摘要：雷击对电气化铁路会造成严重危害，会造成接触网设备的绝缘损坏、支架断裂等故障、引发接触网供电中断。本文针对铁路接触网常见的雷击故障进行分析研究，找出易发生故障的环节，并提出接触网防雷技术措施，对电气化铁路的防雷性能提升具有一定的指导意义。
关键词：电气化铁路；接触网；防雷；技术
前言
随着高铁网络的全面建设，电气铁路在我国交通运输系统中的作用越来越重要，铁路接触网是电气化铁路的重要组成部分，是电气铁路线上架设的输电线路，为高铁列车提供电力输送。铁路接触网和一般的输电线路有很大的不同，接触网必须假设在铁路线路的正上方，电力机车通过车顶的电弓与接触网相连接来获取提供动能的电力。由于接触网都为露天安装，所以其可靠性要求非常高，接触网一旦停电，或列车电弓与接触网接触不良，对列车的供电会产生很大影响，甚至引发安全事故。接触网设备周边环境的变化和极端恶劣天气对接触网影响较大，特别是由于雷击引发的接触网跳闸故障给电气化铁路的安全运行带来非常大的影响，因此，防治雷击引发接触网设备跳闸成为电气化铁路发展的重要技术。
1 铁路接触网雷击故障分析
雷电通常以雷云之间放电、和雷云对大地放电两种形式存在，雷云之间的放电虽然很强烈，但一般不影响大地上的建筑物和设备。雷云对大地放电会对地上的建筑、设备、树木造成极大的破坏。接触网雷击主要有直击雷、感应雷和雷电入侵波三种。直击雷指雷云直接对接触网供电设备放电，强大的放电电流会产生热效应和机械效应，直接将设备击毁；感应雷指雷云通过静电感应或电磁感应在接触网附近的支撑装置、接触悬挂、附加导线上产生感应电势差，过电压会导致绝缘子闪络，电气绝缘击穿，甚至引起火灾和爆炸，造成设备的严重损伤；在附近发生雷击时，会产生雷电波，会沿着附近的线路入侵建筑物或变电所，同样会引发接触网故障。据统计，由于雷击产生的电气化铁路接触网跳闸故障高达 30%到 60%，高速铁路的比例会更高。高速电气化铁路一般建在开阔地区，多采用高架桥的方式。在线路两侧基本没有遮蔽物，铁路明显突出于地面很多，对雷电而言，是天然的放电目标。因此，在雷雨天气铁路接触网受雷击引起跳闸是比较常见的故障。在2014 年，铁路部门统计了 34 条电气化铁路雷击故障情况，由于雷击引发跳闸故障有 1214 次。在桥梁和山区等复杂地形，雷击引发接触网故障频次较高。在雷击故障统计中，接触网最经常发生雷击的部位有接触网附加线、支撑装置的平腕臂、斜腕臂绝缘子、站场软横跨承力索端部绝缘子、接触悬挂下锚绝缘子、避雷器等，特别是正馈线和斜腕臂绝缘子超过雷击闪络的 50%以上。在接触网发生雷击后，主要会造成以下常见故障：
1.1接触网绝缘子损坏。接触网绝缘子分为水平悬式绝缘子和棒式绝缘子两种。水平悬式绝缘子的雷电冲击耐压值是 300k V，棒式绝缘子是 270k V。虽然在安装初期，绝缘子耐压值较高，但由于接触网为裸露安装运行，受周边环境影响较为明显。随着接触网运行时间的不断增长，绝缘子也会随之老化，绝缘子老化严重时会产生裂缝、破碎，绝缘性能严重下降，在发生雷击时，容易发生绝缘击穿故障。
1.2接触网支撑线索损毁。直击雷或感应雷电压非常大，通常到达几万伏以上，会在接触网支撑线索两端形成很高的电压，如果电能不能快速释放，就会由于产生强大电流，支撑线索将会被大电流产生的热量所烧毁。
1.3支柱顶帽和肩架金具损毁。支柱和肩架金具通常位于铁路接触网的最高部分。由于高于其他设备，更容易被雷击中，造成较为严重的损毁。
1.4避雷器击穿。避雷器的如果接地良好，在一定程度上保护其他部件不受雷击的影响，但铁路接地系统会随着运行时间增加接地效果下降，导致接地电阻变大，无法满足设计要求，感应雷产生过电压后，避雷器的最大残压值明显提高，会造成绝缘子击穿。
2接触网防雷的主要措施研究
铁路接触网防雷的目标是提高设备的防雷特性，尽量减少因雷击引发的跳闸故障。结合近年来电气化铁路运行经验和统计数据，为了充分防治雷电灾害，主要的应对措施有以下几个方面：
2.1建立雷电监测网络
建立雷电预警系统，与气象、电力等部门联网，对雷电发生的时间位置进行预判，掌握雷电发生的规律，建立由路局、供电段、车间三级网络。根据预警情况，在雷电发生前做好铁路电气设备和线路防雷检查工作，减少系统潜在的故障点，提高可靠性。此外，监测网络还要提供雷电事故实时查询、事故调查、雷电数据挖掘和统计等功能，对雷击故障进行全面的统计和分析。
2.2架设避雷线
架设避雷线是避免接触网绝缘子损坏、降低铁路接触网雷击跳闸率的有效措施。在地处雷电高发地区的电气化铁路，应架设避雷线来提高接触网防雷性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通常架设避雷线可采用以下两种方式，分为折角法和滚球法。按折角法计算，避雷线增高肩架高度应超过接触网顶柱 2.5 米。此方法增高肩架尺寸大、重量大、在支柱上固定困难、安装难度较大。此外，对支柱的稳定性会造成较大的影响。如果按滚球法来计算，避雷线的高度应超过接触网顶柱米左右，这种方法增高肩架尺寸相对折角法尺寸较小，重量较轻，对支柱的稳定性影响也较小，方便安装施工。避雷线的架设可以有效引导雷电向避雷线放电，在通过避雷线接地设备将电流接入大地，保护接触网中其他设备免受雷击。
2.3提升接触网接地性能
良好的接地设计是一种有效的防雷措施。设计施工部门要保证接触网接地设备的接地电阻满足防雷设计要求，接地设备要采用定期检查测量，确定接地电阻电阻值是否满足接地要求，如发现问题，必须及时处理。在雷雨季节来临前，必须对接地设备进行全面检查和清理，保证接地设备外观完好整洁，并需要用仪器仪表对接地电阻进行测量，对达不到设计要求的接地电极需要跟换。此外，对避雷器、架空地线、隔离开关等设备的单独接地极进行检查和处理，以保证接地性能良好。
2.4加强线路绝缘性能
加强线路绝缘也是防治雷击的有效措施，主要有以下 3 种方式提高接触网的绝缘性能：
2.4.1接触网设备采用耐污复合绝缘子，复合绝缘子具有质量轻、强度高、耐污性好的特点，更适合在恶劣的工作环境下长期使用，在接触网下锚、分段、分相等重要区域，应全部采用耐污复合绝缘子，以保证绝缘性能良好，有效避免雷击对接触网设备造成的严重损害。
通过此种方式，可改善绝缘子性能下降带来的影响。
2.4.2要定期对绝缘子进行清扫和维护，由于绝缘子完全暴露在户外，会受到自然环境的各种污染，造成绝缘性能下降。每年对绝缘子进行两次人工清扫和带电水冲洗。此外，要对绝缘子进行定期检查，对一些受污染比较严重的绝缘子要及时进行维护和清理，保证其良好的绝缘性能。
2.5安装避雷器防雷
避雷器主要有管型避雷器，阀型避雷器和氧化锌避雷器。在铁路接触网防雷设备中，通常使用氧化锌避雷器。这种避雷器防雷性能较好，质量轻，耐污性强。通过安装避雷器能有效防止接触网内重要设备不受雷电的侵害，在接地网支柱接地电阻相同的情况下，安装避雷器能大幅提高设备及线路的耐雷击特性。如接触网支柱接地电阻为 30 欧姆时，未安装避雷器的线路耐雷击电流值为 12k A，而安装了避雷器后，线路耐雷击电流达到 24k A。在雷雨季节来临之前，需要对避雷器进行预防性试验，对性能达不到设计标准的避雷设备要进行及时维修或更换，确保发生雷击时，避雷器能有效起到防雷保护的功能。
2.6采用避雷器在线监测技术
目前，电气化高速铁路安装的避雷器主要采用氧化锌避雷器，这种避雷器的主要问题是随着动作次数的增加会产生老化现象，甚至会失效。利用避雷器在线监测技术能将电流监测装置和避雷器放电计数器整合在一起同时监测，通过监测避雷器的动作次数和漏电流大小，来确定避雷器的防雷性能。
2.7快速恢复供电
铁路接触网正馈线的位置高，处在接触网上端，是最容易受到雷击的部位，如果雷电引发跳闸故障，处理故障并恢复供电需要较长的时间。因此，可以在牵引变电所的正馈线上安装隔离开关，当正馈线有故障时，可以切断隔离开关，使正馈线与接触网主线路分断，由 AT 供电转为直接供电，降低故障处理和恢复供电的时间。
3 结束语
铁路接触网设备有露天安装、线路长、电压高、工作环境复杂的特点。在发生雷雨高发期内，接触网非常容易遭受雷电侵害，从而引发各种严重故障。因此，加强铁路接触网的防雷措施、提升接触网耐雷击性能是保证电气化铁路安全运行的一项关键性举措，防治雷电灾害要从提前预防、增加防雷设备、定期维护、快速处理故障等多方面进行，结合铁路运行中的大量经验总结，找到适合于铁路接触网防雷的措施和方法，从而确保电气化铁路的安全稳定运行。
参考文献：
[1]吴晓刚.关于铁路接触网防雷技术的相关研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2017（11）：179-180.
[2]苏宇荣.杭深线接触网防雷系统现状分析及对策[J].电气化铁道，2017，28（04）：30-33.
[3]肖启龙.分析铁路接触网防雷技术[J].低碳世界，2017（20）：72-73.
[4]李久来.普速铁路接触网防雷措施及建议[J].海峡科技与产业，2017（07）：157-158.
论文作者:邢晋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：避雷器论文; 绝缘子论文; 防雷论文; 雷电论文; 电气化铁路论文; 铁路论文; 避雷线论文; 《基层建设》2018年第26期论文;