重載鐵路工程中接觸網(wǎng)的雷電風(fēng)險(xiǎn)與防雷方法

崔金顯

摘要：重載鐵路以其速度快、效率高、價(jià)格低、牽引力大、無污染、能耗少等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向。接觸網(wǎng)作為重載鐵路工程中極其重要的組成部分，大多數(shù)暴露在外部環(huán)境下，往往會(huì)遭到雷電等自然環(huán)境的影響。文章對重載鐵路工程中接觸網(wǎng)的雷電風(fēng)險(xiǎn)和防雷方法結(jié)合實(shí)際進(jìn)行了分析，提出了防雷的相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：重載鐵路工程；接觸網(wǎng)；雷電風(fēng)險(xiǎn)；防雷方法；鐵路運(yùn)輸 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U225 文章編號(hào)：1009-2374（2016）22-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.049

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和鐵路建設(shè)的完善，重載鐵路接觸網(wǎng)在鐵路運(yùn)輸中的作用越來越重要，鐵路接觸網(wǎng)的安全性能作為運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要問題也逐漸被有關(guān)部門重視起來。我國重載鐵路正線達(dá)到3.2萬公里，居世界第二位。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃顯示，到2020年我國總運(yùn)行鐵路將達(dá)到12萬公里以上，其中重載鐵路比重將占60%左右。那么確保重載鐵路的安全穩(wěn)定，也保障了重載鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。

1 重載鐵路接觸網(wǎng)的雷電風(fēng)險(xiǎn)

重載鐵路工程的牽引供電系統(tǒng)中的供電設(shè)備就是接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)可以為移動(dòng)中的動(dòng)車提供電力。不同于一般輸送電線路系統(tǒng)，接觸網(wǎng)必須架設(shè)于鐵軌正上方。因此，動(dòng)車組在行進(jìn)路線上都要架設(shè)接觸網(wǎng)，這樣動(dòng)車組才能通過頂部受電弓與接觸網(wǎng)接觸獲取電能。接觸網(wǎng)露天設(shè)置，又非常容易受到惡劣天氣的影響，動(dòng)車組運(yùn)行期間不斷改變工作狀態(tài)，因此對接觸網(wǎng)的要求非常高。

雷電是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，會(huì)引發(fā)許多嚴(yán)重的后果，我國每年高達(dá)10億元左右的經(jīng)濟(jì)損失都是因?yàn)槿鄙俜雷o(hù)雷電災(zāi)害的措施。接觸網(wǎng)損失最大的因素之一就是雷電災(zāi)害。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)達(dá)國家接觸網(wǎng)發(fā)生事故60%左右是由于雷電災(zāi)害引起的。我國在1999～2000年間40%～70%的接觸網(wǎng)事故是由雷電引起的。產(chǎn)生雷擊時(shí)，接觸網(wǎng)上產(chǎn)生過大電壓，超過線路絕緣水平，使接觸網(wǎng)跳閘，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使接觸網(wǎng)斷線。接觸網(wǎng)遭到雷電襲擊的主要現(xiàn)象有：接觸網(wǎng)附近的地面遭到雷擊，使接觸網(wǎng)上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓；支柱遭到雷擊，使支柱產(chǎn)生沖擊電壓，從而引起接觸網(wǎng)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓；接觸網(wǎng)直接遭到雷擊，破壞接觸網(wǎng)。雷電對接觸網(wǎng)造成緣子閃絡(luò)，引起接觸網(wǎng)電壓過大跳閘，在隧道中會(huì)出現(xiàn)雷電擊穿水泥壁，使接觸網(wǎng)支柱受到損壞。

2 接觸網(wǎng)的防雷方法分析

我國目前電力網(wǎng)采用加強(qiáng)對雷電的監(jiān)控來進(jìn)行防雷害，對雷電發(fā)生情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)采取差異化的防雷手段，達(dá)到減少雷擊的目的。在架設(shè)接觸網(wǎng)時(shí)，綜合考慮重載鐵路工程的運(yùn)行方式，線路電壓承受能力以及重載鐵路線路通過地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱，考察自然條件如地貌和地形特征、土壤電阻率等，自然條件結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)，找到合理的解決方法和保護(hù)措施。

目前，我國的接觸網(wǎng)防雷設(shè)備主要有接閃器、避雷器和接地裝置等。接觸網(wǎng)的防雷方法通常采用安裝避雷器，為了保護(hù)設(shè)備避免直接受到雷電襲擊，通常利用避雷線的屏蔽作用，安裝避雷線，同時(shí)用接地裝置將電流引入大地。達(dá)到對接觸網(wǎng)的保護(hù)作用，同時(shí)將引下線和避雷線及接地裝置連接，在避雷線上每隔一段距離就要安裝引下線，引下線的結(jié)構(gòu)和制作要求一定要滿足雷電電流的強(qiáng)度，而且不能小于避雷線的銅當(dāng)量載流截面。一定要安裝接地裝置，可以將接觸網(wǎng)上的電流通過接地裝置傳入大地，還可以降低反擊電壓，即使接觸網(wǎng)任何部分遭到雷電電擊，都不會(huì)使避雷器電壓升高，因接地電阻過大造成對接觸網(wǎng)和其他設(shè)備的反擊，損害其他設(shè)備。

2.1 加強(qiáng)構(gòu)建重載鐵路的雷電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

由公司、分公司、供電工隊(duì)建成三級網(wǎng)絡(luò)，部門資料共享，實(shí)時(shí)掌握雷電情況，掌握雷電在區(qū)域內(nèi)的變化規(guī)律，對重載鐵路工程經(jīng)過的地區(qū)都要進(jìn)行雷電活動(dòng)監(jiān)測和雷電預(yù)警，要確保鐵路雷電事故能進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢，迅速進(jìn)行事故調(diào)查，為雷電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供技術(shù)平臺(tái)。

2.2 安裝避雷線裝置

為降低接觸網(wǎng)因雷電電擊而導(dǎo)致的跳閘和絕緣子損壞，最有效的措施之一就是架設(shè)避雷線，對于雷電高發(fā)區(qū)的重載鐵路線路，必須全面考慮鐵路的建設(shè)線路條件和雷電防護(hù)的具體要求，在以安裝避雷線為主的同時(shí)，按照折角法進(jìn)行計(jì)算，將避雷線增高肩架高度設(shè)置在柱頂上部2.5米處，因?yàn)樵龈呒缂艿某叽绾椭亓慷歼^大，同時(shí)安裝固定難度都較大，對支柱的穩(wěn)定性都有非常大的影響。按照滾球法進(jìn)行計(jì)算，避雷線的增高肩架設(shè)置在支柱頂部約1米處，不但對支柱穩(wěn)定性的影響較小，還易于施工進(jìn)行。在安置避雷線后就可將雷電通過接地裝置引入大地，從而保護(hù)接觸網(wǎng)等設(shè)施。

2.3 提高接觸網(wǎng)整體接地水平

接地系統(tǒng)建設(shè)的質(zhì)量直接決定了接觸網(wǎng)防雷設(shè)施的效果，確保接地裝置的安全性也成為設(shè)計(jì)施工部門的重中之重，管理運(yùn)行單位要經(jīng)常對接地裝置進(jìn)行檢測，定期進(jìn)行維護(hù)檢修，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，尤其是每年雨季前對接地裝置進(jìn)行全面檢測，對已經(jīng)不能繼續(xù)工作的設(shè)備要及時(shí)進(jìn)行更換。對單獨(dú)的接地裝置進(jìn)行整治處理，重新安裝建設(shè)確保接地良好。

2.4 加強(qiáng)線路絕緣

為增加線路的絕緣性，在增加接觸網(wǎng)設(shè)備中絕緣子應(yīng)用的同時(shí)增加絕緣子串中的片數(shù)，為避免雷電電擊造成嚴(yán)重后果，要增加塔頭空氣間距，同時(shí)為避免由于絕緣子性能降低帶來的影響，要定時(shí)對絕緣裝置進(jìn)行清掃，對易嚴(yán)重污染的絕緣子進(jìn)行隨時(shí)清掃。

2.5 安裝避雷器

防雷的重要舉措在于安裝避雷針或避雷器，安裝避雷器可以大大提高線路耐雷水平。制定合適的接觸網(wǎng)防雷設(shè)施的前提是要確定避雷器的安裝密度、防護(hù)范圍、分流情況和失效條件。尤其是在雷雨季節(jié)來臨之前，對避雷器進(jìn)行避雷防御性的試驗(yàn)，對于達(dá)不到防御性要求的避雷裝置要進(jìn)行及時(shí)更換，防止設(shè)備在雷擊狀態(tài)下

損壞。

2.6 迅速恢復(fù)供電

接觸網(wǎng)正饋線建設(shè)在接觸網(wǎng)的正上方更易遭到雷電襲擊。而在發(fā)生雷擊后需要排查故障的處理時(shí)間長，在牽引變電所內(nèi)部的正饋線上安裝隔離開關(guān)可以有效地防止所內(nèi)事故發(fā)生。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)切斷隔離開關(guān)，使正饋線停止工作，能在最短的時(shí)間內(nèi)減少故障延時(shí)并盡快恢復(fù)供電。

綜合來說，在一些雷電災(zāi)害高發(fā)地區(qū)和平原地帶，接觸網(wǎng)必須根據(jù)不同的環(huán)境條件采取不同的防雷措施：一般采用避雷針，避雷線，做好接地，接觸網(wǎng)防雷采用架空避雷線、避雷針與建筑防雷方式綜合考慮；峽谷雷擊概率大的地區(qū)和土壤電阻率高而且降低難度大的地區(qū)在進(jìn)行防雷方案設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行特殊重視。接觸網(wǎng)防雷性能是否良好也是衡量鐵道能否安全運(yùn)行的基本保障之一。接觸網(wǎng)遭到雷擊主要分為兩種：感應(yīng)雷擊和直接雷擊。在重載鐵路系統(tǒng)工程建設(shè)過程中，根據(jù)鐵路經(jīng)過地區(qū)的雷電活動(dòng)的實(shí)際情況和施工經(jīng)驗(yàn)制定因地制宜的防護(hù)措施。避雷線對于防止雷電危害有十分重要的防護(hù)作用。避雷線通過減少桿塔接地電阻減少雷電電擊可能產(chǎn)生的反擊。避雷器則能夠使雷擊后的電壓的峰段降低，大大提高了接觸網(wǎng)的耐雷性，提升了接觸網(wǎng)的耐雷等級?，F(xiàn)在我國雷電電擊危害頻繁的鐵路專線的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)已經(jīng)大量建設(shè)避雷器和避雷線，以提高鐵路運(yùn)輸?shù)目煽啃浴＜词拱惭b避雷器能對接觸網(wǎng)產(chǎn)生保護(hù)作用，但保護(hù)作用和保護(hù)距離都是有限的，因此安裝避雷器也只是對供電系統(tǒng)防雷防護(hù)措施的一種補(bǔ)充。我國的南北跨度大，氣象因素和地形地域條件差異也非常大，因此雷擊的強(qiáng)度、地點(diǎn)和時(shí)間都具有隨機(jī)性，這些因素都加大了重載鐵路的防雷難度。重載鐵路防雷設(shè)計(jì)需要綜合考慮，在設(shè)計(jì)過程中借鑒國內(nèi)外的研究成果和研究經(jīng)驗(yàn)，最大程度上降低雷電災(zāi)害對重載鐵路的損害。

3 結(jié)語

隨著重載鐵路工程建設(shè)的加快，接觸網(wǎng)的作用逐漸顯現(xiàn)。重載鐵路接觸網(wǎng)具有暴露、線路長、維修難、電壓高以及無備份等特點(diǎn)，在遭遇雷擊情況下會(huì)影響重載鐵路的正常運(yùn)行。因此，保證接觸網(wǎng)安全和重載鐵路系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要舉措之一就是加強(qiáng)接觸網(wǎng)的防雷設(shè)施和提升接觸網(wǎng)的抗雷擊強(qiáng)度。必須通過科技技術(shù)加強(qiáng)接觸網(wǎng)的防雷屬性，防止接觸網(wǎng)遭受雷擊，提前制定好應(yīng)急措施，保證在不幸遭到雷擊后能快速恢復(fù)供電，不影響鐵路的正常運(yùn)行。一般建議在易發(fā)生雷電災(zāi)害的地區(qū)根據(jù)環(huán)境條件不同采取不同的防雷措施，例如架設(shè)壁壘線避雷針，做好接地設(shè)施，保證避雷設(shè)施正常

工作。

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（責(zé)任編輯：王 波）