電氣化鐵路防雷技術(shù)淺談

池大維+趙錫瑞

摘 要：牽引供電設(shè)備作為電氣化鐵路的重要組成部分，是鐵路維護(hù)中的重中之重。但是牽引供電設(shè)備以戶外裝設(shè)為主，受天氣影響較大，且無后備設(shè)備替換。如果防雷措施不完備，電氣化設(shè)備受到雷擊，將直接影響電氣化鐵路運(yùn)營。同時(shí)雷擊產(chǎn)生的高電壓、高電流通過接觸網(wǎng)傳入牽引變電所，可能引起所內(nèi)電氣設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，造成更大的損失。因此，做好電氣化鐵路的防雷工作，不斷運(yùn)用新的防雷技術(shù)及設(shè)備，減少接觸網(wǎng)雷擊故障，對提高電氣化鐵路運(yùn)輸安全性和效率具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；牽引供電設(shè)備；接觸網(wǎng)；避雷器

中圖分類號：U225 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.039

1 國內(nèi)電氣化鐵路受雷電情況

我國電氣化鐵路干線主要集中于中東部沿海及南方，而我國多數(shù)中東部沿海及南方地區(qū)屬于多雷區(qū)及以上，每年雷暴日均超過20 d以上，2個(gè)范圍有高度的重合。由此可以得出，我國京滬、京廣、京九等幾條繁忙大干線每年都會有很長一段時(shí)間受到雷雨天氣的嚴(yán)重影響，從而給安全運(yùn)輸帶來隱患。因此，防雷工作在我國電氣化鐵路工作中是很重要的一大部分。

2 我國電氣化鐵路受雷擊影響情況

接觸網(wǎng)在無特殊有效的防雷措施的情況下，遭雷擊閃絡(luò)的主要是直擊雷。根據(jù)接觸網(wǎng)高度的不同及雷暴的差異，直擊雷造成的跳閘占總雷擊跳閘的比例為95%～98%，而感應(yīng)雷造成的跳閘占總跳閘的比例為2%～5%.據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，京津城際鐵路從2008-08-01開通運(yùn)行以來，因雷雨天氣導(dǎo)致牽引變電所跳閘事件每年均在20件以上。同時(shí)根據(jù)各鐵路局2011-12提供的統(tǒng)計(jì)資料，京滬高鐵自聯(lián)調(diào)聯(lián)試以來，接觸網(wǎng)因雷雨天氣造成變電所跳閘事件204件。其中，北京局管內(nèi)64件，濟(jì)南局管內(nèi)18件，上海局管內(nèi)122件，因雷擊造成了部分絕緣子損壞，給鐵路運(yùn)輸帶來一定的安全隱患，同時(shí)也加大了運(yùn)營維護(hù)的工作量。以下是2個(gè)典型雷擊案例：①2011-06-07T18：34，武清變電所211#、212#斷路器跳閘，重合成功。經(jīng)現(xiàn)場人員檢查發(fā)現(xiàn)，永樂—武清區(qū)間846#支柱負(fù)饋線絕緣子因雷擊閃絡(luò)。②2012-06-09T20：46，清池變電所211#、212#斷路器跳閘，重合閘成功。當(dāng)時(shí)是雷雨大風(fēng)天氣，通過巡視發(fā)現(xiàn)，滄州站K210+035處37#W01F隔離開關(guān)絕緣子有雷擊閃絡(luò)痕跡。

3 國內(nèi)電氣化鐵路現(xiàn)有防雷主要措施

國內(nèi)現(xiàn)有一般電氣化鐵路供電系統(tǒng)防雷措施有以下幾種。

3.1 沿線架設(shè)避雷線、避雷器和避雷針

沿線架設(shè)避雷線、避雷器和避雷針，以防雷直擊設(shè)備。避雷線的使用比較廣泛，且可以利用原有的保護(hù)線或架空地線提高防雷效果。因?yàn)楫?dāng)雷擊中金屬物體時(shí)，會使金屬導(dǎo)體的溫度急劇上升，甚至熔斷。根據(jù)導(dǎo)體的材料及其允許的溫度，即可求出在所需通過的雷電流下導(dǎo)體應(yīng)具有的最小截面為：

（1）

式（1）中：q為導(dǎo)體的截面，mm；I為雷電流的值，kA；t為雷電流的持續(xù)時(shí)間，μs；k可根據(jù)所選材料及其所允許的工作狀態(tài)求得。

經(jīng)試驗(yàn)和計(jì)算表明，金屬熔化的面積與電流成正比，而熔化的深度與電流的持續(xù)時(shí)間成正比，由于雷電流作用的時(shí)間很短，一般不會使直徑大于16 mm的鋼筋熔斷。同時(shí)，現(xiàn)有線路普遍使用的保護(hù)線及架空地線均為70 mm2的鋼芯鋁絞線，鋼芯截面積均大于16 mm2，完全可以做避雷線使用，且節(jié)省了成本。

3.2 降低桿塔的接地電阻

部分桿塔安裝線路避雷器，以提高線路耐雷水平，減少雷擊桿塔或避雷線后引起的絕緣閃絡(luò)。

3.3 采取自動重合閘措施

采取自動重合閘措施，可以保證雷擊閃絡(luò)后通過自動重合閘裝置自動合閘，恢復(fù)供電。

3.4 在接觸網(wǎng)上安裝避雷器

在接觸網(wǎng)上安裝避雷器，當(dāng)出現(xiàn)雷電過電壓時(shí)，避雷器動作，雷電流通過避雷器后沿支柱、支柱接地體泄入大地，從而避免了支柱上其他絕緣部件沿著表面閃絡(luò)。

4 國外電氣化鐵路現(xiàn)有防雷主要措施

4.1 德國鐵路防雷現(xiàn)狀

經(jīng)實(shí)際測量德國鐵路表明，歐洲中部地區(qū)每100 km接觸網(wǎng)在1年的時(shí)間內(nèi)可能遭受1次雷電沖擊。雷電對接觸網(wǎng)的直接沖擊會導(dǎo)致雷電沖擊過電壓。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中考慮采用過電壓保護(hù)裝置限制雷電過電壓，一般應(yīng)用避雷器。同時(shí)，他們認(rèn)為避雷器只能對過電壓進(jìn)行有限的保護(hù)，一般只用于有頻繁雷電存在的地段，而在其他區(qū)段，無論是從經(jīng)濟(jì)方面考慮，還是從防護(hù)效益方面考慮，一般不設(shè)置避雷裝置。

4.2 日本鐵路防雷現(xiàn)狀

日本由于其特殊的地理?xiàng)l件和氣象條件，在電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)雷擊頻度及線路重要程度，將國土的防雷等級劃分為A，B，C區(qū)域并規(guī)定了相應(yīng)的防雷措施：A級區(qū)的雷害嚴(yán)重且線路重要，需要在進(jìn)行全面防雷保護(hù)全線接觸網(wǎng)架設(shè)架空避雷線的同時(shí)，在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)位置、電纜接頭或連接處、架空點(diǎn)終端設(shè)置避雷器；B級區(qū)雷害比較嚴(yán)重且線路重要，對部分特別重要的場所沿接觸網(wǎng)架設(shè)架空避雷線，同時(shí)在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)位置、電纜接頭或連接處、架空地線終端設(shè)置避雷器；對于C級區(qū)，一般在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)位置、電纜接頭或連接處設(shè)置避雷器。

5 結(jié)論

我國現(xiàn)行電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)主要依據(jù)《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10009—2005）和《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定》的相關(guān)規(guī)定，只是簡單地根據(jù)雷電日數(shù)將線路分為4個(gè)等級，即少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)。但鑒于以上分析及近年來厄爾尼諾現(xiàn)象嚴(yán)重，極端天氣多發(fā)，而且新建鐵路所處位置地形復(fù)雜，僅靠4個(gè)等級的劃分已難以滿足日益提高的鐵路運(yùn)行要求?，F(xiàn)在還要對半山坡、高路基、空曠地域、大橋路段等地域進(jìn)行認(rèn)真的統(tǒng)計(jì)，對于包含這些地段的區(qū)域，建議專門沿線路架設(shè)避雷線，并在特殊設(shè)備位置安裝避雷器。對于既有線路，鑒于成本的考慮，可以將保護(hù)線改架到支柱頂部兼做避雷線使用。隨著鐵路運(yùn)行要求的日新月異，防雷工作日益得到重視，其發(fā)展提高是必然趨勢，希望電氣化鐵路防雷工作能夠得到更多的支持。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕