摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，地铁建设取得了显著成果，极大缓解了城市交通拥堵，为人们出行提供了便利。而接触网是地铁重要组成部分，也是重要的动力来源，一旦地铁接触网受到雷击，将会引发各种故障，影响到列车的正常行驶，甚至引发安全事故，对乘客及机组人员生命安全造成威胁。本文主要分析高架桥段地铁接触网耐雷水平，基于此，提出几点接触网改造及防雷措施，以为相关部门提供一些借鉴。
关键词：高架桥；地铁接触网；防雷措施
牵引供电系统在地铁中应用有着非常高的要求，且地铁系统因为缺少备用系统，一旦受到雷击将造成永久性故障，迫使地铁停运。我国很多地区雷电活动频繁，尤其是在夏季，雷击会使电气设备及地铁绝缘子受到破坏，对地铁运行安全造成威胁。高架桥段鉴于接触网对地高度增加，会扩大引雷范围，进而更容易受到雷击。为此，采取必要的防雷保护措施非常重要。
1.高架桥段地铁接触网耐雷水平分析
1.1雷击高架桥段地铁接触网模型
现以某城市某高架桥段地铁接触网为例建立地铁接触网模型，采用避雷线每间隔150m接地，并使用避雷器每间隔200m进行防雷接地保护。避雷器额定电压为1200V，避雷器型号为HY10WL-20。设置的最小地铁支柱绝缘子爬电距离为200mm，电压100kV的闪络电压占50%。将雷击高架桥段地铁接触网模型建立起来，详见图1。
图1 地铁接触网等效模型示意图
依据上图1，50m为支柱之间跨距；桥面单位长度电感表示为L2，取值为0.3uH/m；1号桥墩单位长度电感表示为L1，取值为0.15uH/m；1号线桥墩电阻表示为R1，取值为5Ω；支柱波阻抗电阻取值为130Ω。
1.2现有防雷措施下高架桥段地铁接触网耐雷水平
结合以上雷击模型，在3号与7号支柱处设置了避雷器与接地点，3~7号支柱的顶端为雷击点，可以将各个支柱的耐雷水平计算出来，详见下表1。
表1 现有防雷措施下高架桥段地铁耐雷水平
通过上表1可以发现，耐雷水平最高的是3号与7号支柱，耐雷水平为7.2/KA，出现这一情况的主要原因是在3号与7号支柱设置了接地点与避雷器，有效保护了线路不受雷击。耐雷水平最低的为5号支柱，仅为2.5KA，因为雷击6号与4号时，5号出现闪络，且处于中间位置，由此减弱了其防雷保护作用。鉴于只有3号与7号有接地线及避雷器，使得线路耐雷水平分布特点为对称分布，也就是说，中间保护薄弱，两边保护较强，耐雷水平也就出现相应变化。
2.高架桥段地铁接触网改进防雷措施
2.1避雷器与接地点优化布设措施
设置避雷器是最直接、最简单的接触网防雷措施。地铁接触网避雷器设置有着严格要求，即要求每间隔250m设置一台避雷器，避雷器上面连接接触网，下面连接大地，并联被保护的设备，高架桥区域，可使用钢筋让避雷器与桥墩纵向连接。正常情况下，避雷器处于高阻状态，有微小电流经过，但如果接触网电压过高，避雷器电阻会减小，电流流过大地，可以保护与避雷器相关联的设备。
通过以上分析可以发现，避雷器及接地点的布设对提高支柱耐雷效果有一定作用。为此，每个支柱接地点最适宜的间距为50m、100m和200m，这是基于接地点间距最小情况考虑的。同时，出于对避雷器的密集使用会增高防雷成本的考虑，为了减轻检修工作量，避雷器适宜安装距离为200m、300m及400m、600m、800m。一般，综合使用避雷器与多种接地点，可以对高架桥段地铁防雷方案综合评估。当避雷线受到雷击时，接地点处于中间位置，可以有效分析高架桥段地铁线路最低耐雷水平。详见下图3所示。
图3 避雷间距/m
从上图3可以看出，高架桥段地铁接触网耐雷水平主要受接地点间距影响，当雷击避雷线时，与避雷器的间距没有联系。当接地点间距为50m时，线路最低耐雷水平约为7.2kA；当接地点间距为100m时，最低耐雷水平约为4kA；接地间距200m，最低耐雷水平为2.9kA，每一个支柱接地时的线路最低耐雷水平是接地点间距200m时的约2.5倍；鉴于地铁高架桥段预留的接地端子较多，且每一个支柱需要通过桥墩接地将最低耐雷水平提高，虽然这样一来，会增加每一个支柱的接地造价成本，但是能够非常显著的将地铁高架桥段最低耐雷水平提高。当接触线受到雷击时，避雷器间距中间位置为雷击点，可以将最低耐雷水平得到。
2.2架设架空地线
架空地线有着一定防雷作用，但是必须与接地装置可靠连接，让电流就近流入到大地，从而减少雷电压危害区域。架空地线需要将接触网覆盖，每间隔200m设置火花间隙。保护角直接关系到架空地线防雷效果，并且在电力系统中，保护角与线路电压有一定联系，通常66kV以下的输电线路保护角规定值为20°~30°，但是地铁线路高度高于输电线路，为此，虽然接触网电压等级低，但是保护角依然要比上述规定值大。在雷暴较少的地区，架空地线高度高于避雷线时，可以将接触网遭受雷击的次数减少，从而减少牵引引起的跳闸。但雷暴频繁的地区，架空地线过高容易使线路遭受雷击的频率增大，为此，需要依据不同地区实际情况而谨慎选择。
结束语
综上所述，本文主要分析了高架桥段地铁接触网耐雷水平，分析了避雷器与接地点优化布设措施，表现了从接地点可以有效将雷击避雷线时的耐雷水平提高，同时，避雷器也对提高雷击接触线耐雷水平有显著作用。鉴于接地端子在高架桥段桥墩处预留，将每个支柱连接到桥墩接地，可以将线路最低耐雷水平提高。在今后的高架桥段地铁接触网防雷措施上，会出现更有效、更先进的方法，需要不断加强技术研究与实践，从而提高防雷效果，保障地铁运行安全。
参考文献
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论文作者:刘浩
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/12
标签：避雷器论文; 地铁论文; 桥段论文; 防雷论文; 高架论文; 支柱论文; 间距论文; 《防护工程》2017年第35期论文;