電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷技術(shù)淺析與應(yīng)用

紀(jì)東岳

[摘 要]電氣化鐵路系統(tǒng)當(dāng)中接觸網(wǎng)常常因雷擊發(fā)生故障，這對電氣化鐵路的正常運行有很大的影響。因雷電造成的接觸網(wǎng)故障，一般會對電氣化鐵路的相關(guān)設(shè)備造成不同程度的損害，若是對故障原因缺少了解，在相關(guān)的處置當(dāng)中，往往延誤對故障性質(zhì)的判斷，進(jìn)而影響鐵路交通的正常運行。同時因為鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，電氣化鐵路對各種電氣設(shè)備的性能及穩(wěn)定性有了更高的要求，電氣化鐵路設(shè)備的材質(zhì)大部分由銅合金組成，導(dǎo)電性很好，這就更需要引起因雷電雷擊造成的接觸網(wǎng)故障的重視。

[關(guān)鍵詞]電氣化鐵路；接觸網(wǎng)防雷技術(shù)；研究與應(yīng)用

中圖分類號：F406 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）13-0398-02

引言

電氣化鐵路在自然條件下經(jīng)常面臨諸如暴雨、雷電等惡劣天氣，如接觸網(wǎng)的防雷措施不到位，則會導(dǎo)致鐵路設(shè)備跳閘而無法正常運營，甚至遭受進(jìn)一步破壞，造成其他電氣設(shè)備的損毀。針對接觸網(wǎng)可能遭受雷擊危害帶來的影響并根據(jù)雷電特點出發(fā)研發(fā)出對應(yīng)的防雷技術(shù)，才能最大程度降低雷電損害，保障電氣化鐵路的正常運行。

1 接觸網(wǎng)遭受雷擊危害造成的影響

電氣化鐵路接觸網(wǎng)遭受雷擊時，會出現(xiàn)線索上的過電壓引發(fā)絕緣閃絡(luò)，進(jìn)而導(dǎo)致接觸網(wǎng)出現(xiàn)跳閘情況，嚴(yán)重可造成接觸網(wǎng)斷線，引發(fā)觸電等嚴(yán)重危險問題。一旦出現(xiàn)跳閘情況，首先是設(shè)備本身受雷擊造成損害，其次本線及鄰線首列列車均需限速運行，相關(guān)設(shè)備管理單位需出動巡視檢查設(shè)備。如跳閘造成線路斷線接地或者絕緣設(shè)備被擊穿等情況，則接觸網(wǎng)供電中斷，嚴(yán)重影響鐵路運輸秩序，造成鐵路經(jīng)濟(jì)損失及不良的社會影響。

2 雷電表現(xiàn)的方式和分類

雷電的形式分為枝狀閃電、帶狀閃電、叉狀閃電、片狀閃電、球狀閃電、聯(lián)珠狀閃電、云閃，其中云內(nèi)閃電和云際閃電（兩片云之間）地閃俗稱落地雷，落地雷是日常防雷主要研究對象。接觸網(wǎng)雷擊主要分為直擊雷擊、感應(yīng)雷擊。直接雷擊就是雷云直接對接觸網(wǎng)供電設(shè)備放電。感應(yīng)雷擊就是雷云通過靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)在接觸網(wǎng)附近的支撐裝置、接觸懸掛、附加導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓從而產(chǎn)生放電。

3 接觸網(wǎng)設(shè)備受雷擊特點分析

3.1 雷擊部位多在絕緣子處

從近幾年的雷擊事件來看，在電氣化鐵路接觸網(wǎng)中，雷擊的部位多在絕緣子部位，比例達(dá)到了50%以上，一旦雷電擊穿絕緣子，就會引起接觸網(wǎng)跳閘，從而影響鐵路運行。

3.2 設(shè)備最高處容易遭受雷擊

正饋線、站場軟橫跨承力索端部絕緣子等易遭受雷擊的部位距離軌面的高度多在10m以上，而保護(hù)這些部位的接觸懸掛卻在這些部位的下方，一般也起不到保護(hù)的作用，從而使該部位遭到雷擊。

3.3 雷擊后設(shè)備燒損、老化

從雷擊后果來看，絕緣子等部位遭到擊穿之后，會被燒傷，進(jìn)而老化。承力索、接觸線等線狀設(shè)備來說，遭到雷擊之后，線索容易出現(xiàn)斷股、燒損發(fā)黑嚴(yán)重時可直接造成斷線等。對其他設(shè)備而言，電氣設(shè)備性能被損害，給電氣化鐵路的安全運行造成很大隱患。

4 防雷現(xiàn)狀分析

從目前的防雷措施上來看，主要是安裝防雷裝置，這種防雷措施較為傳統(tǒng)，主要是增加電阻，降低雷電的電壓，并將電流引入到地下。但如果雷電電壓過大，當(dāng)電流經(jīng)過防雷裝置引入地下時，會對接觸網(wǎng)及周邊設(shè)備造成反擊，從而會燒損設(shè)備和信號。從我國目前的防雷策略來看，主要是以監(jiān)測為指導(dǎo)，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)制定防雷措施，采取相應(yīng)的防雷手段。

5 接觸網(wǎng)受雷擊案例

我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備受雷擊造成的跳閘比例比較高，而高速電氣化鐵路比率更高，特別是我國的東南沿海一帶的高鐵，受地理環(huán)境影響，地區(qū)年平均落雷日比較多， 雷擊頻率、強(qiáng)度也再全國前列。大環(huán)境看我國的高鐵線路多處于空曠地帶且基本都是高架線路，線路兩側(cè)高大建筑物少，因此更容易遭到雷擊。根據(jù)跳閘統(tǒng)計在強(qiáng)對流、雷暴等惡劣天氣時，高鐵接觸網(wǎng)線路受雷擊引發(fā)跳閘情況比較突出。例如： 2014年全路34條電氣化鐵路中因雷擊造成的跳閘就達(dá)到1214件。尤其在山區(qū)、橋梁等地形環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，雷擊引發(fā)的跳閘故障率更高。以某高鐵為例：線路長416KM，全線正線采用AT供電方式，聯(lián)絡(luò)線、動車走行線采用直接供電方式，自2014年7月1日開通以來共發(fā)生26起因雷擊造成的設(shè)備損壞，占故障總跳閘的比例達(dá)57.7%，如下圖所示：

5.1 區(qū)間下錨正饋線燒傷（圖1）

5.2 正饋線下錨處絕緣子閃絡(luò)（圖2）

5.3 區(qū)間下錨處正饋線放電（圖3）

6 電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷技術(shù)的應(yīng)用

6.1 加強(qiáng)線路絕緣

防治雷害可采取增加線路絕緣的方法，一是增加接觸網(wǎng)設(shè)備中復(fù)合絕緣子的應(yīng)用：接觸網(wǎng)下錨、分段、分相等處絕緣子優(yōu)先采用復(fù)合絕緣子，以增加絕緣效果。二是增加絕緣子串片數(shù)，改用大爬距懸式絕緣子，這樣增大了塔頭空氣間距。為了減小絕緣子絕緣性能降低帶來的影響可加強(qiáng)絕緣清掃維護(hù)，一般每年進(jìn)行2次帶電水沖洗和人工清掃，根據(jù)管轄區(qū)段的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)制定出詳細(xì)的污染等級，平時加強(qiáng)設(shè)備巡視，對污染較嚴(yán)重的絕緣子隨時擦拭。

6.2 安裝避雷器

安裝避雷器（避雷針）是防雷的重要措施，在支柱接地電阻相同的情況下安裝避雷器可大大提高線路耐雷水平。當(dāng)支柱接地電阻為30歐時，無避雷器的線路耐雷水平為12hA，安裝避雷器后線路耐雷水平提高到24hA，一般在站場兩端及長大橋、隧道兩端均要加裝避雷器。另外制定合適的接觸網(wǎng)防雷措施是先決條件，根據(jù)地區(qū)的年平均落雷次數(shù)確定避雷器的安裝密度、防護(hù)范圍、分流情況。雷雨季節(jié)到來之前要對管內(nèi)避雷器進(jìn)行預(yù)防性試驗，對狀態(tài)不良的避雷裝置及時安排更換，確保設(shè)備在遭受雷擊情況下，防雷設(shè)施能夠起到保護(hù)作用。

6.3 加裝避雷線

在接觸網(wǎng)上加裝避雷線也是一項重要的措施，當(dāng)接觸網(wǎng)設(shè)備遭受雷擊時，雷電流在導(dǎo)線上產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓，避雷線與接觸線之間的耦合作用可以很大程度減小絕緣子上承受的電壓，而采用避雷線防雷首先要確定保護(hù)范圍和保護(hù)角以便確定安裝高度，根據(jù)計算一般中間柱，只要避雷線位于柱頂附加導(dǎo)線肩架之上即可將正饋線、承力索納入保護(hù)范圍之內(nèi)，此時避雷線肩架柱頂以上部分為0.7m。在錨段關(guān)節(jié)處，尤其是絕緣錨段關(guān)節(jié)處，由于承力索抬高，避雷線也需要相應(yīng)抬高，此時避雷線肩架柱頂以上部分為1.3m。另外根據(jù)某些線路的實際情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)在高鐵線路上加裝避雷線實行起來成本較高，難度較大，不過用抬升PW線兼做避雷線還是容易實現(xiàn)的。同時，考慮到雷擊主要落在絕緣子部位和設(shè)備最高處，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況對避雷線和避雷器的高度進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，提高鐵路線路的耐雷水平。通過數(shù)據(jù)收集和試驗分析，明確避雷設(shè)備安裝的高度和密度，確保避雷設(shè)備最佳的避雷性能。

6.4 加強(qiáng)雷擊跳閘分析、提高應(yīng)急處置

高度重視雷擊跳閘放電點查找和故標(biāo)數(shù)據(jù)的校正工作，雷雨天氣發(fā)生供電跳閘后除及時組織人員對故標(biāo)指示地點前后3KM范圍內(nèi)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行巡查外還需要采取登乘動車組或電力機(jī)車的方式進(jìn)行添乘檢查。另外天窗點停電時間段內(nèi)更要仔細(xì)查看設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)有雷擊損壞的設(shè)備及時更換或者采取其他安全措施。二是根據(jù)跳閘時的故測數(shù)據(jù)和巡視檢查的實際故障點里程進(jìn)行分析比較，不斷調(diào)整故測參數(shù)以便能更好、更準(zhǔn)確地在第一時間找準(zhǔn)故障點。三是建立完善的故障處理應(yīng)急預(yù)案，特別是在雷雨季節(jié)時及時啟動。例如正饋線極易遭受雷電侵襲，且發(fā)生故障后故障查巡、處理時間長，所以一旦正饋線受雷擊跳閘，應(yīng)及時拉開牽引變電所內(nèi)隔離開關(guān)，將正饋線退出運行，由AT供電方式改為直供方式最大限度地壓縮故障延時，快速恢復(fù)供電。

結(jié)束語

由于接觸網(wǎng)故障產(chǎn)生的因素比較多，在實際的處理以及搶修當(dāng)中若是不當(dāng)，就會消耗更多的人力物力成本以及時間，并且還可能會對接觸網(wǎng)的故障性質(zhì)產(chǎn)生改變，所以，為了確保接觸網(wǎng)的正常運行安全，就需要對其產(chǎn)生故障的實際原因進(jìn)行分析，針對原因的不同采用科學(xué)合理的防范措施，從根源上避免鐵路交通運輸事故的產(chǎn)生，以此來確保鐵路交通運輸網(wǎng)絡(luò)運行通暢。

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