摘要：对于铁路运输业来说，最为关键的无疑是安全和可靠。如果牵引供电系统无法正常运行，则会使列车面临安全威胁，无法保证其运行的稳定和安全性。而雷击作为导致牵引供电系统故障的主要因素，必须要引起相关人员的关注，尤其是我国南方一些地区，雷雨天气较多，如果不重视雷电防护体系的构建，极有可能对列车的正常运行造成影响。因此，对牵引供电系统雷电防护体系建设进行研究，其意义十分重大。
关键词：牵引供电；存在问题；防雷措施
1牵引供电系统雷电防护体系建设存在的不足
无法对直击雷进行防护。现阶段部分铁路牵引供电系统防护体系，对于直击雷的防护力度较弱，在整个防雷体系中，仅在几个关键设备处放置了避雷针。而直击雷攻击牵引供电系统的类型分为以下几种:一是雷电直击正馈线，促使悬式绝缘子发生闪络;二是承力索受到雷击，则会导致腕臂绝缘子发生闪络;三是保护线遭受雷击，上述两类绝缘子均有可能在这种形式的攻击下出现闪络。
缺少对冲击接地电阻的考虑。高锰钢是构建铁路的主要材料，钢轨具有以下方面的特点:一是泄漏电阻大;二是列车牵引电流大。这些特点的存在，加大了轨道维护人员的工作危险，同时也加快了绝缘老化的速度，对牵引供电系统的稳定运行产生不利影响。
而现阶段，解决上述问题的主要措施为采取综合接地方式。但是防雷效果并不显著，如果列车遭受到雷击，会造成大部分电流传至地下，致使接地电阻瞬间增加，继而导致绝缘子发生闪络。
对不同地区雷击防护要求考虑不周。我国地大物博，幅员辽阔，地形条件多种多样，列车在运行过程中可能会经过山地和平原等地区，而这些地区对应的雷电和土壤参数存在较大的差异，一般情况下，列车的路线都在1000公里以上，要经过参数不同的雷电和土壤范围，由于不同参数的雷电，对于牵引供电系统造成的损害存在差别，因此，在构建系统防雷体系时应进行综合考虑，但现实情况却是防雷体系在设计过程中，这种差异性并未得到有效的体现，现有牵引系统防雷体系并不完善，无法对雷电进行全面的防护。
2直流系统发生短路故障的主要原因分析
铁路的供电系统是一个复杂的循环线路，牵引电流首先流到接触网上，在此过程中电流需要流过直流馈线开关、馈线电缆以及上网隔离开关等元器件。然后再流回到负极，在此过程中需要经过列车、钢轨以及回流线等设备或元器件。由于整个线路较复杂，引起直流牵引供电系统短路故障的因素也是多方面的，总体而言可以划分为两类。
（1）正极对大地短路故障。引起正极对地短路故障的因素如下：①设备本体。由于一些小动物，如老鼠或者蜈蚣等，爬到铁路电路系统中，导致出现短路故障；②一些体积较小的零部件，如螺栓、垫圈、金属线头等，因失误导入带电线路中，就容易引起直流正极与框架的短路故障，最终导致出现框架保护动作；③线路原因。变电所馈线电缆、接触网等出现了接地的情况，绝缘子被折断或者击穿，隔离开关的引线出现脱落问题或者发生接地现象，列车主回路出现接地问题等。通常情况下正极接地故障持续的时间会相对较长，在这个过程中如果不马上排除短路故障，那么就可能引起一系列其他的问题。严重的情况下会烧坏整个电路系统内部多处直流设施，其危害性可想而知。
（2）正极对负极短路故障。这种短路故障形式大多都是因为架空接触网对钢轨短路造成的。出现这种短路故障的原因主要就是接触网出现短线问题并且断掉的电线掉落在钢轨中、列车顶部位置对接触网发生放电现象、不正确的底线连接形式等。上述原因都有可能导致直流正极对负极出现瞬间的短路故障，在该短路故障过程中电流值最大时候可以达到几万安培。如此大的短路故障电流必然会引发各种保护动作。
3牵引供电系统雷电防护体系建设的措施
3.1雷击保护线和避雷线过电压保护
为了进一步强化牵引供电系统雷电防护体系的性能，可以采用升高保护线的方式，对回馈线和承力索进行保护。在安装避雷线之后，会改变正馈线和接触网防护雷电的方式，形成以下两种防护方式:一是避雷线在受到雷电攻击时，会产生反击雷保护，其原理为地电位增加起到的保护作用[1]。二是避雷线受到雷击后，防护体系中的正馈线和接触网会对其发生感应，继而产生感应雷的防护。对于雷电来说，其攻击范围较广，在避雷网安装完成后，如果雷电击中避雷网覆盖区域，则避电网中的T线和正馈线，其绝缘子就会对闪络进行反击。现阶段常用且效果较好的雷电防护措施有以下两种:一是降低部分区域的接地电阻，以此来降低雷击接地电子，从而避免绝缘子出现闪络;二是增加避电器和支柱的接地极，同样可以起到防护雷击的作用。
3.2采用合成绝缘子
通常情况下，如果高速铁路的接触网出现意外受到雷击，它的重合闸就会失灵，不能发挥它的功能。因为工频电弧在受到雷击灼烧后会出现破损的现象，此时线路的绝缘性已经遭到了破坏不能自动恢复原始状态，致使重合闸失灵。要想使接触网在雷击后绝缘子依旧能保持完好无损，相关的工作人员先要确保工频电弧的疏导状态正常，尽最大努力防止绝缘子的表面由于电弧产生灼烧的问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要想最大程度上确保高速铁路的接触网的安全，工作人員要合理的利用避雷器和避雷线，提高绝缘子的抗燃烧能力。当前我国绝大多数高速铁路的输配电线路绝缘子材料是使用合成硅橡胶和玻璃。这种合成硅橡胶绝缘子的抗灼烧能力比较强，如果合成绝缘子受到电弧工频的灼烧，它会释放出一种气体，这种气体可以吹走电弧，让电弧不会和绝缘子的表面发生接触。当合成硅橡胶一部分受到灼烧时，它不能立刻炸裂，绝缘子线路就获得了一段自我修复的时间。
3.3安装避雷装置
对于很多的建筑来说，都会对其相关的避雷装置进行安装，进而达到防雷的工作。因此，对于铁路的接触网来说，也要进行相应的避雷装置的安装。因为这些避雷器确实能在一定程度上减小雷电对接触网的雷害影响，虽然防护的级别较低。因为接触网的电压等级是工频单相交流制的25kV。并且接触网供电方式有单边、双边供电和越区供电。而单边和双边供电为正常的供电方式。
在这样强烈的电压电流覆盖的地区，合理的布置避雷线，形成良好的避雷网效果，能有效的避免因雷电直接进入接触网线路中导致的雷击问题。而避雷线的安置要注意一下，一是避雷线的保护角度要在零到四十五度之间，二是雷电较强地区需要设立的避雷线要相对较多。
安装避雷器是防雷的重要措施，在支柱接地电阻相同的情况下，安装避雷器可大大提高线路耐雷水平。当支柱接地电阻为30Ω时，无避雷器时的线路耐雷水平为12kA，安装避雷器后，线路耐雷水平提高到24kA。确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件是制定合适的接触网防雷措施的前提。在雷雨季节到来之前，安排对管内避雷器进行避雷器预防性试验，对状态不良避雷装置及时安排更换，确保设备雷击状况下，防雷设施能够起到保护作用。
3.4差异化防雷与雷电监测
铁路部门在构建牵引供电系统防雷体系过程中，应利用现代科学技术，发展雷电监测系统，以此来实现对雷电的自动实时监测。雷电监测系统已经被一些地区的铁路部门所采用，通过借鉴气象部门的雷电监测经验，依托于计算机网络技术构建雷电监测系统，已经成为牵引供电系统防雷体系的重要组成内容。在实际构建系统时，铁路部门应结合自身的实际特点，增强监测系统的适应性，提高雷电监测的准确程度。再加之不同区域的雷电参数存在差异，因此监测系统需要根据雷电参数，对雷电活动区域进行等级划分，直观体现出区域雷电的活跃性，便于铁路部门采取有针对性的防雷措施，选择正确的防雷方法，最终实现对雷电的差异化防护。
3.5提高接触网的整体接地水平
对于铁路接触网来说，不仅要对其避雷装置进行合理的安装，还要保证其接地的正确性。接地系统的好坏直接决定了防雷措施的效果，设计、施工部门要确保防雷接地装置的等效电阻值满足要求，运营管理单位应定期检查维护防雷设施、定期测量接地电阻等参数，发现问题及时处理。每年雨季前对管内接地装置进行一次全面摇测，测量接地电阻不满足要求的增加或更换接地极。对隔离开关、避雷器、架空地线处的单独接地极进行整治处理，重新埋设接地极，部分处所装设石墨接地极，以保证接地良好。加强对接地的管控，防止接地电阻过多的问题产生，充分利用绝缘原料对其雷电事故进行有效的防护[2]。
3.6加强雷电监测网络平台的建立
高速铁路接触网的平稳运作也离不开雷电监测网络平台的支持。工作人员必须按照高速铁路接触网的现实状况和水平对雷电监测网络平台实施分级管理的策略。同时，为了推动雷电监测网络平台的顺利建立，工作人员要认真分析、研究雷电资料，熟悉雷电发生的一般规律，不断补充、发展和完善规范的雷电数据，加强雷电监测网络平台。
3.7铁路信号设备防雷措施
（1）在各地的铁路信号设备加强防雷措施，在各地的机房上尽量安装防雷设备，尤其是暴露在旷野中的机房、铁路建筑物一定要做好防雷设施。有关企业单位要严格按照防雷法规，通过正规的机构检测、完善本单位的防雷设施，避免贪图便宜，或者为了省事，请不正规的机构检测和完善防雷设施。
（2）注意信号数字设备防雷接地的规范性
在现代铁路信号设备中，机柜内的设备比较多，使得数字地线、模拟地线、信号地线以及功率地线的不断增多。在这样一种情况下，必然也需要采取良好的措施对其进行控制和处理。
结束语
综上所述，牵引供电系统防雷体系，对于确保列车安全运行具有重要的意义。但现阶段防雷体系还存在一些不足，致使其防雷效果受到影响。因此，铁路部门在构建防雷体系中需要考虑牵引供电系统的特点，并结合相关防雷经验，提高防雷装置的性能，减少闪络现象发生的次数，从而在最大程度上提高防雷体系的应用效果，确保列车的安全运行。
参考文献
[1]孟文华.铁路信号车站防雷施工探讨[J].四川建材，2016，42（03）：171-173.
[2]孙少江.高速铁路接触网防雷技术[J].电气化铁道，2017，28（3）：43～48.
论文作者:王彦兵
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：雷电论文; 防雷论文; 供电系统论文; 绝缘子论文; 避雷线论文; 防护论文; 避雷器论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;