電氣化鐵路接觸網(wǎng)雷擊過電壓的研究

張大偉

摘要：接觸網(wǎng)的雷擊過電壓極大地危害到了電氣型鐵路有關(guān)牽引供電的穩(wěn)固性，許多雷擊均會引發(fā)接觸網(wǎng)的各類絕緣子產(chǎn)生閃絡(luò)。在雷災(zāi)過多的地區(qū)中，借助高效的防雷對策，可以減小接觸網(wǎng)產(chǎn)生的雷災(zāi)。在接觸網(wǎng)配備避雷器即減小雷災(zāi)的一大對策，避雷器在雷擊過多的區(qū)域中施行增設(shè)接地的裝配方法，能夠收獲較優(yōu)的防雷成效。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)；電氣化鐵路；雷擊過電壓

1.前言

我國電氣型鐵路獲得了進(jìn)展，調(diào)研對負(fù)責(zé)為鐵路予以供電的接觸網(wǎng)有關(guān)的防雷對策尤為關(guān)鍵。因為鐵路型接觸網(wǎng)橫穿區(qū)域中的天氣、地形等狀況區(qū)別過多，特別是在橫穿開闊平原、橋梁期間，大型建筑較少，橋梁就變成了大型建筑，較易被雷擊，尤其是雷電運(yùn)動頻頻、地勢尤為繁雜的區(qū)域，鐵路型接觸網(wǎng)受到雷災(zāi)的狀況過重。所以，應(yīng)對電氣型鐵路的各類接觸網(wǎng)施行防雷調(diào)研。

2.雷擊型接觸網(wǎng)中的行波傳送型模型

在產(chǎn)生了雷擊后，線路中的電壓與電流分散規(guī)律借助傳送線公式施行求解。對傳送線公式施行求解，原本把地表當(dāng)作較優(yōu)的平面，忽視了地?fù)p耗對于導(dǎo)線數(shù)值與磁場耦合予以的影響[1]。因為雷電波具備大量的高頻構(gòu)成，導(dǎo)線中的趨膚反應(yīng)與電磁場、地間產(chǎn)生的耦合功能尤為突出。公式即：A即Rdc=1/πσr？，B即1/2πr√μ/σ。

V（x，t）與I（x，t）即雷電波在接觸網(wǎng)施行傳送期間，某大監(jiān)測處中的瞬時電壓與電流，x即監(jiān)測處及雷擊處間的間距，t即雷電波自雷擊處傳送至監(jiān)測處的耗時；L即單元長度的電感；G即單元長度的電導(dǎo)；C即單元長度的對地電容；A與B即常數(shù)；ζ（t）即瞬間地阻抗；r即導(dǎo)體的半徑；μ即導(dǎo)體的介電常數(shù)；σ即導(dǎo)體的磁導(dǎo)率。

首個積分凸顯出了導(dǎo)體的阻抗與電流產(chǎn)生的卷積，ζ（t）凸顯出了地數(shù)值對于體系高頻損耗產(chǎn)生的影響，A與B凸顯出了導(dǎo)體的趨膚反應(yīng)產(chǎn)生的影響。對接地型阻抗，電力體系大量借助Carson型理念加以測算。Seymlen依據(jù)傳送的行波頻次與地阻抗中的臨界頻次間的關(guān)聯(lián)性，把地阻抗施行了區(qū)分與歸總，設(shè)定了不一致頻次段的適宜范疇。假定地中的導(dǎo)電率即σg，介電常數(shù)即εg，臨界頻次ωc即σg/εg，電磁波的頻次即ω：

（1） 如果ω<0.1ωc，即低頻段，地表即導(dǎo)體，借助Carson型理念輔以等效，普遍的電力傳送即這一類。

（2） 如果0.1ωc<ω<2ωc，即高頻段，地表凸顯為導(dǎo)電與絕緣間的過渡狀況，雷擊行波的傳送即這一類。

（3） 如果ω>2ωc，即超高頻段，地表對其凸顯為絕緣狀況，電磁脈沖訊號即這一類。

顧慮地表中的電導(dǎo)率與介電常數(shù)對于過電壓產(chǎn)生的影響，對增強(qiáng)導(dǎo)線即R4被雷擊后接觸網(wǎng)各大路段中的感應(yīng)電壓輔以調(diào)研。顧慮地表與地電阻對于場線耦合產(chǎn)生的影響，獲得兩大前提之下各大路段中感應(yīng)電壓產(chǎn)生的波形。仿真借助1.2/50μs規(guī)范型雷電流波形，接觸線的自阻抗Zc即0.1192+j0.7522Ω/km，負(fù)饋線的自阻抗Zf即0.2036+j0.8847Ω/km，維護(hù)線Zpw即0.3021+j0.7827Ω/km，增強(qiáng)線的自阻抗Zr即0.2756+j0.7614Ω/km，雷電流即1.2/50μs、幅值即50kA的雙指標(biāo)型波形，地電導(dǎo)率即0.0004S/m，介電常數(shù)即10。

顧慮地阻抗對于場線耦合產(chǎn)生的影響，各大路段中雷擊過電壓產(chǎn)生的幅值均增多，且距地愈近的路段被影響愈多；路段中的感應(yīng)型電壓波形被地阻抗所影響而產(chǎn)生了變換，距地愈近的路段中感應(yīng)電壓的初始極性即負(fù)，與把地表當(dāng)作優(yōu)良地不一致[2]。在地阻抗對于導(dǎo)線數(shù)值與場線耦合產(chǎn)生影響后，R1的感應(yīng)電壓產(chǎn)生的峰值均增多，R2與R3的感應(yīng)電壓產(chǎn)生的正向峰值有所減少，然而，負(fù)峰值極大地增多。

3.構(gòu)建架空型避雷線后的過電壓與耐雷狀況

接觸網(wǎng)在構(gòu)建了架空型避雷線后，雷擊狀況囊括了感應(yīng)雷與三類狀況：①雷規(guī)避避雷線擊至接觸網(wǎng)路段；②雷擊至支柱；③雷擊至避雷線。

3.1感應(yīng)型電壓過電壓

構(gòu)建避雷線后，由于接地型避雷線中的電磁具備屏蔽功能，讓接觸網(wǎng)導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓減小，測算式子即：U5即25i/S（h0-k0hb），k0即避雷線及導(dǎo)線間產(chǎn)生的幾何耦合數(shù)值；h0即承力索觸地后的高度。

耦合數(shù)值愈高，屏蔽功能愈優(yōu)，感應(yīng)過電壓愈小。因為感應(yīng)過電壓產(chǎn)生的極性及雷云載荷不一致，因此，感應(yīng)過電壓減小會使得作用到路段絕緣子串的過電壓減小，進(jìn)而提升路段絕緣子串的耐雷層次。

3.2雷規(guī)避避雷線擊至接觸網(wǎng)路段過電壓與耐雷狀況

模擬試驗與實地運(yùn)作經(jīng)驗指出了，規(guī)避率即Pa與避雷線對于外在導(dǎo)線產(chǎn)生的維護(hù)角即a、支柱高度即h與地勢狀況相關(guān)，借助如下式子施行測算：

平原路段：lgPa即a√h2/86-3.90；山區(qū)路段：lgPa即a√h2/86-3.35。接觸網(wǎng)平原路段雷規(guī)避率即0.08%；接觸網(wǎng)山區(qū)路段雷規(guī)避率即0.3%。

雷電規(guī)避接觸網(wǎng)后，接觸網(wǎng)及架空型避雷線間具備耦合功能，其間的耦合要顧慮電暈產(chǎn)生的影響[3]。路段中絕緣耐受型過電壓即U4即100I（1-kc），kc即接觸網(wǎng)及架空型避雷線產(chǎn)生的電暈型耦合數(shù)值。接觸網(wǎng)路段的耐雷層次即ixn即：U50%/100（1-hc）。

3.3雷擊支柱型過電壓與耐雷狀況

雷擊至支柱后，雷電流橫穿受擊支柱進(jìn)地，其余電流橫穿避雷線經(jīng)由鄰近支柱進(jìn)地。支柱的頂電位即Uz即βi2R+Lzβdi/dt即βi（R+Lz/2.6），iz即βi，β即支柱的分流數(shù)值。β即1/1+Lz/Lb+1.3R/Lb，測算避雷線及導(dǎo)線間產(chǎn)生的耦合功能與雷擊匯集接地型支柱期間在導(dǎo)線獲得的感應(yīng)過電壓，路段中的耐雷層次即ixn即U50%/（1-kc）/（βR+βLz/2.6）+1/2.6（h0-k0hb），kc即k0k1即避雷線及接觸網(wǎng)路段中的電暈耦合數(shù)值。所以，在構(gòu)建避雷線期間，應(yīng)借助減小接地電阻即R與提升耦合數(shù)值即kc當(dāng)作增強(qiáng)耐雷層次的關(guān)鍵方法。

4.結(jié)束語

對接觸網(wǎng)輔以防雷，對鐵路得以順暢運(yùn)作來說尤為關(guān)鍵，而借助文章所予以的計劃以對接觸網(wǎng)防范直擊雷與耐雷層次的提升均具備優(yōu)良的成效?，F(xiàn)階段，鐵路獲得了極大地提升與進(jìn)展，為了保障鐵路在運(yùn)作期間的穩(wěn)固性，加上牽引供電體系運(yùn)作設(shè)施的安全性，在接觸網(wǎng)之上全線構(gòu)建避雷線即鐵路防雷的一大關(guān)鍵對策，必定會獲得全方位的推行與運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

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