（中国神华神朔铁路分公司 陕西省榆林市 719316）
摘要：随着铁路建设越来越完善，电气化铁路接触网在铁路运输系统中的作用越来越重要，而铁路接触网的安全性也成为铁路运输系统中一项重要的问题。由于铁路线路较长，各地区的自然条件不同，在铁路运行中可能会遇到恶劣的天气，如果铁路接触网遭到恶劣天气的影响，特别是遭到雷击，会导致铁路其他设备跳闸，影响铁路的运行和安全。本文通过对接触网的防雷进行探讨，并通过案例提出电气化铁路接触网的防雷技术。
关键词：电气化铁路；接触网；防雷措施
前言
由于我国幅员辽阔，我国的电气化铁路地理区域跨度较大，铁路分布较广，受天气的影响，多集中在雷电活动强烈地区，由于接触网没有备用系统，一旦出现雷击将会对它造成永久性故障，甚至使得造成供电区段出现停运，这使得线路投运后雷害问题比较突出，在实际运行中很难杜绝，因此，在设计铁路接触网的时候要注重防雷设计，以更好的实现运输安全，将电气化铁路接触网的系统进行优化，结合综合防护防雷减灾的措施来对电气化铁路接触网进行防雷。
研究接触网防雷措施的意义
雷电可分为直击雷和感应雷，铁路接触网受到雷电袭击存在以下特点：
A、铁路接触网一般是铁路线路上较高的设施，是比较容易受到雷击的设备。
B、接触网导线一般采用的铜材为良好的导体，是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体，是在铁路将受到雷击的严重威胁。
C、接触网受到雷击后如果不能得到及时有效的泄露，会通过供电线倒流入变电所、分区所中，从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压，使设备损坏。
1研究接触网防雷措施的意义
雷电可分为直击雷和感应雷，铁路接触网受到雷电袭击存在以下特点：
A、铁路接触网一般是铁路线路上较高的设施，是比较容易受到雷击的设备。
B、接触网导线一般采用的铜材为良好的导体，是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体，是在铁路将受到雷击的严重威胁。
C、接触网受到雷击后如果不能得到及时有效的泄露，会通过供电线倒流入变电所、分区所中，从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压，使设备损坏。
2接触网雷电特点及防雷现状
2.1特点
①雷击部位多为绝缘子部位。从近几年的雷击事件来看，在电气化铁路接触网中，雷击的部位多在绝缘子部位，比例达到了50%以上，当雷电击穿绝缘子之后，会造成设备故障，从而影响铁路运行。②设备最高处容易遭受雷击。正馈线、站场软横跨承力索端部绝缘子等容易遭受雷击的部位距离轨面的高度多在10m以上，而保护这些部位的接触悬挂却在这些部位的下方，从而也起不到保护的作用，使该部位遭到雷击[1]。③雷击后果多为设备烧损、老化。从雷击后果来看，绝缘子等部位遭到击穿之后，会被烧伤，时间久了就会出现老化现象，对于承力索、接触线等线状设备来说，遭到雷击之后，会出现断线现象。对其他设备而言，会造成设备损害，不能够正常工作，破坏了电气化铁路的接触网运行。
2.2防雷现状
目前国内电气化铁路采用的防雷措施有：1 吸流变压器的原边应设避雷装置，2 高雷区及强雷区，下列重点位置应设避雷器：1）分相和站场端部的绝缘锚段关节：2）长度2000m及以上隧道的两端；3） 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”。而实际应用的防雷设备和技术存在一定的不足，也暴露了一些问题：
1、部分铁路沿线未按照标准要求架设独立的避雷装置；在强雷区的范围内，仅在设置开关的上网点和绝缘关节处设置避雷器。
2、避雷装置设置的密度不合理，一般主要在变电所、分所区、AT所附近的分相和绝缘关节设置避雷器，而忽略了一些高架桥和空旷的高路堤区段的接触网。
3、我国的接触网防雷设施一直以在重点部位设置避雷器的方式，避雷器一般只对直击雷起到防雷作用，对感应雷则起不到有效的防雷效果。
4、避雷线装置已大面积使用于电力系统的防雷设计，而接触网的机构复杂，需要的可靠性较高，因此避雷线未得到推广。另外避雷器具有体积小、重量轻、结构简单、安装方便等特点；在电气化铁路建设的初期，避雷器起到一定的防雷效果。随着我国经济发展和铁路技术水平和铁路运行安全要求的不断提高，单纯依靠避雷器的防雷技术已经很难满足现阶段的防雷需求。
3接触网雷电产生的过程、表现方式及分类
3.1过程
雷电是我们日常生活中经常见到的现象，从全球范围来看，雷电的发生频率非常的高，每秒钟会有几百次的雷电产生，而雷电产生的过程是十分的复杂的，首先雷电的产生要有一个特别的环境，地球大气中有着大量的水蒸气，水蒸气经过冷却后会形成水滴，水滴在大气电场中会产生电荷，并且有正负两极，而当大气中的负离子接触到水滴的电荷时，水滴在中和之后就会带电，当电荷达到一定的程度，就会产生放电，从而也就形成了雷电，雷电的电流非常大，会引起电磁效应等情况的发生[3]。
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3.2表现方式
从雷电的表现方式来看，雷电分为枝状、带状以及球状等，相比几种雷电，球状雷电的危害较大，电压和电流较高，容易对接触网造成损害。
3.3分类
一般以雷电的空间位置进行分类，以云为参照物，雷电分为云内闪电和云际闪电以及地闪。目前接触网受到的雷击多为地闪导致，由于接触网能够产生电磁感应，地闪高度相对较低，容易导致接触网和地闪接触，造成雷击事故。
4国外接触网防雷设计概况
4.1德国铁路防雷现状
经过德国铁路的实际测量发现，一年中欧洲中部地区每100km接触面可能会受到一次雷击。由于雷击会对接触网产生雷电冲击过电压，因此在设计中一般应用避雷器等过电压保护装置限制雷电过电压。但是我们在欧洲的电气化铁道中很少看见接触网装有避雷装置，究其原因，避雷器只适用于有频繁雷电存在的地区并且只能对过电压进行有限的保护，因此在非频繁雷电地区，不管是从经济方面还是从防护效益方面都不会考虑设置防雷装置[4]。
4.2日本铁路防雷现状
由于日本处于特殊的地理条件和气象条件下，因此根据累计频度和线路的重要程度在电气化铁路接触网的设计中将国土的防雷划分为A、B、C区域等级并且根据每个等级的情况都制定了相应的防雷措施。
5接触网遭受雷击的分析
接触网受到雷击方式的分析和计算：根据国内外对接触网遭受雷击方式的分析和计算成果，可得出以下结论：如果接触网所处的地区的年平均雷电日比较多那么遭受雷击的频度也就越大，一般说来每平方公里大地一年的遭受雷击次数与年平均雷电日数有关系并且成正比。根据国际大电网会议33委员会推荐的计算：承力索距离轨面平均的高度为7m，接触网的侧面限界为3m，则单线接触网遭受雷击次数N=0．122×Td×1．3，复线接触网遭受雷击次数N=O．244×Td×1．3，其中Td为年平均雷电日数。接触网遭受雷击时主要产生了过电压，当雷击接触网支柱时，雷电流将会沿支柱入地同时支柱上会产生冲击过电压，过电压值与支柱的冲击接地电阻、雷电流幅值以及支柱等值电感有关，但是为非线性正比。再者雷电通道产生的电磁场变化也会产生与雷电流极性相反的感应电压，并且感应电压的值与雷电流平均值以及接触网导线的高度成正比。冲击过电压和感应过电压的叠加值的大小与接触网支柱的接地电阻有关，接地电阻越高叠加值也就越大，即引起闪络的雷电流幅值和绝缘子闪络概率随接触网支柱的接地电阻增大而增加。当雷击接触网支柱时雷电流沿支柱入地，产生的冲击电压。
6电气化铁路接触网防雷措施
6.1采用合成绝缘子
雷电造成接触网重合闸失败，供电停止的最根本原因是绝缘子受到工频续流电弧烧蚀后炸裂、破损，线路绝缘不能自行恢复，重合闸失败。如上所述，防止绝缘子烧蚀损坏，一是防止线路闪络和工频电弧建立，相应的措施有避雷线和避雷器；二是对工频电弧进行疏导，防止电弧在绝缘子表面燃烧，相应的措施是安装绝缘子并联保护间隙。除了以上措施外，提高绝缘子自身的抗烧蚀能力也应加以考虑。目前，输配电线路中采用的绝缘子有瓷绝缘子、玻璃绝缘子和合成硅橡胶绝缘子，在抗烧蚀能力上合成绝缘子具有一定的技术优势。工频电弧烧蚀合成绝缘子时，硅橡胶材料受热分解成气体，喷发出气体起到一定的吹弧作用，使电弧离开绝缘子表面，另外硅橡胶材料自身在局部受热后也不会立刻炸裂，有利于线路绝缘的恢复。合成绝缘子烧蚀过后伞群没有脱落，尚具有一定的绝缘性能，线路具备重合闸条件，而瓷绝缘子（接触网）烧蚀过后的伞群已经完全脱落。绝缘完全丧失，线路不具备重合闸成功的前提。合成绝缘子虽然具有比瓷绝缘子更优的抗烧蚀能力，但是工频续流电弧仍对其具有一定的破坏作用。合成绝缘子在工频电化烧蚀后，硅橡胶材料的成分发生了变化，材料中遇热易分解的成分已经挥发，表面留有一层氢氧化铝，此时绝缘子本身的抗污性和增水性已经大大降低，烧蚀部分极易在接下来的运行过程中老化破裂、脱落，给线路安全运行造成隐患。
基于以上的分析，合成绝缘子对提高线路重合闸成功概率有一定的益处，并不能完全解决线路防雷问题，建议作为其它主要防护手段的补充，在电气化铁路上采用[5]。
6.2对设备加装避雷线、避雷器，提高接触网的接地水平
加装避雷器、避雷线是防雷常见的技术手段，特别是在雷击事故多发地区，对避雷线进行科学合理的架设，能够极大程度上避免因雷击而造成接触网跳闸，设备绝缘子烧损的情况。一般架设避雷线按照折角法或者滚球法进行计算，架设高度要在柱顶以上2.5m或者1m，这要根据当地的实际情况考虑。安装避雷器可以提高铁路线路的耐雷水平，根据当地实际情况，要科学合理的安装避雷器，掌握好密度，并进行试验，及时更换性能不好的避雷器。同时，要提高接触网的接触水平，并定期对接地系统进行检查，及时更换老化或破损的设备，保证接地系统的正常。
结论：
通过相关的理论和实际分析，本文对我国铁路接触网相关防雷措施和建议进行了分析和研究。电气化铁路应做好避雷器和保护线的接地，保障避雷设施正常运行。要完善我国接触网系统的耐雷水平跳闸率或故障率等具体的指标要求，以更好的促进我国铁路事业向前发展。
参考文献：
[1]肖启龙. 分析铁路接触网防雷技术[J]. 低碳世界，2017，（20）：72-73.
[2]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.
[3]侯文玉. 高速铁路接触网雷害特征与防护[J]. 中国铁路，2016，（11）：1-6.
[4]李学武，陈乐瑞. 电气化铁路接触网防雷技术研究[J]. 电气化铁道，2015，（01）：8-10.
[5]安娜，吴积钦，仇龙刚. 高速电气化铁路接触网防雷问题的探讨[J]. 科技创新与应用，2014，（16）：212-213.
论文作者:郝培升
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：雷电论文; 防雷论文; 绝缘子论文; 过电压论文; 电气化铁路论文; 避雷器论文; 铁路论文; 《电力设备》2017年第30期论文;