摘要：文章就高速铁路接触网的落雷特性进行了介绍，描述了电网输电线路的防雷措施，参照提出了接触网可采取的防雷措施并结合具体工程实例进行了分析探讨。
关键词：高速铁路；接触网；落雷特性；防雷技术
引言
接触网是露天设置，无备用且绝缘水平低，在雷击过后极易受到过电压的影响而发生跳闸和闪络故障。对于接触线等线状设备来说，遭受雷击后在严重情况下会出现断线、塌网等危及行车的严重事故；对线路的其他设备造成备损害，导致非正常工作，干扰了电气化铁路的正常运行。因此做好高速铁路的防雷工作具有重大的意义。
一、高速铁路接触网落雷特性
高速铁路接触网设备具有线路长、露天高空布置、高电压等特点，在雷雨天气情况下易遭受雷电侵害。供电线路雷击跳闸主要分为两种形式：一种是雷直击线路引起的，称为直击雷过电压；另一种是雷击线路附近地面，由于电磁感应所引起的，称为感应雷过电压。
关于铁路接触网的防雷，铁道部、科技部于2009年向国家申请了科技支撑计划项目“牵引供电系统雷电防护技术及装置研究”，期间中国电力科学研究院进行了大量的理论研究和模拟实验，其主要研究结论为接触网在无特殊防雷措施的情况下，遭雷击闪络，跳闸的主要原因为直击雷。根据接触网高度的不同及雷暴日的差异，直击雷造成的跳闸占总的雷击跳闸概率的95%-98%，而感应雷造成的占总数的2%-5%。目前已建或者在建高速铁路主要以高架桥为主，因此高速铁路的接触网防雷因主要考虑防护直击雷。受到直接雷击时，巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差，从而导致线路绝缘闪络，使线路绝缘遭受破坏而引起跳闸或事故。雷击不但危害线路本身的安全，而且雷电会沿导线迅速传播到变电所，若所内防护措施不良，会造成所内设备的严重损坏。
二、高速铁路接触网防雷技术
参考电力部门的主要防雷措施，并结合高速铁路实际情况，采取防雷保护措施为：
（1）安装架空避雷线
根据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2016） “高速铁路雷暴日不小于40d地区的接触网宜架设避雷线或回流线/保护线适当抬高兼起防雷功能，其他铁路年均雷暴日超过60天的接触网应设避雷线或回流线/保护线适当抬高兼起防雷功能”的设计要求，设计院在符合雷区条件的新建铁路接触网工程设计了避雷线，如九景衢铁路增设的避雷线为50镀锌钢绞线（YB/T5004-2016）,最大张力推荐采用5kN。根据《高速铁路牵引供电系统雷电防护技术导则》“避雷线距T线（承力索）的距离不小于1.5m”，根据滚球法计算分析，一般中间柱处，避雷线位于柱顶附加导线肩架以上均能将承力索、接触线纳入保护范围。详见如下计算：
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）关于单根接闪线的保护范围，见图1
图1 单根接闪线的保护范围
h—接闪线的高度（m）
hr—滚球半径；按《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）第4.5.5条独立接闪杆和接闪线保护范围的滚球半径可取100m。
hx—被保护物的高度（m）
bx—接闪线在hx高度的xx‘平面上的保护宽度（m）
由于铁路接触网接闪线（避雷线）的高度h小于hr，适用于图1中的（b）。根据公式可以计算出接闪线在hx高度的xx‘平面上的保护宽度：
根据接触网结构尺寸柱顶角钢按照1m，那么分别为h取8.5m，hr取100m，hx取承力索对轨高度6.9m，代入上述公式，bx≈4.7m，而承力索距离支柱距离为3m，满足承力索防护范围。
由于避雷线处于接触网最高位置，其落雷概率远大于接触悬挂线，在直击雷中避雷线起到了将雷电引到自身当中，并且通过此应用将雷电流引到地下。
（2）安装避雷器
安装的避雷器作用是雷电一旦击中接触网或者网上设备时，立即将雷电流释放出来，避免绝缘子出现闪络的情况，以保持接触网持续稳定的工作。通过将避雷器安装在支柱上，可以有效降低雷击跳闸的概率，有研究显示，一个锚段设一处避雷器，雷击跳闸概率约0.45，《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DLT620-1997）关于此评价标准要求110kV线路的雷击跳闸率控制标准为0.83。概率上已低于了评价标准，但也不能为了保证防雷效果，这样密集的安装避雷器，目前铁路设计院通常在供电线上网点、电分相出、隔离开关处设置了氧化锌避雷器。个人认为为了保证避雷效果，在雷击相对集中的地方可以适当增加避雷器的安装密度。另外采用先进的避雷器和避雷器在线监测技术，可以及时掌握避雷器的动作情况和运行情况。
（3）利用绝缘子
绝缘子在接触网中起着电气绝缘和承载机械荷载的双重作用。运行中，使用避雷线和避雷器是作为雷击后可靠的瞬间泄流通道来避免工频电弧和线路闪络的建立，如果这两者效果不理想，就可能瞬间击穿绝缘子。那么提高绝缘子的绝缘等级和抗灼烧能力也很关键，当前接触网设计中主要使用硅橡胶绝缘子和瓷绝缘子两种，在抵御灼烧和抗污能力方面，合成绝缘子具有明显的优势，在局部受热的情况下，硅橡胶材料不会马上炸裂，有助于恢复线路绝缘。例如九景衢铁路浙江段辉埠地区由于周边大量生产石灰石等矿企业，集团公司供电处和供电段专题提出了由瓷式绝缘子更换为复合绝缘子，并增加绝缘子的爬电距离（原设计1400mm增加至1600mm）。但是硅橡胶材料在工频电流弧下也会破坏合成绝缘子，经灼烧后材料成分会产生变化，一些物质受热后挥发，致使绝缘子的增水性和抗污性降低。因此在实际运行中，应合理选择绝缘子耐压等级、爬电距离、本体结构、伞裙结构形式，定期进行清扫，来实现可靠绝缘、安全防雷。
（4）完善接地系统
为了充分发挥防雷措施的作用，完善的接地系统很关键。高速铁路全线设置了综合贯通地线，并要求所有的专业接入综合贯通地线。防雷设备的接入是为了雷电流有稳定的泄流通道，以九景衢铁路为例，增设避雷线采用非绝缘安装，形成了避雷线-钢柱-综合接地-大地完整的泄流通道。同时采用较小的接地电阻阻值，对减小雷电反击也有一定的作用。避雷线上落雷后，雷电流沿避雷线流入支柱，支柱或其接地引下线的电感、支柱接地电阻上的压降、柱顶的电位可能达到足以使线路绝缘发生反击的数值，这样的话仍会造成停电事故。所以，需尽量减小接地电阻值，以减小雷电反击发生的几率，高速铁路综合接地接地电阻控制在1欧姆以内。另外在综合接地系统中接入防雷设施时，采取要和其他接入设备接地点之间的距离保持在15m以上，安装避雷器时要安装绝缘底座，安全接地和工作接地不可使用同一个电流通道。接触网开关底座与控制箱因分别接地，较小或避免雷击电流通过开关电源线反击所内设备。同时变电所内做好浪涌保护和交流屏馈出回路安装隔离变压器等措施都是从各个途径采取行之有效的方案来减小因线路上遭受雷击对其他设备的损坏。
四、结语
为了保证高速铁路接触网防雷的能力，提高铁路运行可靠性和安全性，在防雷设计时要根据工程投资、防护效果、工程特征进行合理选择，以降低雷电造成的跳闸概率和故障概率。在运行阶段，在做好现有防雷装置的运维工作的同时，还应该对线路的雷害跳闸事故做调查分析，明确防雷工作的问题在哪里，以便于制定更有针对性、有效性的防雷措施。
参考文献：
[1]张鸿.高速铁路接触网防雷措施及建议[J].黑龙江科技信息，2015，（02）：132.
[2]沈海滨，陈维江，边凯，陈康.高速铁路接触网悬式复合绝缘子防雷应用特性实验研究[J].高电压技术，2015（5）：1574～1581.
论文作者:陆加华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/13
标签：防雷论文; 避雷线论文; 绝缘子论文; 避雷器论文; 雷电论文; 高速铁路论文; 线路论文; 《基层建设》2018年第12期论文;