柳南客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)防雷問(wèn)題的研究

【摘要】如何提高接觸網(wǎng)線路雷電防護(hù)水平，降低線路雷擊跳閘率及避免雷擊危害，確保行車(chē)安全是接牽引供電系統(tǒng)防雷的一項(xiàng)重要工作，針對(duì)柳南客運(yùn)專(zhuān)線的防雷不足，并結(jié)合廣西地區(qū)的氣象和地理?xiàng)l件應(yīng)從架設(shè)避雷線、增設(shè)避雷器等方面提高接觸網(wǎng)的防雷水平。

【關(guān)鍵詞】接觸網(wǎng)；防雷；避雷線

柳南客運(yùn)專(zhuān)線又稱(chēng)柳南城際鐵路，自 2013年12月30日開(kāi)通運(yùn)行后，牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，但廣西是雷雨多發(fā)的南部省區(qū)，南寧和柳州地區(qū)的年平均雷暴日分別為84.6d和67.3d，因此，每年進(jìn)入雷雨季節(jié)后，非常容易引起跳閘故障。雖然絕大部分故障重合成功，并未對(duì)運(yùn)輸造成重大的影響，但是雷擊引起的絕緣設(shè)備閃絡(luò)燒傷，是接觸網(wǎng)安全運(yùn)行的隱患。

1、柳南客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

柳南客運(yùn)線路在設(shè)計(jì)和施工中根據(jù)以往的高鐵設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只在一些關(guān)鍵部位裝設(shè)了避雷器和部分錨段關(guān)節(jié)處架設(shè)了避雷線作為主要的防雷措施，但未充分考慮廣西地區(qū)為雷電活動(dòng)頻繁且地形比較復(fù)雜的區(qū)域，因此該線路接觸網(wǎng)在防雷方面存在以下缺陷。

1.1接觸網(wǎng)未全部裝設(shè)架空避雷線

整個(gè)柳南客運(yùn)專(zhuān)線全長(zhǎng)226km，設(shè)計(jì)時(shí)速為250km/h，橋隧比例達(dá)到了50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普速鐵路。高架橋上的接觸網(wǎng)對(duì)面的高度通常都在16～36m之間，且大多數(shù)接觸網(wǎng)途經(jīng)空曠的田野地帶，周?chē)母叽蠼ㄖ锉容^少，高架橋就基本上成為了相對(duì)的高大建筑，非常容易受到雷電災(zāi)害的影響。但該線路根據(jù)以往的高鐵設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并未全部架設(shè)架空避雷線，當(dāng)雷電擊中承力索、AF線時(shí)會(huì)造成腕臂絕緣子、AF線懸式絕緣子及其他設(shè)備損壞甚至炸裂。

1.2防雷重點(diǎn)處避雷器設(shè)置不足

目前柳南客運(yùn)專(zhuān)線的高鐵接觸網(wǎng)只在較長(zhǎng)的供電線連接到接觸網(wǎng)上的部位、分相兩端、超過(guò)2000m的隧道兩端安裝了避雷器，在絕緣錨段關(guān)節(jié)兩側(cè)的轉(zhuǎn)換柱、中心錨節(jié)柱附近、中心錨節(jié)柱與轉(zhuǎn)換柱中間等部位都沒(méi)有設(shè)置避雷器，但這些關(guān)鍵點(diǎn)是接觸網(wǎng)防雷的重點(diǎn)處所，往往遭受雷擊的概率比其他地方大。

2、可采取的防雷措施

基于以上對(duì)柳南客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)防雷不足的分析，按照《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10009-2005）的要求，結(jié)合廣西自治區(qū)的氣象和地理?xiàng)l件，應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)柳南客專(zhuān)線接觸網(wǎng)的防雷效果。

2.1增設(shè)架空避雷線

架空避雷線的保護(hù)效果取決于架空避雷線的安裝高度。根據(jù)目前柳南客專(zhuān)線接觸網(wǎng)支柱、AF線等設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，架空地線只有在既有支柱上加裝，安裝高度及保護(hù)范圍采用滾球法進(jìn)行計(jì)算。

首先用單根避雷線的計(jì)算法計(jì)算避雷線的安裝高度。根據(jù)滾球法的參數(shù)要求，因接觸網(wǎng)架空避雷線安裝的高度小于第一類(lèi)防雷建筑物的半徑hr（即h

根據(jù)柳南客專(zhuān)線接觸網(wǎng)直線段中間支柱腕臂安裝示意圖（圖2所示），以及圖1中滾球法的意義可知，架空避雷線的保護(hù)范圍只要能成功保護(hù)到承力索、AF線，則接觸網(wǎng)的其他部件肯定在保護(hù)范圍內(nèi)。因此在具體計(jì)算時(shí)，將接觸網(wǎng)視為第一類(lèi)防雷建筑物，取滾球半徑hr=30m；AF線肩架寬度，即架空避雷線在AF線安裝高度hx處的xx平面上的保護(hù)寬度bx取1.2m；AF線安裝高度即保護(hù)物的高度hx取7.0m，帶入式（1）有，解得h=8.2m，即架空避雷線的安裝高度為8.2m。而接觸網(wǎng)支柱高度為7.8m，則可以計(jì)算出需要在支柱頂0.4m處裝設(shè)架空地線。

接下來(lái)通過(guò)兩根等高避雷線計(jì)算法驗(yàn)證承力索是否在保護(hù)范圍之內(nèi)。由于承力索位于上、下行兩根避雷線中間，因此根應(yīng)根據(jù)以上步計(jì)算所得的架空避雷線的安裝高度來(lái)驗(yàn)證是否滿足承力索的保護(hù)范圍。據(jù)滾球法，承力索的保護(hù)范圍應(yīng)按兩根等高避雷線進(jìn)行計(jì)算，如圖3所示，兩根避雷線之間保護(hù)范圍最低點(diǎn)的高度按下式計(jì)算：

如果通過(guò)式（2）計(jì)算得兩根避雷線之間保護(hù)范圍最低點(diǎn) 的高度高于承力索的最高點(diǎn)則說(shuō)明架空避雷線的安裝高度符合要求。根據(jù)柳南客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，普通中間柱承力索的安裝高度為7.1m，錨段關(guān)節(jié)處非支承力索抬高0.5m，按最高7.6m進(jìn)行考慮。取上、下行兩根避雷線之間的距離D=11m。將hr=30m，h=8.2m，代入式（2）計(jì)算得h0=7.7m，大于承力索的最高點(diǎn)，說(shuō)明架空地線的安裝高度定為8.2m，完全能滿足避雷要求。

計(jì)算好安裝高度后應(yīng)考慮避雷線的裝設(shè)方案。按照防雷裝置設(shè)計(jì)與安裝要求規(guī)定，本方案采用鍍鋁鋅鋼絞線LXGJ-50。同時(shí)，為減小增設(shè)的架空避雷線對(duì)既有支柱容量的影響，架空避雷線的額定張力推薦采用5kN。安裝時(shí)在原支柱柱上采用抱箍形式將避雷線肩架安裝于田野側(cè)，避免避雷線斷線后進(jìn)入行車(chē)區(qū)域。為使避雷線與綜合接地系統(tǒng)及弱電設(shè)備相對(duì)隔離，避雷線采用絕緣安裝（如圖2所示）以及單獨(dú)接地。路基區(qū)段接地引至路基外20m連接至不大于10Ω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，推薦采用引下獨(dú)立接地極。如獨(dú)立接地極引下困難，可單獨(dú)雙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。根據(jù)日本新干線鐵路架空避雷線接地經(jīng)驗(yàn)，推薦采用每隔200m進(jìn)行接地設(shè)置。接地引下線采用雙根70mm2絕緣銅電纜，避免與綜合接地系統(tǒng)的直接相連。

2.2適當(dāng)增加避雷器的設(shè)置

安裝避雷器能夠有效提高避雷器附近的接觸網(wǎng)耐雷水平，降低接觸網(wǎng)雷擊跳閘率。因此，在絕緣關(guān)節(jié)兩側(cè)轉(zhuǎn)換柱，中心錨節(jié)柱附近，中心錨節(jié)柱與轉(zhuǎn)換柱中間增加避雷器的布置數(shù)量。在布置避雷器時(shí)，間距應(yīng)按照200～300m布置。同時(shí)在饋電線上網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)增設(shè)帶間隙的避雷器，未設(shè)置避雷器的隧道兩端均增設(shè)避雷器。避雷器的接地引下線采用雙根70mm2絕緣銅電纜，并接引至不大于10Ω的獨(dú)立接地極。

3、結(jié)語(yǔ)

柳南客運(yùn)專(zhuān)線處于多雷、強(qiáng)雷區(qū)，易遭受雷電危害。通過(guò)架設(shè)架空避雷線，增設(shè)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)可有效的減少雷電災(zāi)害對(duì)電氣化鐵道的安全隱患。文中的防雷設(shè)計(jì)方案也為今后高鐵在多雷、強(qiáng)雷區(qū)的防雷設(shè)計(jì)與施工提供了一定的參考依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介

趙文飛（1982—），男，甘肅永昌人，工學(xué)學(xué)士，助理講師，主要從事電氣化鐵道技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)和研究工作。