(神朔铁路分公司运输管理部 陕西榆林)
摘要：接触网是牵引供电系统的重要组成成分，在当前的建设中，接触网大部分处于裸露状态且后备能力较弱。电气化铁路接触网的防护措施缺乏或效用较低，都将会直接导致绝缘子的损坏，可能会导致跳闸情况发生。其不仅不利于铁道运营，对系统内的相关电气设备造成损坏，严重的还会对相关人员的安全造成威胁。所以加强接触网防雷技术的研究是十分必要的。本文分析铁路接触网防雷技术很关键，只有做好了铁路接触网的防雷技术，才能避免牵引供电系统遭到雷击。
关键词：铁路；接触网；防雷；技术
引言
我国雷电活动较多，总闪电密度平均值约4.2fl/km2/a，极大值约34.8fl/km2/a，雷暴极值区大部分集中在南部，雷暴日超过100d。防雷在我国是重中之重，我国已进入综合防雷减灾阶段，防雷技术出现飞跃式的发展。但我国电气化铁路的起步较晚，在防雷方面很多地方存在问题，很多外国的成功经验在我国不一定适用。电气化铁路接触网在复杂的地区自然条件下很可能面临恶劣的天气，如接触网的防雷措施不到位，则可能导致铁路供电设备跳闸而无法正常运营，甚至遭受进一步破坏，造成其他电气设备的损毁。针对接触网可能遭受雷击危害带来的影响并基于雷电特点出发研发出对应的防雷技术，才能最大程度降低雷电损害，保障电气化铁路的正常运行。
1 接触网概述
接触网是在电气化的铁道里面，顺着钢轨上方呈“之”字形架立的，为受电弓提供电流的高压输电线。接触网为铁路电气化的主要构架，是顺着铁路线上方所构建的为电力机提供电力的独特模式的线路。其主要是由支持设施、接触悬挂以及定位设施等其它装置所构成的。接触网大致涵盖了以下几个方面的内容 ： 基础性的元件，例如：钢柱、水泥支柱以及支撑上述结构物的基础；接触网导线，其具体功能便是向电力机车传递电流；其它的辅助性元件，涵盖附加悬挂、回流线等。接触网是为电气化铁路牵引提供电力的设施。接触网最重要的作用便是对于铁路线中行驶的机车组提供持续性的电源。然而接触网与普通性的输电线路对比有着非常大的差距，接触网必须架设在铁路沿线的正上空，唯有如此电力机车才可以经过上方的受电弓与接触网之间的触碰才可以获得相应的电能。
2 简要分析我国接触网当前的防雷设计
在当前，电气化铁路建设地理区域跨度较宽，且不具备完善的备用系统，在受到雷击之后往往会出现难以恢复的故障，影响供电区段的正常运行。根据相关部门规定，只有处于强雷地区的接触网才能进行避雷线的设置。但是电气化铁路接触网大多处于多雷地带，容易受到雷击伤害。为最大程度的保证接触网的安全稳定运行，就应当加强接触网的防雷技术的研究与设计，而实际设计工作应当根据相关规范文件中的铁路电力牵引作为参考条件。而相关部门出台的供电设计规范这一文件中就对防雷的电磁兼容与接地技术等都进行了指导。在雷区划分规范中，一般将其根据该地区每年雷电天数的长短进行划分，其中地域20天即为少雷区域，处于20到40天之间则属于多雷区域，处于40到60天则被规定为高雷区域，最后多于60天的区域就属于强雷区域。在当前，大多数针对电气化铁路的接触网进行防雷设计工作时，都会运用避雷线架设以及避雷器设备装置等方式来实现防雷，同时又在这基础上加强接触网的接地装置的设计。其中针对重雷区域，高污染区域与高架桥的隧道口段的接触网的防雷装置设计中，相关工作部门还就其所采用的避雷器进行了明确规范，要求相关人员采用氧化锌的避雷器设置。这样可对该区域的防雷工作的开展提提供重要的保障基础。
3 雷电对铁路接触网的危害
雷电是一个非常严重的自然灾害，能够造成森林火灾、人畜伤亡以及毁坏建筑等其它危害，每年所造成的直接性经济损失均在10亿元以上，间接性的经济损失跟我给严重。雷击同样是对电网安全造成影响的主要因素，根据相关数据可知，发达国家每个年份中所出现的电力安全问题有1/3～2/3均是因为雷电所造成的。因为接触网绝大部分均是暴露在自然环境之中同时无需运用过电压保护技术实施维护与备用的装置。若接触网缺乏相应的维护方式，极易造成绝缘子破损而造成线路跳闸，从而对于电气化铁路的营运造成巨大的消极影响。从2011年至2016年所收集的数据可知，由于接触网遭受雷击所造成的跳闸事件便有204件。全部的雷击跳闸均可以再次的重合，并未对正常行驶产生影响。然而因为雷击所引起的绝缘子的破损对于铁路运输的安全有着巨大的影响，并且在一定程度上增强了维护的工作量。我们能够由“7•23”动车追尾事故中了解到，由于雷击所造成的信号设施失灵与信号灯错误的显示，最终造成了动车追尾。
4 接触网防雷现状分析
现如今，我国电气化铁路接触网的防雷技术和设备与国外相比有明显的差距，我们可以从接触网防雷的发展过程中发现各种问题。
1）在实际的应用过程当中，接触网的能损和耗损都非常大，接触网在实际应用中耗损和能损程度大，部分线路未采取防腐承力索，导致雷电冲击耐受电压比较低，影响防雷效果。
2）避雷设置的密度不是很合理。避雷装置一般都是在分相的关节处或内部有避雷器的站场，例如：AT所、分区所、变电所等，如果重复设置就会导致资源浪费的情况发生，对关节处接触网的复杂结构增加难度，增加安装检修的难度。
3）没有对避雷装置定时检修，负责的工作人员的监管差，失效设备不能够得到及时维修和更换，这样加大了接触网的短路事故的发生几率。
4）我国有些铁路沿线没有严格按照标准进行架设避雷装置，对人少的地区并没有修建应急维修基站。电气化铁路接触网遭受雷击时，会出现线索上的过电压引发绝缘闪络，进而导致接触网出现跳闸情况，严重可造成接触网断线，引发触电等严重危险问题。一旦出现跳闸情况，则该线路及邻线均需要限速运行，这必然造成铁路运输的巨大负面影响。如跳闸重合及试送失败，则供电中断，整体铁路运行秩序混乱，带来的经济损失和社会影响巨大。
5 防雷保护改进措施
5.1 架设避雷线
避雷线防雷是在雷电先导阶段，避雷线顶部聚积电荷后于发展先导和避雷线顶端之间的通道中建立强电场，避雷线迎面先导的产生和发展进一步加强了该通道中的电场强度，最后引导雷电选定并击中避雷线，使被保护物遭受直击雷的概率大幅降低。当接触网附近地面遭受雷击时，雷电流致使导线产生很强的感应过电压，而避雷线与接触网导线之间的耦合作用可减小绝缘子承受的感应电压。因此，避雷线不仅可以有效降低接触网遭受直击雷的概率，还可以降低因感应过电压而导致绝缘子击穿闪络的概率。采用避雷线防雷，首先需要确定避雷线保护范围和保护角，以确定避雷线安装高度。避雷线保护角选取随线路电压等级增加而减小，保护角越小，其防直击雷效果越好，选取角度一般不大于45°。保护范围计算通常通过折线法及滚球法2种算法。
（1）折线法。采用单根避雷线时，高度为hx水平面上避雷线两侧保护范围宽度的计算式为：
5.2 运用合成绝缘子
接触网线路中绝缘子串不仅起着电气绝缘的作用，还承担着机械荷载。电气方面，绝缘子应使带电体和带电体以及接地体实现电气绝缘，根据d=0.1+U/150（VDE经验公式），可计算出在25kV接触网中标称电压值下的最小绝缘间隙。实际上，还需要考虑绝缘子的耐压能力、本身的结构以及爬电距离等，同时还需定期维护或更换，保证绝缘性能可靠，配合接闪、避雷线可比较有效地防止出现闪络。现阶段硅橡胶符合绝缘子比较常用，考虑刚性支撑，双重棒式绝缘子比较合适。维护间隙应根据线路穿越的地区进行合理分配，保证防雷性能。
当前，电气化铁路输配电线路里面所运用的绝缘子主要有玻璃绝缘子、瓷绝缘子以及合成硅橡胶绝缘子，从抗烧蚀性能层面而言合成绝缘子具备非常强的技术优势。在合成绝缘子被工频电弧灼烧侵蚀的时候，硅橡胶由于温度的提升被分解为气体，使得电弧脱离绝缘子的外表。除此之外，硅橡胶本身在部分升温之后并不会立即炸开，有助于线路绝缘的逐渐回复。合成绝缘子在烧蚀之后并未完全脱落，并且具备相应的绝缘性能，线路具有再次合闸的因素。绝缘的全部缺失，线路没有再次合闸的基础性条件。合成绝缘子即使具备与瓷绝缘子相比更加强的抗烧蚀性能，然而工频续流电弧依然对它具备相应的破坏作用。在工频电化烧蚀之后，硅橡胶原料的成分出现了改变，材料里面遇热便会不断分解的成分逐渐挥发出去，外表有着一层氢氧化铝，这个时候绝缘子自身的增水性与抗污性已非常之弱，被烧蚀的那部分非常容易在后期运行环节里面老化、脱落、损坏等，对线路的安全产生较大的影响。
5.3 注重接触网系统的接地装置的设计
在我国的防雷设计规范中，在就重要建筑物进行防雷设置工作时进行了明确的规范，在进行建筑外部的防雷设置安装时应当保证其余建筑内部的相关防雷装置两者共同利用统一接地装置。同时，还要将该接地装置和相关的金属管线组合，并使其成为等电位，同时再和电气化铁路的接触网支柱进行连接，常见的接触网支柱为钢支柱形式。但是不管接触网的支柱上是否进行了避雷线或者避雷器的安装，当接触网受到雷击危害时，其都将有可能会在雷击的作用下成为进行雷电下引的接地柱。当进行电气化铁路的接触网接地装置设计时，相关部门选择的接地方式为综合性的接地系统设立，则接触网系统中所涉及到的多条支柱都将和贯通地线之间产生连接。
5.4 增设避雷器
避雷器防雷是利用其冲击放电电压低于接触网绝缘（空气间隙和绝缘子）及电力机车车顶保护装置（保护间隙和车顶避雷器）的冲击放电电压，使雷击时接触网上的避雷器先于上述保护装置放电，避免上述保护装置动作引起变电所断路器跳闸，从而降低接触网雷击跳闸率，提高线路的耐雷水平。当避雷器吸收该部分能量后，绝缘子及杆塔等受到的总冲击电压为避雷器残压，提升了设备的绝缘保护性能，提高了线路防雷水平。在接触网中加装避雷器主要有以下几个方面的优势：
1）避雷器的体积相对较小、重量较轻，装于目前所具备的接触网中并不会增多支柱的承重。
2）避雷器的架构相对紧凑、易于安装。
3）避雷器的防护水平和接触网的绝缘水平能够非常很好的搭配，同时负、正极性的分散性均非常之低。避雷器的安装和架设避雷线的目的是一样的，只要是为了保护接触网避免遭到雷电的袭击和影响。安置避雷器在接触网的周围，要选择合适的避雷器，一般来讲安装在接触网周围的避雷器，应该要结构简单、易于安装、重量要轻一些、结构要简单一些的为好。
结束语
电气化铁路是我国整体交通系统的重要一环，应当最大程度保障其安全性和稳定性，才能缓解当前越来越大的交通压力。电气化铁路的接触网极易遭受雷击造成运行故障，需要相关技术人员加强技术研究，针对雷击问题就防雷技术作对应的研发和应用。通过雷电监测技术和避雷设备的安装，配合接触网线路绝缘的加强，同时做好科学系统的应急措施，才能一方面做好雷电的防护工作，一方面最大限度降低雷击造成的后果，保障铁路运行的安全和稳定。
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论文作者:杨瑞荣
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/12
标签：防雷论文; 避雷线论文; 绝缘子论文; 避雷器论文; 电气化铁路论文; 雷电论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第27期论文;