南廣鐵路賓郁段雷電時空和方向性分布及其預防

趙朝思

（中國鐵路南寧局集團公司 南寧供電段，助理工程師，廣西 南寧）

1 引言

高速電氣化鐵路運輸需要有效防止外部因素負面影響才能更好地在國民經(jīng)濟快速發(fā)展中發(fā)揮作用，減少以至消除雷電極易引發(fā)的接觸網(wǎng)跳閘，避雷器、絕緣子損壞造成接地等供電設(shè)備故障，正是題中應(yīng)有之義。由于高速鐵路為減少征地面積，大量采用高架橋結(jié)構(gòu)，使其在平原地區(qū)處在至高點，較之普速鐵路遭受雷擊機率成倍增加。南廣鐵路（廣西南寧至廣東廣州）賓郁段（廣西賓陽至廣東郁南）處于中南半島雷暴高發(fā)區(qū)向北延伸區(qū)域，做好防雷電工作具有重要意義。

2 南廣鐵路賓郁段雷電災害情況

2.1 雷電災害的空間分布

2.1.1 地形影響 據(jù)廣西氣象資料廣西各地年平均雷暴日數(shù)為51 d～100 d，遠超國內(nèi)多雷區(qū)界定標準為40 d的平均值。在南廣鐵路賓郁段中，貴港、梧州市，年雷暴日天數(shù)平均在90 d左右［1］。從沿線地形上看，來自北部灣的暖濕氣流登陸后向北，在貴港至平南一線遇到山脈的阻擋，起到氣流自然抬升作用，造成該地雷電活動頻繁。

由廣西年平均雷暴日數(shù)分布圖（圖1）可見，雷暴日與地形之間存在一定的聯(lián)系。各條日線與廣西區(qū)內(nèi)山勢走向基本一致。

圖1 廣西年平均雷暴日數(shù)分布圖

2.1.2 土壤電阻率影響 文獻［2］中研究結(jié)果表明，土壤電阻率與雷暴的形成有密切聯(lián)系。查閱文獻［3］［4］，貴港土壤中鐵錳結(jié)合占比較高，梧州土壤中含鐵量高于平均值8倍左右。與土壤電阻率相關(guān)的16個指標中，影響從高到低前三名分別為全鐵、Cl、全氮。貴港、梧州地區(qū)的土壤中含鐵量較高，導致了土壤電阻率較低。在同一地區(qū)土壤導電率低的，雷擊概率高；土壤導電率均勻的，相對高度較高的位置雷擊概率大。同時，帶電導線因其自身帶有電荷的原因，雷擊的概率較高。

2.2 雷電災害的時間分布圖2為梧州市多年月平均雷電時數(shù)變化曲線，可見，1、2、10、11、12月雷電活動較少，主要雷電活動自3月份起逐月上升，至5月到達最高值后逐漸回落，形態(tài)為單峰型。其原因是春季冷空氣南下與海洋上形成的暖濕氣流極易形成強對流天氣，夏季受到臺風、太陽直射北移等天氣影響，造成雷電保持在相對較多水平；而到了秋、冬季受到冬季風影響，暖濕氣團較弱，因此造成雷電數(shù)量較少。

圖2 梧州市多年月平均雷電時數(shù)變化曲線

圖3為梧州市日雷電時間變化曲線，可見在下午至傍晚，雷電活動較為頻繁。其原因為太陽輻射強度在午后達到最高峰，這時對流旺盛。地表蒸發(fā)較強，極易產(chǎn)生強對流天氣。分析2019年南廣線賓郁段雷擊數(shù)據(jù)，在27次雷擊中，11時-20時雷擊次數(shù)多達22次，與日雷電時間變化曲線相符。

圖3 梧州市7月日雷電時間變化曲線

3 南廣鐵路賓郁段雷擊情況分析

按照國際通行算法，接觸網(wǎng)平均雷擊次數(shù)計算公式為：

其中，T d為年平均雷電日數(shù)。在計算復線其雷擊為2 N，如上所述，途徑區(qū)段平均雷電日數(shù)90 d。按照南廣線賓郁段接觸網(wǎng)支柱高度10 m，代入上式可知，每年的雷擊次數(shù)約為46次。因環(huán)保、節(jié)約占地等因素影響，高速鐵路的橋隧比在逐年升高。南廣鐵路賓郁段橋隧比達到線路總長的46%，其中隧道長度就占線路總長的37%。減去隧道占比后，理論計算南廣線賓郁段的雷擊次數(shù)應(yīng)約為29次。實際雷擊次數(shù)，2017年為27次，2018年為26次，2019年為26次。與理論值基本相符。

對2017-2019年雷擊數(shù)據(jù)分析（見圖4），三年中，最早的一次發(fā)生在2019年2月11日。雷擊次數(shù)最多的為6月，共21次。其次為5月和7月，均為18次，8月雷擊7次，4月6次，9月5次，3月3次，2月1次。1月、10月、11月、12月未發(fā)生雷擊。與途徑區(qū)段的雷擊時間分布上基本相符。

圖4 2017-2019年雷擊時間分布

在空間分布上，如圖5所示雷擊區(qū)域分布在140 km-156 km，219-227 km，243-259 km，330-354 km。以上四個范圍雷擊占了總雷擊次數(shù)的67%，分別對應(yīng)了貴港市內(nèi)、桂平至平南間、平南縣城范圍、梧州南至郁南區(qū)間，其分布與圖1雷暴日線分布基本一致。在山脈走向的因素影響下，與市內(nèi)高大建筑引雷及城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生的上升氣流作用疊加，導致在建筑相對集中的以上四個處所雷擊次數(shù)較多［5］。

圖5 2017-2019年雷擊空間分布

4 接觸網(wǎng)防雷措施

目前電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷措施主要有在關(guān)鍵部位設(shè)置避雷器和架設(shè)避雷線兩種。常見氧化鋅閥組式避雷器的防雷原理主要是釋放雷電流的過電壓，避免接觸網(wǎng)接地短路。但由文獻［6］可知，一臺避雷器僅能保護附件的3～5根支柱面受雷擊影響。但由于這種方法防護范圍有限及造成設(shè)備數(shù)量成倍增加，反而導致了接觸網(wǎng)設(shè)備的可靠性降低。因此，針對接觸網(wǎng)防雷最有效的措施是增設(shè)避雷線。

2019年筆者所在單位有針對性地在梧州南至郁南區(qū)間架設(shè)了避雷線取得較好效果。架設(shè)前，該區(qū)段2015年遭雷擊16次，2016年、2017年、2018年、2019年遭雷擊分別為5次、10次、10次和12次，而2020年僅遭雷擊2次，說明電氣化鐵路架設(shè)避雷線對防雷效果有明顯的改善。

5 結(jié)論

接觸網(wǎng)雷擊與山脈走向、小范圍內(nèi)氣候有較直接影響；土壤電阻率的降低使當?shù)芈淅讕茁试龃笠矔黾咏佑|網(wǎng)的雷擊次數(shù)。根據(jù)接觸網(wǎng)平均雷擊次數(shù)計算公式所得落雷數(shù)與實際值比較基本一致，但在計算線路長度時需將隧道區(qū)段減去。針對雷擊接觸網(wǎng)目前最有效的防護手段仍是架設(shè)避雷線，在實驗區(qū)段架設(shè)避雷線后，雷擊次數(shù)有明顯下降。