架空避雷線在武廣高鐵接觸網(wǎng)防雷系統(tǒng)的應(yīng)用

魯相來(lái)，陳軍喜，豆 強(qiáng)

架空避雷線在武廣高鐵接觸網(wǎng)防雷系統(tǒng)的應(yīng)用

魯相來(lái)，陳軍喜，豆 強(qiáng)

對(duì)武漢—廣州高速鐵路客運(yùn)專線接觸網(wǎng)一所四臂范圍增設(shè)架空避雷線的實(shí)施方案進(jìn)行分析，介紹了利用《滾球法》對(duì)架空避雷線的保護(hù)范圍的確定，并對(duì)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過(guò)實(shí)施前后防雷效果對(duì)比，為今后高鐵接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)和施工提供了一定參考依據(jù)。

架空避雷線；接觸網(wǎng)；供電設(shè)備；滾球法

0 引言

武漢—廣州高速鐵路客運(yùn)專線于2009年12月26日正式投入運(yùn)營(yíng)后，牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，但是進(jìn)入雷雨季節(jié)后，雷擊跳閘事件還是會(huì)時(shí)常發(fā)生，損壞了接觸網(wǎng)的供電設(shè)備，同時(shí)對(duì)行車組織造成了影響。根據(jù)2012年9月7日鐵道部運(yùn)輸局供電部召開(kāi)的《關(guān)于推進(jìn)武廣高鐵供電設(shè)備專項(xiàng)整治工作》會(huì)議紀(jì)要中的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)雷擊頻繁跳閘事件進(jìn)行專項(xiàng)整治。主要選擇一個(gè)雷電活動(dòng)密集區(qū)段進(jìn)行架設(shè)架空避雷線，架設(shè)范圍從牽引變電所饋出的上、下行4個(gè)供電臂至兩分相末端，正線范圍約50 km。

1 武廣高鐵接觸網(wǎng)防雷補(bǔ)強(qiáng)工程及效果

武廣高鐵前期主要通過(guò)在供電線上網(wǎng)點(diǎn)、電分相及絕緣錨段關(guān)節(jié)隔離開(kāi)關(guān)處、隧道口等設(shè)置避雷器方式對(duì)接觸網(wǎng)供電設(shè)施進(jìn)行防雷保護(hù)。本次選擇湖北咸寧地區(qū)泉口牽引變電所對(duì)應(yīng)的 4個(gè)供電臂進(jìn)行增設(shè)架空避雷線。該工程于2013年6月開(kāi)工，2013年8月竣工，至今已經(jīng)運(yùn)營(yíng)一年半時(shí)間?，F(xiàn)對(duì)架設(shè)避雷線區(qū)段實(shí)施前后的接觸網(wǎng)雷擊跳閘事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2011年雷擊跳閘8次，2012年雷擊跳閘3次，2013年8月份施工之前雷擊跳閘4次，2013年8月—2014年11月雷擊跳閘0次。實(shí)踐證明增設(shè)架空避雷線以后，大大減少了雷擊跳閘的次數(shù)，防雷效果明顯。

2 架空避雷線設(shè)置方案

2.1 線材選用及安裝方式

架空避雷線位于接觸網(wǎng)支柱上方，為獨(dú)立架空地線，保護(hù)對(duì)象為接觸網(wǎng)承力索和AF線。為增大同截面導(dǎo)線的強(qiáng)度，避雷線采用電力系統(tǒng)中常用的鍍鋅鋼絞線作為架空地線材質(zhì)。同時(shí)，為減小架空地線對(duì)既有支柱容量的影響，架空地線線徑為50 mm2，額定下錨張力為5 kN。避雷線安裝在支柱上方1 m處。圖1為防雷線支柱布置圖。

2.2 滾球法計(jì)算架空避雷線保護(hù)范圍

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，本次增設(shè)架空避雷線保護(hù)范圍采用滾球法進(jìn)行計(jì)算，按第一類防雷建筑物（防護(hù)等級(jí)最高）考慮，滾球半徑為hr= 30 m。武廣高鐵為雙線電氣化鐵路，上、下行接觸網(wǎng)支柱對(duì)齊布置，支柱按等高考慮。圖2為雙支等高架空避雷線保護(hù)示意圖。

圖1防雷線支柱布置圖

圖2 雙支等高架空避雷線保護(hù)示意圖

2.2.1 用單根避雷線計(jì)算AF線的保護(hù)范圍

由于AF線位于2根避雷線的外側(cè)，根據(jù)滾球法，AF線的保護(hù)范圍應(yīng)按就近的單根避雷線進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)避雷線的高度h＞2hr或h = 2hr時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍；當(dāng)避雷線的高度h＜2hr時(shí)，應(yīng)按下列方法確定。圖3為單支架空避雷線計(jì)算示意圖。

圖3 單支架空避雷線計(jì)算示意圖

（1）距地面hr處作一平行于地面的平行線。

（2）以避雷線為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線A、B兩點(diǎn)。

（3）以A、B兩點(diǎn)為圓心，hr為半徑作弧線交于或相切于地面，該弧線到地面所圍區(qū)域?yàn)槠浔Ｗo(hù)范圍。

（4）避雷線在hx高度的xx′平面上的保護(hù)寬度按下式計(jì)算：

以鋼軌平面為基準(zhǔn)點(diǎn)，上腕臂底座安裝高度為6.9 m，支柱外露0.5 m，避雷線距支柱頂1 m，AF線距支柱頂-0.9 m，可以計(jì)算：

避雷線安裝高度h = 8.4 m，AF線安裝高度hx= 6.5 m

AF線實(shí)際距避雷線的水平距離為1 m，位于保護(hù)范圍之內(nèi)。

2.2.2 用雙根等高避雷線計(jì)算承力索的保護(hù)范圍

圖4 雙支等高架空避雷線計(jì)算示意圖

（1）以A、B兩根避雷線為圓心，hr為半徑作圓弧交于O點(diǎn)，以O(shè)點(diǎn)為圓心，hr為半徑作圓弧交于A、B點(diǎn)。

（2）兩根避雷線之間保護(hù)范圍最低點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算：

式中，D為上、下行 2根避雷線之間的距離，取11.3 m。

承力索的安裝高度，普通中間柱為6.9 m，錨段關(guān)節(jié)處非支承力索抬高0.6 m，按最高7.5 m進(jìn)行考慮。可以得出：

承力索距避雷線水平距離最大為3.5 m，位于保護(hù)范圍之內(nèi)。

2.3 架空地線接地裝置

2.3.1 接地方式

為確保接觸網(wǎng)防雷接地與鐵路綜合接地系統(tǒng)和信號(hào)防雷接地屏蔽分離，架空避雷線接地采用單獨(dú)接地。路基區(qū)段接地引至路基外20 m連接至不大于10 Ω的獨(dú)立接地極；橋梁區(qū)段如橋梁墩臺(tái)不高，且橋下?tīng)顩r較好，采用引下獨(dú)立接地極，當(dāng)獨(dú)立接地極引下困難時(shí)，可單獨(dú)引下連接至橋墩頂部預(yù)留的接地端子，同時(shí)拆除該橋墩與橋梁體之間的接地連接。接地極的水平接地體采用鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用鍍鋅角鋼。

2.3.2 接地裝置間距布置

根據(jù)雷電沖擊試驗(yàn)，雷電沖擊波的波頭時(shí)間一般為1.2 μs，雷電波的傳播速度在架空線路中約為300 m/μs，波頭時(shí)間內(nèi)雷電流傳輸距離為

本次按每隔200m設(shè)置一組接地裝置。

2.3.3 接地引下線

為了確保與支柱絕緣，接地引下線采用雙根70 mm2絕緣銅電纜。電纜在支柱上按每隔1.5 m固定一次。電纜從支柱上引下后進(jìn)入電力電纜槽，通過(guò)橋梁間縫隙引入橋墩或順著橋墩引下至單獨(dú)接地極，或者沿路基護(hù)坡連接至接地極。電纜在護(hù)坡上用錨栓進(jìn)行固定，在過(guò)水溝時(shí)做穿鋼管保護(hù)，在土壤區(qū)段埋設(shè)深度為0.6 m。

3 施工中存在的問(wèn)題及對(duì)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

（1）當(dāng)鐵路上方遇到上跨低凈空橋時(shí)，通過(guò)縮短避雷線肩架長(zhǎng)度來(lái)降低防雷線安裝高度。工程開(kāi)工后提前對(duì)管段內(nèi)凈空高度進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)數(shù)量，由廠家特殊加工。

（2）在絕緣錨段關(guān)節(jié)處，由于柱頂裝有隔離開(kāi)關(guān)，避雷線可以在網(wǎng)開(kāi)關(guān)托架上懸掛，但要重點(diǎn)檢查避雷線與開(kāi)關(guān)引線之間的電氣絕緣距離。

（3）牽引變電所六跨關(guān)節(jié)式電分相處，由于網(wǎng)開(kāi)關(guān)較多，避雷線需降低安裝，考慮到上網(wǎng)開(kāi)關(guān)均設(shè)有避雷器，可以起到防雷保護(hù)，所以建議取消分相內(nèi)避雷線的架設(shè)。

（4）鋼結(jié)構(gòu)彩虹橋和隧道口處，由于 AF線從田野側(cè)過(guò)渡到線路側(cè)安裝，同時(shí)高度由低變高，與避雷線形成交叉，無(wú)法滿足絕緣距離，所以避雷線在進(jìn)入彩虹橋前應(yīng)提前下錨，彩虹橋內(nèi)主要通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防雷保護(hù)。

（5）石質(zhì)地帶土壤電阻率高，難以達(dá)到規(guī)定的接地電阻要求，可采用對(duì)接地極深埋和添加降阻劑方式來(lái)降低接地電阻。

（6）根據(jù)波頭時(shí)間內(nèi)計(jì)算的雷電流傳輸距離，可以適當(dāng)加大兩接地裝置的距離，減少工程投資。

4 結(jié)語(yǔ)

如何提高線路雷電防護(hù)水平，降低線路雷擊跳閘率，避免雷擊引發(fā)設(shè)備故障，確保行車安全是接觸網(wǎng)防雷的一項(xiàng)重要工作。武廣高鐵針對(duì)前期雷擊頻繁跳閘現(xiàn)象，在多雷、強(qiáng)雷區(qū)段架設(shè)架空避雷線，其他段設(shè)置避雷器相結(jié)合的方式對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了防雷保護(hù)。從施工后一年多運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，防雷效果明顯，且經(jīng)濟(jì)合理，為今后高鐵防雷設(shè)計(jì)與施工提供了一定的參考依據(jù)。

[1] GB 50057-2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[2]許毅濤.京滬高速鐵路接觸網(wǎng)雷擊跳閘分析及改造建議[J].電氣化鐵道，2013，（1）：32-35.

[3] 運(yùn)供供電函[2013]325號(hào)，高速鐵路接觸網(wǎng)防雷指導(dǎo)意見(jiàn)（暫行）.

Analyzes the implementation plan aerial lightning wires added for overhead contact system at four power supply arms within one substation on Wuhan-Guangzhou high speed railway, introduces the determination of protection scope for aerial lightning wire by rolling ball method, and optimized design of issues found in construction. The comparison between results before and after its implementation will provide a basis with certain reference value for design and construction of overhead contact system lightning protection of high-speed railway in the future.

Aerial lightning wire; overhead contact system; power supply equipment; rolling ball method

U226.8+3

：B

：1007-936X(2015)04-0001-03

2015-01-09

魯相來(lái).中鐵武漢電氣化局第一工程有限公司，工程師，電話：15207102359；

陳軍喜，豆 強(qiáng).中鐵武漢電氣化局第一工程有限公司，工程師。