淺談貴陽北樞紐接觸網(wǎng)防雷存在主要問題及解決措施

摘 要：分析了貴陽北樞紐近幾年來接觸網(wǎng)受雷擊影響情況，對貴陽北樞紐接觸網(wǎng)防雷措施的采取及目前國內(nèi)外相關(guān)防雷技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分類討論，并結(jié)合目前樞紐高鐵接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷存在的缺陷提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;接觸網(wǎng)系統(tǒng);防雷;接地

Abstract： The article analyzes the impact of lightning strike on the overhead contact system of Guiyang North Hub in recent years， discusses the lightning protection measures taken for the overhead contact system of Guiyang North Hub and the application of related lightning protection technologies at home and abroad， and puts forward some improvement measures in combination with the defects existing in the lightning protection of the current high-speed railway overhead contact system.

Key words： high - speed railway;OCS; lightning protection;? earthing.

0? 引言

貴陽北樞紐高鐵橫跨東西縱貫?zāi)媳保B接著滬昆、成貴、貴廣、渝貴等多條高鐵大動(dòng)脈，貴州地理?xiàng)l件及氣候千差萬別，情況復(fù)雜，尤其是高速樞紐鐵路采 用高架橋形式，接觸網(wǎng)成為較多的小區(qū)域內(nèi)的相對高點(diǎn)，使得其遭受雷害的幾率大大增加，一旦遭受雷擊則 易造成絕緣閃絡(luò)斷裂、線路跳閘等事故，甚至更嚴(yán)重時(shí)會(huì) 導(dǎo)致接觸網(wǎng)垮塌影響動(dòng)車運(yùn)行，對鐵路運(yùn)輸和旅客安全造成巨大影響。因此，貴陽北樞紐接觸網(wǎng)的防雷是保證電氣化鐵路安全、穩(wěn)定、不間斷供電的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1? 貴陽北樞紐概況

貴陽北樞紐管轄貴陽北渝貴貴廣場、成貴場以及滬昆場、通過多條聯(lián)絡(luò)線連接滬昆、貴廣、成貴等多條重要高鐵線路、涵蓋貴陽北動(dòng)車所一、二場及8條動(dòng)走線，總管轄接觸網(wǎng)設(shè)備有620條公里牽引供電設(shè)備，具有單項(xiàng)設(shè)備數(shù)量多、設(shè)備數(shù)量分散、供電方式復(fù)雜以及外部運(yùn)行環(huán)境惡劣。根據(jù)調(diào)查貴陽北樞紐設(shè)計(jì)的高程平均為1257米，貴陽市平均雷暴日為51.8d，屬于高雷區(qū)。貴陽北樞紐的昆開北聯(lián)絡(luò)線、成貴滬昆聯(lián)絡(luò)線以及渝昆聯(lián)絡(luò)線等多條聯(lián)絡(luò)線都是采用高架橋形式架設(shè)，從而使得其受雷擊影響概率加大。

2? 防雷設(shè)計(jì)概況

2.1? 貴陽北樞紐接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

貴陽北樞紐高速鐵路接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)主要依據(jù) TB10758-2010 《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》和 TB10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定：“在重污染或重雷區(qū)以及高路基、高架橋、隧道口等重點(diǎn)地段的接觸網(wǎng)應(yīng)增設(shè)金屬氧化物避雷器”。

重點(diǎn)安裝部位包括：分相和站 場端的絕緣關(guān)節(jié)、長度超過 2000 m 隧道兩端、供電線或 AF 線連接到接觸網(wǎng)上的連接處、需要重點(diǎn)防護(hù)的設(shè)備。統(tǒng)計(jì)表明，目前國內(nèi)對接觸網(wǎng)線路的防雷措施并不完善，因接觸網(wǎng)遭雷擊而引發(fā)的雷害現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，尤其是雷害活動(dòng)頻繁的路段。

根據(jù)2019年的跳閘數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全年貴陽北樞紐管內(nèi)共跳閘18次，因雷擊跳閘有8次，占比45%;2020年貴陽北樞紐共計(jì)跳閘20次，其中雷擊跳閘12次，占比60%，2021年避雷線加裝后，貴陽北樞紐共計(jì)跳閘18次，其中雷擊跳閘僅1次，占比僅5%;由此可以看出樞紐因雷擊跳閘產(chǎn)生的影響很大，架空避雷線能起到一定的防雷效果。舉例：比較嚴(yán)重兩次跳閘有：一次是在2019年4月18日，貴陽北變電所219KX因雷擊跳閘產(chǎn)生大電流，導(dǎo)致貴陽北站貴廣場16道3345#桿斜腕臂絕緣子被雷電過電壓擊爆炸裂，重合不成功，導(dǎo)致接觸網(wǎng)垮塌;另一次是2020年6月4日，貴陽北樞紐因?yàn)槔讚魧?dǎo)致貴陽北變電所218、219KX、247KX、248KX、244KX、217KX、220KX以及小碧變電所211、214KX跳閘，導(dǎo)致分段器燒損3臺、絕緣子放電擊穿10余只，直接經(jīng)濟(jì)損失近10余萬元，對設(shè)備造成很大影響。

2.2? 國外接觸網(wǎng)防雷措施

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每100 km 接觸網(wǎng)在一年時(shí)間內(nèi)可能遭受1 次雷擊，并且不考慮直擊雷的防護(hù)。僅在雷電頻繁發(fā)生的地區(qū)采用避雷器實(shí)現(xiàn)對雷電過電壓的限制，而在其他區(qū)域則不設(shè)置防雷裝置。日本是典型的海洋島國，雷電活動(dòng)頻繁。以雷擊頻度及線路重要程度為基準(zhǔn)，用 A、B、C 三個(gè)區(qū)域劃分國土的防雷等級，規(guī)定了相應(yīng)的防雷措施。

3? 接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷害分類

根據(jù)雷擊的部位不同，雷擊接觸網(wǎng)線路可分為 3 種情況：雷擊地面產(chǎn)生感應(yīng)雷對接觸網(wǎng)影響;雷擊支柱引起雷電壓反擊;雷直擊接觸網(wǎng)。前兩種情況都是由于電磁場的劇烈變化，在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓;后者則是由于流經(jīng)接觸網(wǎng)很大的雷電流所形成的行波過電壓。

3.1? 雷擊地面產(chǎn)生感應(yīng)雷對接觸網(wǎng)影響

當(dāng)雷擊點(diǎn)距接觸網(wǎng)的距離 S>65 m 時(shí)，接觸網(wǎng)上的感應(yīng)過電壓，50%閃絡(luò)電壓是衡量絕緣子耐雷水平的重要參數(shù)，即當(dāng)絕緣子上的電壓超過該值時(shí)即發(fā)生閃 絡(luò)，損傷絕緣引起跳閘。

3.2? 雷擊支柱引起雷電壓反擊

雷擊接觸網(wǎng)支柱也會(huì)引起絕緣子閃絡(luò)。當(dāng)雷擊支柱時(shí)，雷電流通過支柱流入大地形成反擊過電 壓，再加上接觸網(wǎng)導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，將會(huì)產(chǎn)生很高的雷電過電壓。特別需要的場所沿接觸網(wǎng)架設(shè)避雷線。

3.3? 雷直擊接觸網(wǎng)

雷電流將沿接觸網(wǎng)兩側(cè)流動(dòng)，由于接觸網(wǎng)很長，可認(rèn)為分布在兩側(cè)的雷電流是對稱的。

4? 接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷

4.1? 接觸網(wǎng)防雷原則

通過分析研究，接觸網(wǎng)需遵循的防雷原則：劃分雷區(qū)等級，記錄雷擊跳閘率，二者結(jié)合，制定合理的防雷措施;戰(zhàn)場防雷和站房接觸網(wǎng)防雷相結(jié) 合;接地系統(tǒng)和接觸網(wǎng)防雷改造相結(jié)合;各種避雷 裝置互相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ);避雷器和接閃器相 結(jié)合。

4.2? 接觸網(wǎng)防雷關(guān)鍵技術(shù)措施

由國內(nèi)外的防雷措施和防雷經(jīng)驗(yàn)可知，現(xiàn)階段防雷技術(shù)措施主要有以下幾點(diǎn)：

（1）安裝避雷線防雷。經(jīng)驗(yàn)表明架設(shè)避雷線有助于提高設(shè)備耐雷水平。架設(shè)避雷線主要是防直擊 雷，由于接觸網(wǎng)系統(tǒng)的絕緣等級較低，在雷電過電壓引起的絕緣子閃絡(luò)中，感應(yīng)雷過電壓引起的閃絡(luò) 占絕大部分，故架設(shè)避雷線除了防直擊雷外，還應(yīng)該具有防感應(yīng)雷的功能。避雷線可以安裝在承力索 上方或者支柱上方，2021年貴陽北樞紐在站場供電線支柱上安設(shè)避雷線，起到很好的防雷效果，據(jù)統(tǒng)計(jì)今年跳閘18次，僅1次為雷擊跳閘，跳閘處未加裝避雷線保護(hù)。

（2）安裝避雷器防雷。避雷器數(shù)目越多，雷擊跳閘率就越低，因此在貴陽北樞紐站內(nèi)加裝一定數(shù)量避雷器，能達(dá)到較好的避雷效果，2019年貴陽北樞紐在重要處所加裝88臺避雷器，通過統(tǒng)計(jì)避雷器動(dòng)作次數(shù)，避 雷器的密集安裝能起到一定的防雷作用。然而，避雷器對過電壓的保護(hù)是有限的，并不適合所有區(qū)段，因此在雷擊比較集 中的地段安裝線路避雷器，效果比較理想。

（3）選用絕緣性能強(qiáng)的絕緣子。雷電使絕緣子損壞后絕緣性能無法恢復(fù)是導(dǎo)致牽引供電系統(tǒng)故障的 重要原因。污穢環(huán)境會(huì)使絕緣子耐受雷電過電壓的 能力下降，因此，在污染嚴(yán)重或風(fēng)沙較大的地區(qū)應(yīng) 采用大爬距、抗污性能好的復(fù)合絕緣子;雷雨天雨水在絕緣子表面形成的水流造成絕緣閃絡(luò)也是常 見的情況，故可選用傘裙結(jié)構(gòu)和大爬距的絕緣子。

（4）保證可靠接地，回流系統(tǒng)良好。加強(qiáng)對貴陽北樞紐回流系統(tǒng)的暢通，因此有效的接地技術(shù)也是防雷技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可靠地接地使得雷電流順利釋放。從工作 性質(zhì)上接地可分為工作接地和安全接地。

5? 現(xiàn)有防雷體系的不足以及改進(jìn)措施

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合近些年各條高鐵防雷措施存在的缺 陷，在充分分析和研究基礎(chǔ)上提出了以下改進(jìn)措施。

5.1? 加強(qiáng)對直擊雷防護(hù)。高鐵接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)主要參考電力系統(tǒng) 35 kV 輸電線路，全線大部分都未設(shè)置避雷線。由于現(xiàn)行的接觸網(wǎng)系統(tǒng)僅在 關(guān)鍵部位增加避雷器和接觸網(wǎng)本身的架設(shè)高度，導(dǎo) 致現(xiàn)行的防雷體系在實(shí)際運(yùn)行中對直擊雷和感應(yīng)雷的防范效果并不好，尤其是對直擊雷。改進(jìn)措施 是在可靠位置增加避雷線，能有效起到防雷的目的。

5.2? 采用避雷器在線監(jiān)測技術(shù)。京滬高鐵目前安裝的避雷器大都采用氧化鋅避雷器，這種避雷 器存在的缺陷是電阻片隨著動(dòng)作次數(shù)而老化引起 失效現(xiàn)象。采用避雷器在線監(jiān)測技術(shù)是將泄漏電流 監(jiān)測裝置和避雷器放電計(jì)數(shù)器整合在一起進(jìn)行監(jiān) 測，通過監(jiān)測避雷器漏電流大小和計(jì)數(shù)器動(dòng)作次數(shù)，及時(shí)掌握避雷器的運(yùn)行性能。

5.3? 考慮不同區(qū)域雷電防護(hù)的差異性。貴陽北樞紐設(shè)計(jì)貴廣、滬昆、渝貴和成貴等多條高鐵線路，即使是同一線路不同地區(qū)雷電頻度、強(qiáng)度和土壤電阻率差異很大。建議根據(jù)不同區(qū) 域不同線路歷年雷擊跳閘數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)，土壤參數(shù)等因地 制宜，設(shè)計(jì)安裝不同類型和規(guī)格的避雷裝置。

6? 結(jié)語

結(jié)合貴陽北樞紐高鐵目前的防雷體系，分析雷電對接觸網(wǎng)造成的危害、防雷重點(diǎn)部位、防雷措施等，發(fā)現(xiàn)其中的缺陷并進(jìn)行針對性的改進(jìn)，這些措施對樞紐設(shè)備防止接觸網(wǎng)雷擊跳閘，提高接觸網(wǎng)防雷性能，保證鐵路運(yùn)輸?shù)目煽啃跃哂兄笇?dǎo)意義。

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作者簡介：

陳龍，1989年04月出生，漢族，籍貫貴州省黎平縣，畢業(yè)西南交通大學(xué)本科學(xué)歷，職稱為助理工程師，主要研究方向：高鐵接觸網(wǎng)供電及防雷體系研究，現(xiàn)工作在成都局集團(tuán)有限公司貴陽供電段，任貴陽北供電車間副主任;