高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷研究

劉興科

摘 要：高速電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)作為給機車提供電能的主要設備但是由于其位于高速鐵路的頂端，容易受到雷擊。本文主要是對高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷進行闡述，并對接觸網(wǎng)防雷害和相關技術進行具體分析，并結合實例對接觸網(wǎng)防雷存在的缺點提供了可行性建議，希望本文的分析，可以給高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷研究提供參考，為今后高速電氣化鐵路發(fā)展提供一些借鑒。

關鍵詞：接觸網(wǎng)系統(tǒng)；電氣化鐵路；防雷

我國電氣化鐵路呈東西縱貫南北形式，各個地方的差異顯著，所以高速鐵路經(jīng)常使用高架橋形式。由于接觸網(wǎng)位于電氣化鐵路的最高端，所以受到雷擊的可能性比較大，一旦遭受雷擊，將發(fā)生線路跳閘等問題，嚴重時還有可能給列車運行造成影響，所以對高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷進行研究是很有必要的。

1 防雷設計現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

經(jīng)過對鐵道電氣化設計規(guī)范的研究發(fā)現(xiàn)，多發(fā)雷區(qū)應該安裝一些的避雷設置，如對分相、站場絕緣關節(jié)、供電線、長度在2000米的隧道兩端和接觸網(wǎng)的位置安裝，減少雷電造成的損失。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)高速電氣鐵路防雷措施依然存在很多不足之處，容易引發(fā)一些雷擊損害事件。如京滬高鐵在雷擊的情況下，發(fā)生多次跳閘，導致列車晚點，給鐵路運行造成了嚴重影響。

1.2 國內(nèi)外防雷措施

德國防雷時，主要從接觸網(wǎng)在一年可能受到的雷擊次數(shù)出發(fā)，不考慮直擊雷防護。防雷的時候，主要利用避雷器控制電壓形式避雷，對雷電頻發(fā)區(qū)域進行控制，其他區(qū)域不進行防雷設置。

日本屬于海洋國家，雷電發(fā)生較多。按照雷電級別，可以將國土地區(qū)劃分為ABC三個級別，同時還要根據(jù)地區(qū)的特點進行防雷處理。A區(qū)防雷的時候，主要利用全面防雷措施進行防護，架空避雷線為全線，避雷設置經(jīng)常設置在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)開關兩側、架空線終端及架空線和電纜的連接位置。B區(qū)域防雷采用重點線路、重點設備進行防護，需要場所沿接觸網(wǎng)假設避雷線，將避雷器位置經(jīng)常設置在接觸網(wǎng)隔離開關的兩側、架空線終端以及架空線和電纜連接處。C區(qū)域防雷設置在AB區(qū)域之外，避雷器位置設置在牽引變電所出口位置、接觸網(wǎng)開關兩側以及接觸網(wǎng)和架空線纜的連接處。

2 接觸網(wǎng)危害分類

2.1 雷擊接觸網(wǎng)近地面

當雷擊接觸網(wǎng)距離在65米以內(nèi)，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的感應電壓可以使用U=25×■（kV）計算；使用50%閃絡電壓可以衡量絕緣耐雷水平的參數(shù)。當盤式絕緣子和棒式絕緣子50%閃絡電壓為臨界數(shù)值時，可以將接觸網(wǎng)耐雷水平表示為Ign=■。

2.2 雷擊接觸網(wǎng)支柱

絕緣子閃絡是雷擊接觸網(wǎng)引起的一種狀況。當雷電加載到支柱上的時候，就會在接觸網(wǎng)導線上產(chǎn)生很大的電壓，雷擊支柱的時候，產(chǎn)生的電壓可以表示為U1=R×I+L■，其中L表示等值電感；R表示支柱產(chǎn)生的沖擊電阻，泊頭陡度可以表示為？琢=■=■。雷擊支柱的時候，會讓雷擊部位的電磁場迅速發(fā)生變化，導致電磁感應線路上產(chǎn)生感應電壓，通常電壓極性和雷電流方向相反。按照慣例，進行防雷設計的時候，雷電變形為斜角平頂波，如果波頭長度為2.6？滋s，按照上述計算，可以計算U2=■h。其中U2表示感應電壓；h表示導線距離地面的高度，（m）。接觸網(wǎng)棒式絕緣產(chǎn)生的電壓就為反擊過電壓和接觸網(wǎng)感應電壓之和，即U=U1+U2=R×I+L■+■h。

從上述分析可以發(fā)現(xiàn)，線路絕緣子串上產(chǎn)生的雷電與電壓和電流、導線長度、導線高度、陡度、支柱接地電阻具有很大關系，如果U和接觸網(wǎng)棒式絕緣子串U50%雷電沖擊放電電壓大或者相等的時候，支柱會對線路產(chǎn)生反射，則線路耐雷水平可以表示為Izm=■。

3 接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷

3.1 接觸網(wǎng)防雷基本原則

經(jīng)過對相關資料的分析發(fā)現(xiàn)，接觸網(wǎng)防雷時，必須遵循相應的防雷原則，然后劃分雷擊等級和雷擊發(fā)生的跳閘率，結合分析并制定相應的防雷措施；接地系統(tǒng)和接觸網(wǎng)防雷改造結合；各種避雷措施結合防雷；避雷器和接閃器結合防雷等原則是接觸網(wǎng)防雷的基本原則。

3.2 防雷技術

經(jīng)過對國內(nèi)網(wǎng)防雷措施的分析和了解可知，現(xiàn)階段進行防雷的技術主要有以下集中類型：第一，安裝避雷線防雷。避雷線的安裝對避雷防護具有很大作用。避雷線的設置對直接雷具有很大作用，特別是接觸網(wǎng)系統(tǒng)絕緣等級非常低下的時候，使用避雷線可以將電壓引到絕緣子閃絡中，減少了雷電直接產(chǎn)生的雷擊。通常將避雷線安置在承力索上方或者支柱上方。第二，安裝避雷器防雷。避雷器的安裝通常適合雷電多的區(qū)域，雷電器安裝的數(shù)量越多，避雷效果就越明顯。第三，選擇恰當?shù)慕^緣子。雷電系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因就是絕緣子不能正?；謴?，特別在一些污染比較嚴重的地區(qū)。所以，必須在污染嚴重的地區(qū)安裝性能較好的絕緣子，可以使用傘裙結構和大爬距類型的絕緣子。

4 現(xiàn)階段防雷體系存在的問題和改進方法

經(jīng)過對《高速鐵路設計規(guī)范》的查閱并結合實際工作，提出了以下幾種改進措施。第一，加強直擊雷防護。京滬高鐵接觸網(wǎng)很多位置都沒有設置避雷線。由于接觸網(wǎng)關鍵部位一直增加架設高度，導致防雷效果不斷減弱，特別是防護直擊雷。所以可以使用增加避雷線的方式進行防護。第二，使用避雷器在線檢測。由于很多高速電氣化鐵路都使用氧化鋅作為主要避雷器，但是此種材料的主要缺陷是會隨著時間的增長，發(fā)生失效。使用避雷器在線檢測技術可以對漏電流的大小和計數(shù)器動作進行控制，增加了避雷效果。

結束語

本文主要對高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷進行研究，重點分析了接觸網(wǎng)的危害部位、重點防雷部位和一些簡單的防雷措施等，希望這些措施可以對高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷提供參考，增加防雷性能，為今后高速電氣化鐵路發(fā)展提供一些借鑒。■

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