关键词：高速铁路；牵引供电；防雷；分析；
中国铁路发展非常迅速,不仅使人们更方便旅行,但也使中国的经济增长速度越来越快,但铁路的安全操作在中国一直是一个热门话题,尤其是高速铁路的防雷牵引力悬链线。
一、目前中国铁路牵引供电系统防雷体系存在的问题
1.直闪电防护缺乏综合考虑。目前，我国铁路牵引供电系统主要由牵引网和变电站组成。其中，变电站的防雷技术日趋成熟，但牵引网的直流防雷技术还存在一定的差距。例如，在我国铁路牵引供电系统防雷设计过程中，主要考虑35k V输电线路，并按照普通铁路的相关规范进行设计。因此，在设计过程中，避雷针没有设计在接触网防雷线路中。即使避雷针安装在变电站设备中，它们也只被限制在几个关键位置。由此可见，直击保护的效果不是很明显。一般来说，直闪电主要从承载闪电的电缆和正馈线两个方面侵入接触网。因此，防雷技术应注意加强这方面的研究。
2.在冲击接地电阻方面欠缺考虑。相比于普通的铁路而言，高速铁路具有钢轨泄漏电阻大、牵引电流大以及快速绝缘老化等特点。由此可见，其对于铁路牵引供电系统的影响是非常大的，进而严重影响铁路的正常运行。目前，我国铁路所采用的接地方式主要是以综合性接地方式为主。因此，一旦出现雷击，对铁路的冲击是十分巨大的，泄漏一小部分都会导致铁路的接地电阻过高，进而绝缘子出现闪络。
3.缺乏对不同防雷需求的考虑。中国幅员辽阔，资源丰富，各地区的气候和地理位置各有特点。这反映在铁路牵引供电系统防雷技术的设计上，增加了难度。换句话说，防雷设计应该考虑不同土壤和雷电参数之间的关系。例如，在建设高速铁路时，它涉及的范围广，跨度大，所以它要经过很多条线。由于不同的土壤参数与雷击参数不一致，雷击造成的破坏也不同。但在现阶段，我国还没有考虑到区域差异，尚未充分实现全面防雷。
二、现状分析
我国高速铁路线路相对集中在经济发达的东南沿海和南部地区，这些地区的雷电活动较强烈。出于营运安全、走廊占地等方面的考虑，线路高架桥路段长度占比往往达到50%以上。高速铁路线路大多地处空旷地带，高架桥路段抬高了接触网的对地高度，线路两侧高大建筑物少。在强对流、雷暴天气下，接触网更易遭受雷电波侵害，造成绝缘损坏或击穿闪络放电，引起牵引变电所保护动作跳闸，高铁动车组电力供应中断，影响行车。目前，我国高速铁路雷电防护技术同国际水平相比还比较落后，尤其在技术应用方面存在一定差距。
1.现有雷电防护的要求。《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2005）第5.3.1条规定：应根据雷电日及运营经验，按下列原则对接触网进行大气过电压保护。（1）吸流变压器的原边应设避雷装置。（2）在高雷区及强雷区，下列重点位置应设避雷器：分相及站场端部绝缘锚段关节；长度2 000 m及以上隧道的两端；较长的供电线或AF线连接到接触网上的接线处。（3）强雷区应架设独立的避雷线，其接地电阻应符合相关规定。
2.建设工程主要防雷措施。目前，电气化铁路接触网主要采取安装避雷器进行大气过电压保护，通过在接触网供电线上网点、电分相、隔离开关及长大隧道两端等重点设备处设置避雷器的方式进行防雷，而区间供电线路的雷电防护措施欠缺。
三、高速铁路牵引供电接触网雷电防护
1.分析和计算接触网。按照国内外接触网受到雷击方式的分析和计算，总结出下面的结论：若接触网所处的地区在一年内的平均雷电日较多，那么遭受雷击的频度也就更大，通常来说每平方公里大地一年的遭受雷击次数是随着年平均雷电日数的增加而增加的。按照国际大电网会议推荐的计算：承力索距离轨面平均高度为7米，接触网的侧面限界为3米，利用下面的公式计算出单线接触网遭受雷击次数，即N＝0.122×Td（年平均雷电日数）×1.3，复线接触网遭受雷击次数的计算公式则为N＝O.244×Td×1.3。当遭受雷击时，接触网产生过电压，当接触网支柱受到雷击时，雷电流会沿着支柱侵入地面，与此同时在支柱上会有冲击过电压产生，过电压的值和支柱的冲击接地电阻、雷电流幅值与支柱等值电感相关联，它们的关系是非线性正比关系。另外，雷电通道产生的电磁场变化会使得和雷电流极性相反的感应电压产生，而且感应电压的值随着雷电流的平均值和接触网导线的高度增加而增大。冲击过电压以及感应过电压的叠加值的大小同接触网支柱的接地电阻相关联，叠加值的大小与接地电阻呈现正比的关系，也就是说当接触网支柱的接地电阻增大，那么引起闪络的雷电流幅值以及绝缘子闪络概率就会相应增加。
2.接触网的安装。目前的高速铁路的供电方式通常采用的是AT，图1所示的是AF线和PW线安装位置，这时PW线安装在AF线的下方位置。
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图1 AF线和PW线安装位置图（单位：mm）
在这种安装形式下，接触网线路直接落雷的闪络概率采取电气几何模型和先导发展模型来计算，计算的条件为：因为自然雷中90%为负极性，直击雷过电压为负极性，在计算过程中采用绝缘子U50%为闪络判据；根据雷暴日为20d与40d两种情况来计算（U50为绝缘子50%雷电冲击放电电压）。表1为接触网绝缘子正负极性标准雷电冲击50%的放电电压。
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表1接触网绝缘子雷电冲击50%的放电电压
雷击闪络次数和线路的暴露宽度与地闪密度有关。线路的引雷面积（线路双侧乘以2）等于线路总的暴露宽度乘以线路长度，年雷击闪络次数则为线路的引雷面积与地闪密度相乘，当线路的长度为100千米时，可计算出线路的百公里年闪络次数。提高现有PW线的安装位置并作避雷线。假设PW线在AF线上方1.5米处，桥梁的高度分别为10米和15米，抬高PW线在AF线上方的保护配置，可大大减少AF线和T线直接落雷的次数。提高PW线的位置之后可以屏蔽掉AF线和T线，大为减少AF线和T线直接落雷（绕击）的次数，但当PW线落雷的雷电流幅值比较高的时候，会引起AF线与T线绝缘子反击闪络，且AF线与T线绝缘子还是可能出现雷电感应闪络。
3.工程实施过程把控。在接触网雷电防护工程措施实施过程中重点把控：（1）对于区间接触网，在接触网支柱顶端敷设独立架空避雷线；（2）良好的接地电阻可以极大降低接触网遭受直击雷或反击雷对接触网绝缘部件的损坏程度和概率，降低牵引变电所由雷击所引起的跳闸次数，应重视雷电防护接地部分；（3）对于柱顶设置了避雷线、避雷器的支柱及其他供电设施，信号等其他弱电设备接地点应距离该支柱接地体15 m以上，有条件时，独立避雷针或避雷器可设置独立的接地极或系统；（4）在进行接触网雷电防护设计时，工作人员应当对接触网所处地域内的雷电强度、跳闸次数等进行统计，结合经济技术对比分析，核算雷电防护措施的可靠性；（5）关注放电间隙类技术措施对雷电防护效果的影响。
总之，为了更好地保障人们的出行安全，满足人们出行舒适性日益提高的需求，进一步增强我国高速铁路综合实力的国际竞争力，应加大对高速铁路牵引供电接触网防雷技术的研究，提高防雷工程技术应用水平，保障行车安全和高速铁路运输平稳有序。
参考文献：
[1]刘鹏.浅谈高速铁路牵引供电接触网雷电防护.2018.
[2]张金显.探讨高速铁路牵引供电接触网雷电防护的研究.2018.
论文作者:郭楠
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/28
标签：雷电论文; 防雷论文; 过电压论文; 铁路论文; 供电系统论文; 线路论文; 高速铁路论文; 《科学与技术》2019年19期论文;