高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護探討

摘要：隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，高速鐵路已經(jīng)成為人們出行的重要設(shè)施，并且普及范圍越來越寬廣，高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護是對人們出行安全的保障，是推動高速鐵路進一步發(fā)展的必要舉措。文章對高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護進行了探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；牽引供電；接觸網(wǎng)；雷電防護；交通運輸 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM922 文章編號：1009-2374（2016）13-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.050

高速鐵路目前在國內(nèi)已經(jīng)逐漸向各個地區(qū)普及，由于高速鐵路面對的安全要求更高，因此需要牽引供電系統(tǒng)能夠正常運行。在遇到雷雨天氣時，該系統(tǒng)要能夠?qū)纂娺M行防護，以免列車的供電被迫中斷，給人們的生命安全帶來威脅。對于高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)的雷電防護的研究對保證人們的安全具有十分重要的作用。

1 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護缺陷

1.1 直擊雷的防護問題

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)在電壓等級上來說相當(dāng)于電力系統(tǒng)的35kV，所以在對接觸網(wǎng)防雷進行設(shè)計時，需參考35kV輸電線路及普速鐵路接觸網(wǎng)的規(guī)范，在整個接觸網(wǎng)防雷線中沒有架設(shè)避雷線，需對關(guān)鍵的設(shè)備加設(shè)避雷器。高架橋是高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)，高架橋接觸網(wǎng)在對地高度上相當(dāng)于110kV架空線路，因為沒有避雷線的保護，使得直擊雷很容易危害到接觸網(wǎng)。直擊雷一般會從三個地方入侵：一是對承力索進行雷擊，當(dāng)雷電入侵后，這時腕臂絕緣子會發(fā)生閃絡(luò)；二是對正饋線進行雷擊，入侵之后會導(dǎo)致懸式絕緣子發(fā)生閃絡(luò)；三是對保護線進行雷擊，這時就會引起兩種絕緣子發(fā)生閃絡(luò)。

1.2 沖擊接地電阻問題

高速鐵路和普速鐵路相比具有很多特點，例如高鐵的牽引電流比普速要大，鋼軌泄漏電阻較大。以客運專線為例，與鋼軌電位相比，常速既有線路的要求更低，所以高鐵沿線的維護人員在工作中很容易發(fā)生觸電事故，并且絕緣的老化速度很快，這就影響了高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的正常運行。鑒于此，現(xiàn)在在高速鐵路中采取綜合接地方式，在部分的地段需要打接地極，并且接地電阻的要求很嚴(yán)格。但在實際的高鐵中，當(dāng)遇到雷擊，受到雷電流的沖擊，在有限的部分發(fā)生泄流，引起接地電阻超過正常值，這就導(dǎo)致絕緣子發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。

1.3 不同地區(qū)雷電防護要求的差異性問題

在不同的地區(qū)，雷電和土壤參數(shù)也會不同，在高速鐵路的建設(shè)過程中，具有跨度大的特點，線路也比較長，在高速鐵路的一條沿線上，一般會有多種雷電及土壤參數(shù)，而不同參數(shù)的雷電危害程度也不一樣，所以雷電防護就需要進行針對性的設(shè)計。但在實際高鐵雷電防護設(shè)計中，卻沒有將這種差異性考慮進去，使得雷電防護的措施不夠完善，雷電的防護作用無法完全發(fā)揮

出來。

2 高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護

要避免雷電對高速鐵路正常運行的影響，防止引起安全隱患，牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護是十分重要的舉措，與國外相比，國內(nèi)的牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護還是存在一定差距的，在一些方面還沒有比較成熟的技術(shù)，因此需要遵照基本原則和方法防止安全事故發(fā)生。

2.1 分析和計算接觸網(wǎng)

按照國內(nèi)外接觸網(wǎng)受到雷擊方式的分析和計算，總結(jié)出下面的結(jié)論：若接觸網(wǎng)所處的地區(qū)在一年內(nèi)的平均雷電日較多，那么遭受雷擊的頻度也就更大，通常來說每平方公里大地一年的遭受雷擊次數(shù)是隨著年平均雷電日數(shù)的增加而增加的。按照國際大電網(wǎng)會議推薦的計算：承力索距離軌面平均高度為7米，接觸網(wǎng)的側(cè)面限界為3米，利用下面的公式計算出單線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù)，即N=0.122×Td（年平均雷電日數(shù)）×1.3，復(fù)線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù)的計算公式則為N=O.244×Td×1.3。當(dāng)遭受雷擊時，接觸網(wǎng)產(chǎn)生過電壓，當(dāng)接觸網(wǎng)支柱受到雷擊時，雷電流會沿著支柱侵入地面，與此同時在支柱上會有沖擊過電壓產(chǎn)生，過電壓的值和支柱的沖擊接地電阻、雷電流幅值與支柱等值電感相關(guān)聯(lián)，它們的關(guān)系是非線性正比關(guān)系。另外，雷電通道產(chǎn)生的電磁場變化會使得和雷電流極性相反的感應(yīng)電壓產(chǎn)生，而且感應(yīng)電壓的值隨著雷電流的平均值和接觸網(wǎng)導(dǎo)線的高度增加而增大。沖擊過電壓以及感應(yīng)過電壓的疊加值的大小同接觸網(wǎng)支柱的接地電阻相關(guān)聯(lián)，疊加值的大小與接地電阻呈現(xiàn)正比的關(guān)系，也就是說當(dāng)接觸網(wǎng)支柱的接地電阻增大，那么引起閃絡(luò)的雷電流幅值以及絕緣子閃絡(luò)概率就會相應(yīng)

增加。

2.2 接觸網(wǎng)的安裝

目前的高速鐵路的供電方式通常采用的是AT，圖1所示的是AF線和PW線安裝位置，這時PW線安裝在AF線的下方位置。在這種安裝形式下，接觸網(wǎng)線路直接落雷的閃絡(luò)概率采取電氣幾何模型和先導(dǎo)發(fā)展模型來計算，計算的條件為：因為自然雷中90%為負極性，直擊雷過電壓為負極性，在計算過程中采用絕緣子U50%為閃絡(luò)判據(jù)；根據(jù)雷暴日為20d與40d兩種情況來計算（U50為絕緣子50%雷電沖擊放電電壓）。表1為接觸網(wǎng)絕緣子正負極性標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊50%的放電電壓。雷擊閃絡(luò)次數(shù)和線路的暴露寬度與地閃密度有關(guān)。線路的引雷面積（線路雙側(cè)乘以2）等于線路總的暴露寬度乘以線路長度，年雷擊閃絡(luò)次數(shù)則為線路的引雷面積與地閃密度相乘，當(dāng)線路的長度為100千米時，可計算出線路的百公里年閃絡(luò)次數(shù)。

提高現(xiàn)有PW線的安裝位置并作避雷線。如圖2所示，假設(shè)PW線在AF線上方1.5米處，橋梁的高度分別為10米和15米，抬高PW線在AF線上方的保護配置，可大大減少AF線和T線直接落雷的次數(shù)。提高PW線的位置之后可以屏蔽掉AF線和T線，大為減少AF線和T線直接落雷（繞擊）的次數(shù)，但當(dāng)PW線落雷的雷電流幅值比較高的時候，會引起AF線與T線絕緣子反擊閃絡(luò)，且AF線與T線絕緣子還是可能出現(xiàn)雷電感應(yīng)閃絡(luò)。

3 接觸網(wǎng)防雷原則

一是根據(jù)高速鐵路客運專線以及客、貨混線線路不同的供電方式，有針對性地制定防雷原則及措施；二是根據(jù)區(qū)間和站場的不同特點對接觸網(wǎng)防雷措施進行確定；三是將實際跳閘統(tǒng)計數(shù)據(jù)與雷區(qū)劃分結(jié)合起來；四是將站場接觸網(wǎng)和站房等防雷措施結(jié)合起來；五是充分發(fā)揮避雷針和避雷線等不同接閃器的優(yōu)勢，并將其結(jié)合起來；六是根據(jù)不同的地理和氣候等自然條件，對防雷設(shè)施的密度和強度進行設(shè)計，在保證安全的基礎(chǔ)上兼顧效益。

下面提出六點防雷建議：一是在多雷雨地段、較為空曠的地段、高架橋梁段需加強雷電的防范；二是在架設(shè)絕緣避雷針和避雷線時，需要依據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域接觸網(wǎng)所受的雷電強度及跳閘數(shù)據(jù)等實際情況，對避雷器的安密度進行合理調(diào)節(jié)，同時與放電間隙相結(jié)合，預(yù)防雷擊；三是在區(qū)間接觸網(wǎng)的頂端架設(shè)避雷線，避雷針數(shù)量依照雷電日數(shù)來確定；四是根據(jù)計算對避雷針和避雷線的有效防雷范圍予以保證；五是對于支柱兩側(cè)的高壓帶電部分，采取柱頂布置來預(yù)防雷擊，減少直擊雷對接觸網(wǎng)高壓部分的放電量；六是通過架設(shè)避雷線的絕緣以及避雷針的單獨接地，來達到減少支柱直擊雷與反擊雷對接觸網(wǎng)高壓部分的放電量的效果。

4 結(jié)語

綜上所述，在高速鐵路的防雷電方面，我國做得還不足，與國外先進國家的防雷措施相比還具有很多需要努力的地方。因此，為了保障高速鐵路供電系統(tǒng)的正常運行，保證人員安全，就需要相關(guān)的工作人員不斷增加相關(guān)的雷電防護知識，以便熟練地掌握高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電的防護措施。在經(jīng)濟的快速發(fā)展下，高鐵為人們的出行提供了越來越大的便利，滿足了人們快捷、舒適的出行要求，同時人們對于鐵路安全也提出了更高的要求，所以我們要不斷吸取國外先進的技術(shù)，采用更為有效的雷電防護措施，避免鐵路供電系統(tǒng)遭受雷擊從而中斷。相信在今后，我國高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護會越來越好。

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作者簡介：汪德耀（1987-），男，南寧鐵路局柳州供電段助理工程師，研究方向：技術(shù)方面。

（責(zé)任編輯：小 燕）