高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護探討

郭 棟

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高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護探討

郭 棟

（中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司 山西 太原 030000）

近年來，隨著我國鐵路行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對于鐵路的安全性也提出了更高的要求，而牽引供電系統(tǒng)對于鐵路的安全性更是具有直接的影響。一旦牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障，將嚴重影響鐵路的正常運行。雷擊事故作為鐵路正常運行的常見且主要安全事故，加強鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)的研究，對于預(yù)防此類事故的發(fā)生，確保鐵路安全正常運行具有重要價值和意義。

高速鐵路；牽引供電；防雷；分析

1 導(dǎo)言

一直以來，我國在鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)方面的研究力度和強度都沒有停滯過。這主要是由于鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)對于鐵路安全和發(fā)展具有重要影響。有學(xué)者對鐵路牽引供電系統(tǒng)在缺乏避雷線的情況下展開了研究，研究結(jié)果表明，此種情況下，雷電特性主要表現(xiàn)為雷擊次數(shù)翻倍增長，與此同時，在高架橋平均高度達到一定數(shù)值后，感應(yīng)電壓會非常小，進而引發(fā)鐵路安全事故。然而，近年來，隨著我國鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，也伴隨高架橋高度的不斷增高，感應(yīng)雷以及直擊雷所引發(fā)的絕緣閃絡(luò)次數(shù)也呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。因此，鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)研究力度和強度還應(yīng)不斷加強。

2 鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷體系相關(guān)理論概述

2.1 防雷體系概念

鐵路牽引供電設(shè)備主要包括變電設(shè)備、接觸網(wǎng)設(shè)備以及遠動系統(tǒng)設(shè)備。其中，變電設(shè)備主要包括變電所、開閉所以及分區(qū)所三種。鐵路牽引供電設(shè)備的作用是確保不間斷行車可靠性供電，也就是說，鐵路牽引供電能力只有在與線路運輸能力相匹配時，方能滿足列車密度、運行速度以及重量的具體要求?，F(xiàn)階段，盡管我國變電所的防雷技術(shù)已經(jīng)相對比較完善，但在安裝避雷裝置方面，卻僅在一些關(guān)鍵部位進行了安裝，如隧道口兩端以及線路變電所的入口等。鐵路一般常用高架橋的方式跨越谷地或者河流。而高架橋上的接觸網(wǎng)支柱卻均是通過橋墩內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)接地等，也就是說，在此種情況下，接地電阻存在一定的不合格，進而出現(xiàn)絕緣閃絡(luò)。由此可見，避雷設(shè)施還應(yīng)安裝在高架橋的兩端。

2.2 防雷體系的重要性

鐵路牽引供電系統(tǒng)一旦被雷擊中，不僅會中斷列車供電，還會影響列車的正常運行，更會導(dǎo)致列車安全事故的發(fā)生，嚴重者將會導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟損失。例如，在鐵路運輸?shù)臍v史發(fā)展進程中，由于雷擊原因造成的列車事故數(shù)不勝數(shù)。在這些事故中，7.23甬臺溫特大鐵路事故的發(fā)生僅歷時7min，其雷擊次數(shù)就高達近百次。由此可見，鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)研究的重要性。

3 現(xiàn)階段我國鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷體系存在的問題

3.1 在直擊雷防護方面欠缺全面考慮

現(xiàn)階段，我國鐵路牽引供電系統(tǒng)大多是牽引網(wǎng)和變電所構(gòu)成。其中，變電所的雷擊防護技術(shù)已日臻成熟，而牽引網(wǎng)在直擊雷防護方面卻還存在空白。例如，我國鐵路牽引供電系統(tǒng)在防雷擊設(shè)計過程中，主要考慮了35k V的輸電線路，同時還按照普通鐵路中的相關(guān)規(guī)范來設(shè)計的。因此，在設(shè)計過程中，并沒有將避雷針設(shè)計在接觸網(wǎng)防雷線中。即使在變電站設(shè)備中安裝了避雷針，但也僅僅限于幾處關(guān)鍵位置。由此可見，其對于直擊雷防護來說，效果并不十分顯著。一般來說，直擊雷會主要從雷擊承力索、正饋線等方面侵入到接觸網(wǎng)中。因此，防雷技術(shù)應(yīng)注重加強這方面的研究力度。

3.2 在沖擊接地電阻方面欠缺考慮

相比于普通的鐵路而言，高速鐵路具有鋼軌泄漏電阻大、牽引電流大以及快速絕緣老化等特點。由此可見，其對于鐵路牽引供電系統(tǒng)的影響是非常大的，進而嚴重影響鐵路的正常運行。目前，我國鐵路所采用的接地方式主要是以綜合性接地方式為主。因此，一旦出現(xiàn)雷擊，對鐵路的沖擊是十分巨大的，泄漏一小部分都會導(dǎo)致鐵路的接地電阻過高，進而絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)。

3.3 在雷電防護不同需求方面欠缺考慮

我國是一個地大物博的國家，因而各地區(qū)的氣候和地址也具有各自不同的特點。這反映在鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)設(shè)計方面，就增加了難度。也就是說，雷電防護設(shè)計時應(yīng)考慮各地不同土壤與雷電參數(shù)的關(guān)系。例如，高速鐵路架設(shè)時，由于其涉及的地域比較廣，跨度比較大因而經(jīng)過線路較多。由于不同土壤參數(shù)與雷擊參數(shù)具有不一致性，因而雷擊發(fā)生所帶來的危害也是各不相同的。然而，現(xiàn)階段，我國并未考慮這種地域差異，進而還沒有完全做到全面性的雷電防護。

4 優(yōu)化鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)的幾點建議

4.1 正饋線與承力索的防雷技術(shù)設(shè)計

鑒于目前我國鐵路牽引供電系統(tǒng)還沒有較為全面的防雷擊措施，因而導(dǎo)致鐵路無法正常運行。由此可見，為進一步完善直擊雷防護設(shè)計，應(yīng)著重從以下幾方面來考慮：第一，國家應(yīng)及時制定各種防護措施預(yù)案，以應(yīng)對緊急鐵路事故的發(fā)生；第二，制定防護措施時應(yīng)依據(jù)110kV電力系統(tǒng)；最后，通過提升保護線、回流線的使用以及專門避雷針的使用等進行防護。

4.2 雷擊保護線與避雷線過電壓防護設(shè)計

為最大限度降低雷擊危害，在電壓防護設(shè)計中，應(yīng)注重保護線提升，進而保護正饋線和承力索。在高架橋上架設(shè)避雷線后，正饋線和接觸網(wǎng)對直擊雷的防護會發(fā)生重大變化。因此，也就成了兩種方式的有效防護，一種是反擊雷防護，而另一種則是感應(yīng)雷防護。其中，對于反擊雷的解決方式較為常用的一種就是局部地區(qū)接地電阻降低，進而有效降低沖擊接地電阻。

4.3 絕緣子永久性破壞的保護方法

絕緣子在雷擊發(fā)生后，電壓會產(chǎn)生閃絡(luò)。絕緣子由于閃絡(luò)而工頻不斷被燒毀，進而造成永久性的損壞。這給鐵路行業(yè)造成了嚴重的經(jīng)濟損失。因此，注重絕緣子永久性破壞的防護也是至關(guān)重要的。一般情況下，可將保護間隙加裝到水平絕緣子和懸式絕緣子兩端，或者在保護間隙中安裝避雷針，以及時定位雷擊閃絡(luò)，從而對工頻電弧進行有效疏導(dǎo)，進而起到保護絕緣子的作用。然而，采用這種方式保護絕緣子，一旦發(fā)生雷擊，極易發(fā)生跳閘的現(xiàn)象。

4.4 注重雷電監(jiān)測實行差異化防雷

雷電監(jiān)測系統(tǒng)作為一種在線系統(tǒng)，其不僅是全自動的，更能夠展開大面積的實時監(jiān)測。因此，是目前相對比較有效的一種雷電檢測方式。由此可見，該系統(tǒng)的應(yīng)用均是在計算機上實現(xiàn)的。盡管如此，在適用性和準確性方面卻有待提高。因此，應(yīng)從各地域?qū)嶋H情況出發(fā)，進行區(qū)域劃分，在此基礎(chǔ)上，采用差異化且具有針對性的防護措施。另外，還應(yīng)確定雷電參數(shù)等方面對直擊雷和感應(yīng)雷的防護措施，進而實現(xiàn)差異化設(shè)計。

5 結(jié)語

綜上所述，鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全性以及可靠性是至關(guān)重要的，不僅關(guān)系到鐵路的正常運行，還關(guān)系到鐵路行業(yè)的發(fā)展，更關(guān)系到人們的生命安全。因此，在深入了解和掌握防雷體系概念的基礎(chǔ)上，充分認識防雷體系的重要性，對于增強防雷意識是非常必要的。另外，針對現(xiàn)階段我國鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷體系存在的問題，從正饋線與承力索的防雷技術(shù)設(shè)計方面、雷擊保護線與避雷線過電壓防護設(shè)計方面、絕緣子永久性破壞的保護方法以及注重雷電監(jiān)測實行差異化防雷方面等提出優(yōu)化鐵路牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)建議，對于提高鐵路牽引供電系統(tǒng)的防雷能力，增強鐵路安全運行等是具有重要影響的。因此，未來還應(yīng)繼續(xù)加強這方面的研究深度。

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[3]汪德耀.高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016(13):104-105.

in recent years, along with the rapid development of railway industry in China, people also put forward higher request to the safety of the railway, the traction power supply system for the safety of the railway but also has a direct impact. Once the traction power supply system fails, it will seriously affect the normal operation of the railway. Lightning accident as a common and normal operation of railway major safety accident, strengthen the railway traction power supply system of lightning protection technology research, to prevent the occurrence of such incidents, to ensure the safe and normal operation of the railway has the important value and significance.

high-speed railway; Traction power supply; Lightning protection; Analysis of the

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.083

U223.8

A

1672-9129(2017)11-0071-01