電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷技術(shù)研究

張秋澎

摘 要：近些年來，電氣化鐵路因為運(yùn)力大、速度快、能效高等特點，已經(jīng)逐步成為國內(nèi)鐵路運(yùn)輸發(fā)展的主要趨勢。作為電氣化鐵路的重要組件之一，一般接觸網(wǎng)處于露天環(huán)境中，容易遭到雷擊。一旦防雷設(shè)備出現(xiàn)故障，就可能會造成絕緣子閃絡(luò)，引發(fā)牽引變電所相應(yīng)保護(hù)跳閘，進(jìn)而給鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)營帶來影響，雷擊的侵入波會沿著接觸網(wǎng)進(jìn)入牽引變電設(shè)備，可能引發(fā)電氣設(shè)備故障，以致于造成更大的損失。為了增強(qiáng)電氣化鐵路供電的可靠性，就必須做好防雷措施，這對于鐵路的安全運(yùn)營有著積極作用。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路 接觸網(wǎng) 防雷 保護(hù)措施

中圖分類號：U226? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：1003-9082（2019）06-0-01

一、鐵路接觸網(wǎng)防雷概述

1.電氣化鐵路接觸網(wǎng)遭受雷擊的危害

我國地域遼闊，每個地區(qū)的雷電日的長度和強(qiáng)度有所差異。從已投入運(yùn)營的電氣化鐵路雷擊歷史記錄來看，接觸網(wǎng)雷害問題可分為以下情況：首先，雷電并未直接觸及接觸網(wǎng)，而造成感應(yīng)雷過電壓。其次，雷電正中支柱而造成沖擊過電壓，并在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。最后是雷電直接擊中接觸網(wǎng)，從而形成行波過電壓。當(dāng)接觸網(wǎng)受到雷擊的時候，由于線路上的過電壓而造成絕緣閃絡(luò)，從而使接觸網(wǎng)發(fā)生跳閘，甚至?xí)?dǎo)致接觸網(wǎng)斷線并引發(fā)短路等故障，而接觸網(wǎng)發(fā)生跳閘時，不但會讓其設(shè)備自身因雷擊受損，還會影響接觸網(wǎng)所在線路及相鄰線路列車的運(yùn)行。沿線的管轄工區(qū)就必須迅速出動，對其進(jìn)行巡查檢測。還可能造成更大的接觸網(wǎng)塌網(wǎng)事故，以致于造成線路供電中斷，干擾了鐵路交通的正常運(yùn)營，給社會經(jīng)濟(jì)帶來重大損失。

2.研究接觸網(wǎng)防雷措施的意義

接觸網(wǎng)通常是電氣化鐵路沿途比較高的物體，而且其導(dǎo)線通常是具有良好導(dǎo)電性能的銅鋁材，相比周圍地形更容易遭到雷電襲擊。在接觸網(wǎng)附近發(fā)生雷擊或落雷時接觸網(wǎng)產(chǎn)生的過電壓稱為大氣過電壓。在遇到雷害情況時，這種峰值過高的過電壓可能會使絕緣子閃絡(luò)、擊穿而發(fā)生短路事故，造成接觸網(wǎng)設(shè)備損壞，即使未發(fā)生短路事故，接觸網(wǎng)多次發(fā)生大氣過電壓，也會使設(shè)備絕緣老化，絕緣能力下降，給鐵路交通運(yùn)輸帶來安全隱患。由此可見，為了確保鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌踩?、穩(wěn)定運(yùn)營，就必須提高對接觸網(wǎng)防雷的重視程度，要建立和完善防雷擊的保護(hù)措施。

3.接觸網(wǎng)防雷措施的特點

從雷擊危害性的方面來看，耐雷水平及雷擊跳閘率是評估接觸網(wǎng)的防雷性能是否優(yōu)異的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)接觸網(wǎng)線路耐雷能力越強(qiáng)，相關(guān)線路的絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)的可能性就越低。而牽引系統(tǒng)絕緣子的絕緣性能以及防雷設(shè)施是影響接觸網(wǎng)抵御雷擊性能的重要因素。作為輸電線路中的一種特殊類型，接觸網(wǎng)在防雷擊時有著自身的特點：首先，由于缺少避雷裝置，接觸網(wǎng)防御直擊雷的效果不佳。盡管架空的地線和回流線在防御雷擊方面有著一定的作用，但由于架設(shè)的高度不夠高，難以實現(xiàn)直擊雷的完全防御。其次，接觸網(wǎng)支柱一般是沿著鐵路沿線設(shè)置，通過其回流線來保護(hù)地線接地裝置，防止閃絡(luò)出現(xiàn)。支柱底部的螺栓雖然有著一些接地導(dǎo)電的作用，但是其接地的電阻通常較高。

二、常用防雷措施在接觸網(wǎng)中的應(yīng)用

在做防雷措施保護(hù)的時候，可借鑒輸電線路的常用防雷方法，從而增強(qiáng)抵御雷擊的性能，確保其供電的穩(wěn)定性，進(jìn)而保障鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌踩€(wěn)定。避雷器和避雷線的安裝和架設(shè)，是當(dāng)前提高防御雷擊能力的主要方法，但要確保其接地性能的完好。

1.安裝避雷器

在電氣化鐵路的供電系統(tǒng)中，直接供電是最為常用的供電形式。在具體實踐中，通常使用重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單易安裝的避雷器，來作為接觸網(wǎng)防御雷擊的安全裝置，其防雷性能能夠和接觸網(wǎng)的絕緣性能相匹配，雷擊保護(hù)的范圍較大。當(dāng)前，氧化鋅避雷器是電氣化鐵路系統(tǒng)中常用的防雷裝置。對于雷擊現(xiàn)象頻發(fā)的高雷區(qū)，可在接觸網(wǎng)的局部關(guān)鍵位置安裝避雷設(shè)施。避雷器在接觸網(wǎng)電壓處于正常工作電壓時，呈現(xiàn)出較高的電阻狀態(tài)，只有極少量的電流能夠通過。當(dāng)雷擊現(xiàn)象而產(chǎn)生高瞬態(tài)過電壓通過時，避雷器在電流的作用下呈現(xiàn)出低電阻狀態(tài)，從而將其兩端的殘余電壓控制在安全的區(qū)間內(nèi)，起到保護(hù)接觸網(wǎng)抵御雷擊損害，并限制續(xù)流的時間，從而避免牽引變電所出現(xiàn)饋線跳閘現(xiàn)象。另外，由于雷擊能量被避雷器吸收，接觸網(wǎng)的支柱、絕緣子等只需要承受來自避雷器兩端殘壓的沖擊電壓，使得接觸網(wǎng)抵御雷電沖擊的能力大大增強(qiáng)。

2.降低接地電阻

電氣化鐵路沿途土壤的電阻比普通土壤的電阻要高得多，這就給低電阻地網(wǎng)的制作帶來較大的影響，造成施工成本較高的問題。當(dāng)采用常規(guī)方案完成低電阻地網(wǎng)的制作后，支柱的接地電阻會隨著時間的推移而持續(xù)增高，并因氣候條件的影響而出現(xiàn)變化，針對這種接地電阻呈現(xiàn)降低的情況，可采用擴(kuò)大地網(wǎng)的鋪設(shè)面積、提高接地網(wǎng)的埋深、利用降阻劑來降低土壤電阻、增加垂直接地體等。同時，可按照具體狀況監(jiān)測接觸網(wǎng)的支柱接地情況，以保證其接地電阻長期處于安全的規(guī)定范圍內(nèi)。

3.加強(qiáng)雷擊跳閘分析、提高應(yīng)急處置

要加強(qiáng)對雷擊跳閘情況的分析，做好雷電計數(shù)器的記錄。同時，當(dāng)因雷擊現(xiàn)象造成供電系統(tǒng)跳閘后，不但要立即安排人員進(jìn)行搶修，還要在故障位置前后3公里的沿途進(jìn)行設(shè)備巡視檢查，并且對電力機(jī)車做添乘檢查。首先，在天窗期間要對相關(guān)電氣設(shè)備做嚴(yán)格的排障處理，要及時檢修或更換被雷擊損壞的電氣設(shè)備。其次，按照設(shè)備跳閘時的故障檢測數(shù)據(jù)，將其和巡檢時的具體故障點的位置進(jìn)行對比分析，再對故障檢測參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，以便提高故障檢測的精準(zhǔn)性，在以后的工作中能夠及時準(zhǔn)確的找到故障位置。最后，要根據(jù)所在地區(qū)的氣候條件，健全相應(yīng)的故障應(yīng)急處理方案，當(dāng)遇到雷雨天氣頻發(fā)時不至于手足無措。

4.使用合成絕緣子，加強(qiáng)絕緣子的清掃

在雷擊現(xiàn)象高發(fā)期間，經(jīng)常出現(xiàn)燒毀絕緣子的情況。針對這一問題，首先對工頻電弧做及時的疏導(dǎo)，減少其在絕緣子表層燃燒的幾率。其次，為了降低工頻電弧和線路之間出現(xiàn)閃絡(luò)的幾率，不但要使用避雷線和避雷器，還要增強(qiáng)絕緣子的耐灼燒標(biāo)準(zhǔn)，使其能耐受5次以上工頻大電流電弧的灼燒。可使用耐灼燒性能較強(qiáng)的合成橡膠材質(zhì)的絕緣子，當(dāng)工頻電弧灼燒絕緣子的時候，產(chǎn)生的氣體會將工頻電弧從絕緣子上吹離。另外，硅橡膠材料不會因局部受熱而立即開裂，這有利于絕緣線路的恢復(fù)。絕緣子經(jīng)過灼燒后不會脫落，導(dǎo)致喪失其絕緣性能，能夠讓供電線路保持正常供電狀態(tài)。瓷材質(zhì)的絕緣子在灼燒時會喪失原本的絕緣效果，以致于供電線路難以快速重新合閘。合成材質(zhì)的絕緣子雖然具有較強(qiáng)的耐灼燒性能，但依然會被工頻電弧所損害，其硅橡膠部分被灼燒后會分解出一些物質(zhì)，使其抗污性能和憎水性降低。灼燒位置有可能因再次運(yùn)行而產(chǎn)生老化脫離的現(xiàn)象，給供電線路的穩(wěn)定性造成不利影響。另外，各種類型的牽引機(jī)車所排出的廢氣、機(jī)車運(yùn)行時所掛起的塵埃會覆蓋到接觸網(wǎng)的絕緣子上面，以致于絕緣子的絕緣性能因污染而降低，以致于出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。因此，要按照鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的實際情況，對接觸網(wǎng)的絕緣子做及時的清洗，以降低閃絡(luò)產(chǎn)生的幾率。

三、電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷需要注意的幾點

第一，可在電氣化鐵路沿線設(shè)置一些包芯鋁絞線材質(zhì)的架空地線。由于架空地線對接觸網(wǎng)的屏蔽，及接觸網(wǎng)、架空地線間的耦合作用，從而可以減少雷電直接擊于接觸網(wǎng)的機(jī)會。另外，可在鐵路沿線的路基處增設(shè)銅芯電纜，以便為雷擊提供更快的泄流渠道。針對加強(qiáng)線的區(qū)間，當(dāng)加強(qiáng)線退出運(yùn)行時會短暫觸及接觸網(wǎng)的支柱，使自身成為支柱上方的架空線。這時，當(dāng)加強(qiáng)線脫離運(yùn)行狀態(tài)時，要把其同接觸懸掛之間的鏈接卸掉，并通過銅芯電纜把路基區(qū)域的接觸網(wǎng)同預(yù)埋螺栓相連接，然后把連接地網(wǎng)和橋梁的架空線聯(lián)結(jié)起來。

第二，為了降低直擊雷的損害程度，對雷電日數(shù)長達(dá)四十天以上的電氣化鐵路沿線增設(shè)避雷線。對于雷電日數(shù)較少的區(qū)域，可根據(jù)沿線雷擊損害數(shù)據(jù)，在個別關(guān)鍵地點增設(shè)避雷線。

第三，為了降低感應(yīng)雷的損害程度，可在雷擊高發(fā)區(qū)段增設(shè)避雷器。另外，還要在超2公里的隧道兩端，分相和站場端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)，供電線連接到接觸網(wǎng)上接線處，分區(qū)亭、開閉所、AT引入線處等關(guān)鍵位置加設(shè)避雷保護(hù)設(shè)施。

結(jié)束語

接觸網(wǎng)在長期使用過程中，可能因種種因素而出現(xiàn)故障問題。如果在搶修處理的措施不合理，就可能導(dǎo)致大量檢修成本的增加，還會造成故障性質(zhì)的變化。因此，為了電氣化鐵路的安全運(yùn)營，就要對接觸網(wǎng)故障進(jìn)行及時有效的排障分析和處理，根據(jù)故障原因的不同而采取對應(yīng)的防御方案，從而減少鐵路運(yùn)行故障的出現(xiàn)，保障鐵路交通系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

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