高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)分析

尤龍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和交通運(yùn)輸行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步，高速鐵路建設(shè)工程項(xiàng)目越來(lái)越多，極大地便利了人們的出行，提高了出行效率。高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)于高速鐵路的安全可靠運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。本文主要針對(duì)高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)的相關(guān)問(wèn)題以及具體解決對(duì)策進(jìn)行探究，希望能夠?yàn)楦咚勹F路持續(xù)安全的運(yùn)轉(zhuǎn)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;牽引供電接觸網(wǎng);雷電防護(hù);策略

1前言

根據(jù)調(diào)查研究顯示，高速鐵路運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性直接與牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)雷電防護(hù)性能相關(guān)，一旦接觸網(wǎng)雷電防護(hù)系統(tǒng)受到破壞，將會(huì)影響高速鐵路的正常安全運(yùn)行，誘發(fā)高速鐵路運(yùn)行安全事故。因此，需要加強(qiáng)對(duì)高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)對(duì)策的分析研究，明確可能存在的雷擊風(fēng)險(xiǎn)，并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決和優(yōu)化。

2高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)概述

2.1接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前我國(guó)鐵路建設(shè)主要采取的是A-T供電模式，正線采取全補(bǔ)償彈性鏈型懸掛方式，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)與A-F線網(wǎng)的同桿架設(shè)。在支柱定位處增設(shè)一根彈性吊索，并懸掛彈性鏈形可以極大地改善接觸網(wǎng)的彈性功能，將彈性不均勻系數(shù)控制在0.1以下，同時(shí)也能夠改善受電弓的運(yùn)行軌跡。其次，通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)懸掛參數(shù)配置的優(yōu)化，能夠保證接觸網(wǎng)與受電弓系統(tǒng)之間的良好受流，避免由于離線問(wèn)題所造成的電磁干擾，改善受流質(zhì)量，提高系統(tǒng)的環(huán)保性。我國(guó)高速鐵路防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則依據(jù)的是《鐵路防雷電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定》以及《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》這兩個(gè)文件，并根據(jù)雷電日的天數(shù)劃分成四個(gè)等級(jí)，包括少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)以及強(qiáng)雷區(qū)[1]。

2.2接觸網(wǎng)雷擊方式分析與計(jì)算

通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)雷擊方式的探究與調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，接觸網(wǎng)遭受雷擊的次數(shù)和頻率與雷電日的多少呈現(xiàn)正比關(guān)系，雷電日越多接觸網(wǎng)就越容易受到雷擊。通過(guò)獲得的參數(shù)可以推算當(dāng)承力索距離軌道面平均高度為七米以及接觸網(wǎng)側(cè)面界限為三米時(shí)，單線網(wǎng)接受雷擊的次數(shù)與平均年雷電日數(shù)呈現(xiàn)比例關(guān)系。如果累積過(guò)程中接觸電網(wǎng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，當(dāng)雷電擊中接觸網(wǎng)支柱之后，會(huì)將產(chǎn)生的沖擊雷電流層從支柱引入鐵路系統(tǒng)中。過(guò)電壓值的大小與支柱沖擊接地電阻大小、支柱等值電感以及雷電流的幅值相關(guān)，呈現(xiàn)非線性的正相關(guān)關(guān)系。其次，雷電通道會(huì)產(chǎn)生與電流極性相反的感應(yīng)電磁場(chǎng)，接地電阻直接影響感應(yīng)電荷以及感應(yīng)過(guò)電壓的大小。隨著接地電阻值的增大，感應(yīng)電荷感應(yīng)過(guò)電壓的疊加值也相應(yīng)增大，使得散落雷電流幅值和絕緣子閃絡(luò)概率增大。因此，在通過(guò)雷擊事故產(chǎn)生電壓之后可以形成絕緣子閃絡(luò)雷電流，通過(guò)支柱接地線以及鋼軌進(jìn)入地面，過(guò)電壓減低。在進(jìn)行復(fù)雜接觸網(wǎng)計(jì)算過(guò)程中，需要盡可能的結(jié)合現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)支撐，加強(qiáng)對(duì)我國(guó)高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)措施的研究，充分掌握雷電防護(hù)措施，使得鐵路交通更加安全可靠[2]。

3高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)存在的問(wèn)題

目前高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護(hù)方面的缺陷主要體現(xiàn)在沖擊接地電阻直擊雷防護(hù)以及不同區(qū)域雷電防護(hù)差異性方面。高速鐵路相對(duì)于普通鐵路來(lái)說(shuō)，牽引電流更大，鋼軌線路電阻也比較大，在日常維護(hù)和工作過(guò)程中容易引發(fā)觸電事故，而且高速鐵路絕緣系統(tǒng)的老化速度也比較快，影響牽引供電系統(tǒng)的正常工作。針對(duì)當(dāng)前高速鐵路應(yīng)用的綜合接地模式，需要在部分地段打接地極，對(duì)于電阻的控制要求十分嚴(yán)格。但實(shí)際高速鐵路建設(shè)過(guò)程中遇到雷擊事故時(shí)，受到雷電流的沖擊，會(huì)引起接地電阻超過(guò)正常值，發(fā)生絕緣子閃絡(luò)問(wèn)題，影響鐵路的正常穩(wěn)定通行。其次，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)在進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)過(guò)程中，參考的是普通鐵路接觸網(wǎng)的規(guī)范，并沒有架設(shè)避雷線，只是針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備加設(shè)避雷器。高架橋作為高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)，由于缺乏避雷線的保護(hù)，在遇到直擊雷時(shí)很容易影響接觸網(wǎng)的工作，直擊雷一般從正饋線以及保護(hù)線進(jìn)行入侵，會(huì)造成腕壁絕緣子閃絡(luò)、懸式絕緣子閃絡(luò)以及兩種絕緣子共同閃絡(luò)現(xiàn)象。另外，不同地區(qū)土壤和雷電的參數(shù)也各不相同，高速鐵路建設(shè)具有跨度大線路長(zhǎng)的特征，一條高速鐵路中可能會(huì)存在多種雷電參數(shù)以及土壤參數(shù)，不同參數(shù)雷電的危害程度也不一致，因此，需要進(jìn)行針對(duì)性雷電防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但從當(dāng)前高鐵雷電防護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)際開展情況來(lái)看，并沒有將這些差異性充分考慮進(jìn)去，導(dǎo)致防護(hù)對(duì)策并不完善和科學(xué)，無(wú)法充分發(fā)揮出雷電的防護(hù)作用[3]。

4高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)對(duì)策

4.1科學(xué)架設(shè)避雷線

接觸網(wǎng)架空地線的主要作用是為二次系統(tǒng)提供線路接地保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，工作人員可以適當(dāng)?shù)奶Ц逷W線的安裝位置，在維護(hù)原有功能的基礎(chǔ)之上，同時(shí)具備避雷線的功能，這種避雷措施經(jīng)濟(jì)性較好，避雷效果優(yōu)異，例如太焦鐵路;工作人員在避雷線架設(shè)過(guò)程中，首先需要計(jì)算分析PW線對(duì)T線和F線的雷電屏蔽效果，接觸網(wǎng)上行和下行兩條PW線會(huì)對(duì)F線構(gòu)成正保護(hù)腳屏蔽，可以極大地降低F線繞擊跳閘概率，對(duì)T線構(gòu)成負(fù)保護(hù)角屏蔽，使得T線繞擊掉閘率降低為零。由此可見，把PW線抬高擁有良好的雷電屏蔽效果。同時(shí)，也需要計(jì)算研究雷電在擊中PW線之后接觸網(wǎng)的反擊跳閘概率。除此以外，也可以在區(qū)間隧外柱頂單獨(dú)增設(shè)鋼絞線作為專用避雷線，例如成貴高鐵。結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目中橋墩以及接觸網(wǎng)支柱相對(duì)位置的隨機(jī)性特征，需要具體情況具體分析。工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，高速鐵路接觸網(wǎng)雷擊跳閘率相對(duì)較高，采取有效措施可以顯著降低接觸網(wǎng)雷擊跳閘概率，提高接觸網(wǎng)的耐力性能，接觸網(wǎng)感應(yīng)雷跳閘率明顯小于直擊雷跳閘率，說(shuō)明接觸網(wǎng)跳閘的主要原因不是感應(yīng)雷造成的。在進(jìn)行接觸網(wǎng)雷電防護(hù)時(shí)，需要重點(diǎn)針對(duì)雷電直擊F線采取針對(duì)性的措施[4]。

4.2接觸網(wǎng)防雷措施的系統(tǒng)規(guī)劃

從當(dāng)前高速鐵路運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，雷擊接觸網(wǎng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了很多不良影響，需要加強(qiáng)對(duì)鐵路接觸網(wǎng)雷擊防范措施的研究與重視，明確接觸網(wǎng)遭受雷擊的主要原因，并采取有效措施進(jìn)行規(guī)避。工作人員可以結(jié)合鐵路運(yùn)行供電的不同形式確定相對(duì)應(yīng)的防雷措施，制定有效的接觸網(wǎng)防雷方案，按照實(shí)際跳閘統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及雷擊區(qū)域分析制定防雷措施。

4.3加強(qiáng)對(duì)工程施工過(guò)程的把控

在進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，需要做好對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理及施工環(huán)節(jié)的把控，保證防雷項(xiàng)目落實(shí)的可靠性和科學(xué)性。首先，對(duì)于區(qū)間接觸網(wǎng)需要在接觸網(wǎng)支柱頂端輻射獨(dú)立架空避雷線，起到良好的避雷效果。同時(shí)，需要科學(xué)設(shè)計(jì)接地電阻，最大限度地減少接觸網(wǎng)遭受直擊雷或反擊雷對(duì)絕緣部件的破壞程度和損壞概率。其次，在進(jìn)行接觸網(wǎng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作人員需要對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、雷電強(qiáng)度以及接觸網(wǎng)跳閘次數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)全面的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)手段明確雷電防護(hù)措施的可行性。另外，避雷器以及避雷線的相關(guān)供電設(shè)施的信號(hào)的接地點(diǎn)需要設(shè)置在距離支柱接地體15米以上，有條件時(shí)可以獨(dú)立設(shè)計(jì)避雷針或者避雷器的接地極，核算雷電防護(hù)措施的質(zhì)量。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)的有效性和質(zhì)量直接關(guān)系著高速鐵路運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，需要加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)雷電防護(hù)措施的重視，明確雷電防護(hù)事故的主要原因，并采取有效措施進(jìn)行解決，保證鐵路系統(tǒng)可以正常安全的運(yùn)行，促進(jìn)高鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]康佳.芻議高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)措施[J].科技與創(chuàng)新，2014，（14）.

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[3]邊凱，陳維江，王立天，等.高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，（10）.

[4]肖潮.高速鐵路牽引供電系接觸網(wǎng)雷電防護(hù)措施探析[J].科技視界，2015，（17）.