接觸網(wǎng)避雷線運(yùn)行中存在的問題分析及對(duì)策

陸加華 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司九景衢鐵路浙江有限公司

上海鐵路局范圍內(nèi)鐵路工程實(shí)施避雷線主要在2013年，在上海局供電處的組織下，根據(jù)《關(guān)于印發(fā)高速鐵路接觸網(wǎng)指導(dǎo)意見（暫行）的通知》（運(yùn)供供電函【2013】325號(hào)）要求，對(duì)管內(nèi)已開通的京滬、滬杭、滬寧等高鐵的避雷線實(shí)施方案進(jìn)行了研究，結(jié)合設(shè)備管理單位統(tǒng)計(jì)的接觸網(wǎng)雷害情況，制定了防雷整治試點(diǎn)方案并予以實(shí)施，是最早的一批避雷線工程，運(yùn)行至今將近5年。采取避雷線后取得了明顯的效果，因此對(duì)上海局范圍內(nèi)新建鐵路工程在符合雷區(qū)要求下均設(shè)計(jì)了避雷線，例如九景衢、衢寧鐵路浙江段均通過變更增加了避雷線。目前上海局杭州供電段累計(jì)運(yùn)行的避雷線已達(dá)到了367條公里?？傮w來說，避雷線是一種設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，效果明顯的雷電防護(hù)措施，接觸網(wǎng)設(shè)置避雷線可將雷擊調(diào)整率大幅降低。

雖然接觸網(wǎng)避雷線結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但避雷線所接觸到氣候條件越來越復(fù)雜，特別是雷電天氣下直接起引雷作用，導(dǎo)致運(yùn)行中的避雷線受損，若是在材料、生產(chǎn)、施工等環(huán)節(jié)上不注意，常年運(yùn)行易發(fā)生故障。

1 避雷線運(yùn)行出現(xiàn)斷股短線的可能原因

1.1 材料缺陷

以九景衢鐵路、衢寧鐵路設(shè)置的避雷線為例，其類型為鍍鋅鋼絞線-50（YB/T5004-2012），避雷線最大張力采用5 kN。在《鐵路電力牽引供電過程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10421-2003）未單獨(dú)提及避雷線或架空地線的驗(yàn)收，針對(duì)鍍鋅鋼絞線參考承力索或軟橫跨的主控項(xiàng)目“線材運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量，其質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。外觀質(zhì)量且應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）鍍鋅鋼絞線、鍍鋁鋼絞線不得有斷股、交叉、折疊、硬彎、松散等缺陷；如有缺陷應(yīng)按規(guī)定處理；（2）鍍鋅鋼絞線表明鍍鋅良好，不得銹蝕；（3）鍍鋁鋅鋼絞線鍍層良好”。由于避雷線生產(chǎn)制造技術(shù)含量不高，很易去制備，部分生產(chǎn)者，沒能注重該類線材質(zhì)量，施工單位對(duì)材料進(jìn)場(chǎng)后可能疏于監(jiān)管檢驗(yàn)，導(dǎo)致本身有缺陷的鍍鋅鋼絞線投入使用，在周邊環(huán)境的共同作用下，常年運(yùn)行可能發(fā)生故障。

1.2 施工安裝缺陷

避雷線在人工放線過程中，由于與其他專業(yè)施工交叉，出現(xiàn)了對(duì)線材的損傷，施工引起的損傷主要還是硬彎和鍍鋅層的破壞，此外在電力系統(tǒng)內(nèi)針對(duì)電網(wǎng)架空地線施工，強(qiáng)調(diào)了由于施工導(dǎo)致“金鉤”導(dǎo)致了鋼芯形成無法修復(fù)的永久變形，應(yīng)該將該部分割除重接。也就是說由于在施工安裝過程中導(dǎo)致了架空避雷線形成了“金鉤”，而又沒有發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致其彎曲運(yùn)行，長(zhǎng)此以往也會(huì)發(fā)生斷裂。

1.3 腐蝕開裂

鍍鋅鋼絞線材質(zhì)的地線長(zhǎng)期暴露在大氣腐蝕環(huán)境中，同時(shí)處于較低的拉應(yīng)力，可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕斷裂（材料在持久拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下發(fā)生脆性開裂的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力腐蝕或應(yīng)力腐蝕開裂）。特點(diǎn)是迅速發(fā)生，且出現(xiàn)腐蝕裂紋，甚至斷裂，因此危害極大，幾乎所有耐腐蝕金屬材料都可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕。據(jù)了解電網(wǎng)的架空地線因腐蝕開裂甚至斷裂還是時(shí)有發(fā)生，如2011年某220 kV架空地線斷裂，地線類型為50的鍍鋅鋼絞線，斷裂的地線外觀檢查發(fā)現(xiàn)地線外層12根鍍鋅鋼絲腐蝕最嚴(yán)重，表明完全被黃褐色鐵銹覆蓋，并有小蝕坑，中間層的6根鍍鋅鋼絲腐蝕也較嚴(yán)重，鋼絞線各銹蝕鋼絲之間夾塞有大量疏松的腐蝕產(chǎn)物。電網(wǎng)的架空地線運(yùn)行時(shí)間較鐵路接觸網(wǎng)避雷線時(shí)間更加久，針對(duì)此類原因造成的隱患也是今后鐵路接觸網(wǎng)避雷線在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中需要關(guān)注的。

1.4 雷擊避雷線

避雷線架設(shè)在接觸網(wǎng)頂端其主要目的是引雷，保護(hù)接觸網(wǎng)，防止雷直接擊中接觸網(wǎng)。雖然雷擊中地線對(duì)地線影響不大，但被雷電擊中以后必定會(huì)降低避雷線的作用。在電力系統(tǒng)中雷直擊電力架空地線斷線的故障也有發(fā)生。雷擊避雷線時(shí)，雷擊點(diǎn)的電流密度最大，溫度最高，雷電弧的溫度可達(dá)數(shù)千K，雖然雷電流通過導(dǎo)體時(shí)其熱效應(yīng)是不大的，但是當(dāng)雷直擊避雷線，在直接與放電通道相接觸的地方可能受到高溫的作用，在強(qiáng)雷作用下使得金屬熔化可能達(dá)毫米級(jí)的深度。這個(gè)現(xiàn)象很可能是有些導(dǎo)線不正常斷股的原因。還有雷擊具有沖擊效應(yīng)等的作用下可能導(dǎo)致架空地線的損傷。

2 接觸網(wǎng)避雷線施工及運(yùn)行的有關(guān)建議

2.1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

避雷線一般采用鍍鋅鋼絞線架設(shè)，常用的截面是35、50、70平方的，接觸線的截面越大，使用的避雷線截面也越大。設(shè)計(jì)院一般按照地線和接觸線的配合進(jìn)行地線設(shè)計(jì)，建議是否按照熱穩(wěn)定等進(jìn)一步校核。或選取的安全系數(shù)比接觸線等更大。在材料選用環(huán)節(jié)，地線的選取一些良導(dǎo)線架空地線，如電力部門目前常采用鉛包鋼線，具有強(qiáng)度較高、不生銹，又有適當(dāng)導(dǎo)電率。

2.2 施工環(huán)節(jié)

加強(qiáng)入場(chǎng)把關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)檢查檢測(cè)工作，避免不合格的產(chǎn)品進(jìn)入；加強(qiáng)避雷線的施工管理和驗(yàn)收把關(guān)，避免安裝缺陷。

2.3 運(yùn)行環(huán)節(jié)

針對(duì)應(yīng)力腐蝕、雷擊等因環(huán)境引起的，主要依靠巡視人員平時(shí)巡線是以人工觀測(cè)方式查看是否有明顯損傷，對(duì)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、存在明顯腐蝕現(xiàn)場(chǎng)的避雷線，定期進(jìn)行腐蝕檢查和取樣性能試驗(yàn)，不合格的因及時(shí)更換。但同時(shí)也注意到避雷線架設(shè)在接觸網(wǎng)線路的最頂端，通過人工觀測(cè)方式也是很難觀測(cè)到頂端微小的隱患。但是腐蝕一旦出現(xiàn)會(huì)是一個(gè)加速的工程，遭受雷擊后的位置也可能更容易被雷再次擊中。目前接觸網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)手段結(jié)合線路跳閘時(shí)間，保護(hù)測(cè)距系統(tǒng)距離等條件實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)雷擊跳閘定位，但雷直接擊中避雷線就不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，線路又沒有跳閘的情況下，并不知道實(shí)際有多大比例的雷落到了避雷線上。個(gè)人覺得要是能夠知道一定時(shí)間內(nèi)避雷線上的落雷密度，能捕捉到每次雷擊，及時(shí)安排人員處理，就不會(huì)造成更大的安全隱患。建議可以采用一種分布式的雷擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)架空避雷線落雷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)，分析線路一定時(shí)間內(nèi)避雷線上落實(shí)分布情況，既可以有目的性的檢查避雷線的損傷，又可以針對(duì)該區(qū)段采取更加準(zhǔn)確的有目的性的接觸網(wǎng)防雷措施。

2.4 加強(qiáng)使用壽命管理

管理部門和設(shè)計(jì)部門結(jié)合材料使用周期，制定鐵路接觸網(wǎng)避雷線在運(yùn)行時(shí)間，到周期后有條件的進(jìn)行更換。

3 結(jié)束語

接觸網(wǎng)避雷線運(yùn)行時(shí)間較之于電力系統(tǒng)架空地線時(shí)間較短，目前未暴露出故障，根據(jù)電力架空地線運(yùn)行出現(xiàn)的故障可以為鐵路避雷線運(yùn)行提供參考，同時(shí)接觸網(wǎng)避雷線相對(duì)于接觸線、承力索等線材在設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)等方面還有一些不規(guī)范，而可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，從而為避雷線自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行留下了隱患。建議在接觸網(wǎng)避雷線運(yùn)行中，應(yīng)用科技手段加強(qiáng)管理，以確保運(yùn)行安全。