù)量過(guò)少，長(zhǎng)距離沒(méi)有避雷器，一旦遭受雷擊，避雷器的保護(hù)動(dòng)作就會(huì)滯后?；蚴墙佑|網(wǎng)絕緣子遭受雷擊過(guò)電壓的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，雷電波在接觸網(wǎng)上傳輸，不斷進(jìn)行折射和反射，必然引起電壓升高，最終導(dǎo)致設(shè)備損壞。因此，高鐵接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮一些關(guān)鍵設(shè)備處，也應(yīng)充分考慮距離因素，合理設(shè)置避雷器的裝置數(shù)量和安裝位置，減少接觸網(wǎng)設(shè)備承受雷擊電流的時(shí)間，最終達(dá)到降低雷擊設(shè)備故障的發(fā)生率。

4.1.3避雷器安裝失效脫離器

每臺(tái)避雷器均安裝脫離器，脫離器能夠在避雷器故障是分離故障避雷器和需要保護(hù)的線路，自動(dòng)排除故障確保線路能夠迅速恢復(fù)供電。

4.2 優(yōu)化高鐵接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)布局

高鐵接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，架設(shè)點(diǎn)較多而且行程較長(zhǎng)，而接觸網(wǎng)上能夠安裝避雷器進(jìn)行防雷的范圍有限，避雷器也只能防止其保護(hù)范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)，超過(guò)范圍起不到防雷作用，而高鐵接觸網(wǎng)的行程相對(duì)較長(zhǎng)，因此，需要對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)行接觸網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)多是帶串聯(lián)間隙的，內(nèi)部復(fù)核絕緣子的長(zhǎng)度相對(duì)短，一定條件下，耐壓能力低，必然增加污閃事故率。若大密度的安裝避雷器，則極大的增加工作量和費(fèi)用，而且，若避雷器的絕緣子擊穿故障，在外形上看不出損壞，不方便排除故障和維修，延長(zhǎng)了故障處理時(shí)間，一定程度上，避雷器過(guò)多反而影響高鐵的運(yùn)營(yíng)。與增加避雷器相比，優(yōu)化接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)，全線架設(shè)避雷線進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷的方法還是可行的。

避雷線對(duì)線路的防雷水平對(duì)使用保護(hù)角表示，它是避雷線同外側(cè)導(dǎo)線的連線與垂直線之間的夾角。保護(hù)角越小，導(dǎo)線能受到的保護(hù)也越可靠。高壓輸電線路防雷設(shè)計(jì)中，保護(hù)角一般為20度到30度。因而，高鐵接觸網(wǎng)全線架設(shè)避雷線時(shí)多采用柱頂方式，連接接地引線和架空地線架，經(jīng)支柱的接地孔接地，能及時(shí)將雷擊電流引入大地，從而有效防止雷害。

4.3采用差異化防雷措施：

隨著我國(guó)高鐵的全面發(fā)展，高鐵接觸網(wǎng)防雷時(shí)必然面對(duì)各地不同特點(diǎn)的氣候天氣，這為高鐵接觸網(wǎng)防雷工作帶來(lái)極大的困難，尤其是多雷區(qū)或自然環(huán)境污穢的地區(qū)，因此，高鐵接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到氣候等差異，制定差異化防雷措施：

4.3.1為提高高鐵接觸網(wǎng)的防雷效果，建議將接觸網(wǎng)根據(jù)雷擊發(fā)生頻率將其進(jìn)行分類，劃出高雷區(qū)和重雷區(qū)，進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。如將年平均發(fā)生雷電天氣40天以上的區(qū)域分為高雷區(qū)和重雷區(qū)，這些地區(qū)應(yīng)全線架設(shè)避雷線，而每年雷電天數(shù)不足40天區(qū)段的高鐵接觸網(wǎng)，根據(jù)沿線的實(shí)際雷害情況，在重要區(qū)段或設(shè)備處單獨(dú)架設(shè)避雷線或安裝避雷器，尤其是雷害多發(fā)區(qū)段，更是做好調(diào)查，不能出現(xiàn)遺漏。

4.3.2為防治感應(yīng)雷電的危害，應(yīng)在高雷和重雷錨段內(nèi)安裝避雷器，在其他地區(qū)也不能懈怠，應(yīng)沿高鐵線對(duì)接觸網(wǎng)的雷害情況做詳細(xì)調(diào)查，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在易遭受雷擊的區(qū)段增加避雷器數(shù)量。同時(shí)，在一些敏感位置和合理的距離處也應(yīng)安裝避雷器，如高路基、高架橋、封閉雨棚兩端、電纜與架空線轉(zhuǎn)換處、長(zhǎng)度2 000 m及以上隧道的兩端、分相和站場(chǎng)端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)、AF線或較長(zhǎng)供電線與接觸網(wǎng)的接線處等。同時(shí)運(yùn)用有泄漏電流檢測(cè)功能和放電計(jì)數(shù)功能的避雷器，并對(duì)每次跳閘建立雷擊分析制度，尋找規(guī)律，制定有效措施進(jìn)行防雷。

4.3.3合理選擇具有較強(qiáng)耐壓的絕緣子。應(yīng)加大對(duì)絕緣子的研究，研發(fā)新的主流絕緣子替代產(chǎn)品，如研究新型具有疏導(dǎo)功能的絕緣子等。

4.3.4創(chuàng)建更完備的接地系統(tǒng)。接地系統(tǒng)是減弱雷電危害的根本方法，只有將雷電流導(dǎo)入大地才能消除雷電流電壓對(duì)設(shè)備的損壞。

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