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摘要：随着我国经济的发展和社会的进步,高速铁路行业发展势头良好,特别是高速铁路,在近年来得到了很好发展。高速铁路的建设不仅方便了人们的生活,同时还减少人们的外出时间。牵引供电系统对高速铁路来说很重要,它影响到了其正常运行,如果它遭受到雷击,会对高速铁路的运行带来影响,同时还可能由此出现巨大损失,雷击问题是牵引供电系统的主要故障原因之一。所以,需要切实做好高速铁路牵引供电系统的雷电防护工作。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；防雷技术
引言：据了解，我国一直坚持在高速铁路牵引供电系统防雷技术方面的研究,为高速铁路安全可靠运行以及运行速度的提高提供着重要的理论依据和实践参考。高速铁路牵引供电系统防雷工作落实是否到位，将直接影响高速铁路运输以及高速铁路安全，并可能导致一系列事故的发生。通过有关专家研究，我国的高速铁路牵引供电系统仍存在一些弊端和缺陷。通过电气几何模型及实测数据可以分析没有避雷线时高速铁路牵引供电系统的雷击特性，通过分析发现，雷击次数的翻倍增加，再加上高架桥平均高度达到一定数值后，就会导致感应过电压很小，引发高速铁路事故发生。
一、雷电对列车安全造成的威胁
如果牵引供电系统被雷击中将会导致列车的供电被中断，造成列车被迫停运，甚至会直接导致列车事故，造成人员的伤亡和较大的经济损失。在高速铁路运输史上，由于雷击造成的列车事故历历在目，其中“7.23”甬台温特大高速铁路交通事故从开始到结束的七分钟内，雷击累计次数竟然达到近百次。有关专家分析这次事故，当时牵引供电系统的电力荷载能力达不到列车运行需要的电力系统的要求，引发了单相接地系统的跳闸，而且当时高速铁路沿线的高架桥众多，雷击概率陡然增大，导致绝缘子被破坏严重，短时间内跳闸密集爆发。牵引供电系统雷击防护管理不到位，会引起绝缘子击穿爆炸而导致长达数小时的高速铁路运输中断，给高速铁路运输带来巨大的经济损失和安全风险。因此，雷电对高速铁路运输的威胁是不可忽视的。
二、防雷体系以及缺陷
1.防雷体系
普速列车牵引供电设备包括变电设备（变电所、开闭所、分区所）、接触网和远动系统。牵引供电设备应保证不间断行车的可靠供电。牵引供电能力应与线路的运输能力相适应，满足规定的列车重量、列车密度和运行速度的要求。虽然变电所的防雷技术非常完善，但是只在线路的变电所入口，隧道口两端等关键部位安装了避雷装置。高速铁路通常用高架桥的方式跨越河流和谷地，高架桥上的接触网支柱一般都通过桥墩里面的接地引下线以及内部钢筋结构接地，在这种情况下接地电阻有一些是不合格的，所以为防止雷击高架桥上的接触悬挂系统过电压导致的绝缘闪络，就在大桥两端安置避雷设施。
2.缺陷
高速铁路接触网防雷设计除了在部分关键处安装避雷器，几乎全线不安装避雷线。我国高速铁路运行线路中高架桥非常多，高架距离非常广，很多高架桥处接触网对地高度和110kV架空线路的对地高度相似，在没有避雷线的情况下，接触网系统遭受雷击的危险性很高。直击雷进入接触网的路径主要有雷击正馈线、雷击承力索、雷击保护线等。通过测试可知，牵引网雷击正馈线悬式绝缘子雷击闪络几率要比腕臂绝缘子雷击闪络概率高。据有关数据表明，雷击正馈线绝缘子的破坏几率超过了T线绝缘子的三十倍。导致这种现象出现的原因就在于，正馈线位于承力索的外侧，且其设置的位置也高于承力索，故而在发生雷暴天气的状况下。正馈线遭受到累计的的概率要高于承力索。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当今防雷系统就是通过在线路的关键位置安装避雷设施以防止直击雷和感应雷的袭击，但是效果都不好，尤其是面对直击雷的袭击。很多高速铁路都发生过连续多个避雷器动作，但是变电所依旧出现跳闸，其原因就是沿线接地电阻大，避雷器残压太高。高速铁路运输中，列车牵引引起的电流短路时有发生，具有电阻在钢轨产生泄露的特点。因此，地面人员在高速铁路运行过程中触电的情况并不鲜见。为了规避这种触电事故的发生，在技术上采用了多种方式予以预防，如综合接地方式，就是在运行地段打下接地极，按照地线的贯通要求进行接地极的埋设，无论是数量，还是位置，均要符合贯通地点的接地电阻数值要求。例如，如果工频电压波长是6000公里，则供电臂的长度就应该是大约20公里。而且，供电臂的接地就是要降低综合接地系统的电阻。包括经过河流、山谷等雷电多发地段时，接地电阻可以达到几十甚至上百个欧，如果在高速铁路运行过程中，接地电阻是少于工频接地电阻的要求，就很容易发生绝缘子闪络等故障，导致避雷器等设施发生爆炸。还要考虑列车运行对于桥梁等冲击电阻的影响，防止接地钢筋产生的火花或者电感效应等导致的绝缘子的破坏，所有的工作都是要进一步完善和优化工频接地电阻表征以及接地电阻的运行。高速铁路沿线的土壤参数以及雷电参数都不尽相同，在不同的雷电危害下的防雷设施应该具有针对性，而在高速铁路运行的防雷电的设计中却缺少这方面的研究。
三、优化高速铁路供电系统防雷体系
1.正馈线和雷击承力索的防护
35kv以下的线路接触网支柱不应附挂通信、有线电视等非供电线路设施；在设有接触网的线路上，严禁攀登车顶及在车辆装载的货物之上作业；如确需作业时，须在指定的线路上，将接触网停电接地并采取安全防护措施后，方准进行。可以考虑采用抬升PW保护线，专用避雷线，回流线以进行雷击预防。在图二中，a是接触网线到支柱间的长度。L′是复线高速铁路两侧线路中心的横向距离。d是A到轨道平面的垂直距离。其保护范围就是弧AB′。依据接触网的参数和不同线路形式可以算出避雷线架设建议高度。单线高速铁路接触网的避雷线架设高度是9米，复线架设高度7.2米。4线高速铁路并行时，四根支柱并列，其避雷线架设高度取7.6米。4线硬横梁形式的接触网避雷线假设高度取7.5米。4线中3线是硬横梁形式，另一线是支柱形式接触网。1线和3线的接触网避雷线假设高度分别是9米和7.3米。通过试验证明，这种方案明显减少了雷击跳闸次数。
2.对绝缘子破坏的防护
在雷击过程中，过电压不仅会让绝缘子出现闪络现象，其闪络之后的电弧还会烧蚀，以致使绝缘子永久性毁坏。针对这种情况可以在悬式绝缘子和水平绝缘子两端装置带间隙或者保护间隙避雷器。在绝缘子的两端增加保护距离，可以疏导工频电弧，定位雷击闪络位置，避免绝缘子损害，从而起到保护绝缘子的作用。但是绝缘子的冲击闪络电压削减了线路的抗雷水平，如果加入绝缘间隙就会增加雷击的跳闸概率，因此需要配合高效可靠的自动重合闸系统。
3.加强雷电监测
牵引变电所应采取防雷措施，设置机房专用空调。控制、保护及通信设备，应装有防止强电及雷电危害的浪涌保护器等保护设备，电子设备应符合电磁兼容有关规定。所以，在气象部门借鉴了雷电监测技术，在对高速铁路走廊周围雷电互动密切监测的基础上，开发出更适合于监测高速铁路走廊的雷电监测系统，并不断进行了优化，经过统计，获得了列车运行过程中雷电流幅值和地闪密度等相关重要参数。还能对走廊沿线的雷电活动在必要时进行检测预警，划分并记录下高速铁路雷电区强弱。根据雷电监测体系记录下铁路雷击故障的情况以及雷电活动情况，以供电臂为单位，明确感应雷和直击雷，并兼顾雷电故障信息和雷电流的统计参数，采取各种防护实现对高速铁路牵引网的针对性防雷。
结束语：
高速铁路牵引供电系统的安全性和可靠性很重要,它关系到列车的正常运行,雷击是经常发生的牵引供电系统故障,需要制定和完善相应的雷电防护体系,这样可以有效提高牵引系统的雷电防护能力,从而确保列车的安全和可靠运行。
参考文献：
[1]程宏波,何正友,胡海涛，等. 高速铁路牵引供电系统雷电灾害风险评估及预警[J].铁道学报,2013(5):21-26.
[2]边凯,陈伟江,王立天，等. 高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].中国电机工程学报,2013(10):191-199.
论文作者:肖楠
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：高速铁路论文; 雷电论文; 绝缘子论文; 供电系统论文; 避雷线论文; 防雷论文; 列车论文; 《电力设备》2017年第29期论文;