摘要：随着中国高速铁路大力发展，中国高铁线路相对集中在东南沿海和南部地区，在雷电活动较强烈地区，牵引供电接触网雷击故障多，须采取措施加以解决。重点介绍接触网用避雷器（旁置支柱复合绝缘子、带钢支架、脱离器）工艺设计及运用方式，使电气化铁路系统、电气设备在雷电过电压和操作过电压下，得到有效的保护。最后总结避雷器的安装结构方式及智能监控发展方向。
关健词：接触网；避雷器；支柱；钢支架；脱离器；接地
0 研究的目的及意义
随着中国高铁发展，高速铁路线路、高架桥路段比例大，牵引供电接触网雷击故障多，须采取措施加以解决。自客运专线时速≥160km的接触网防雷运行经验看来，氧化锌避雷器的安装及使用是有效的。其冲击放电电压低于接触网绝缘（空气间隙和绝缘子）或电力机车车顶保护器的冲击放电电压，雷击时接触网用避雷器放电电压动作将先于以上保护电器的放电发生，从而避免以上保护电器动作，避雷器动作后就不会引起变电所的断路器跳闸，提高供电可靠性。
1 目前国内外接触网用避雷器的现状
1.1 国外铁路接触网防雷现状
欧洲-德国铁路：处于欧洲中部地区的地理优越性，接触网在平均每年遭遇雷电冲击少，在设计考虑过采用避雷器限制雷电过电压，只用于有频繁雷电存在的地段。在其他地区，无论从经济、还是从防护效益方面考虑，一般不设置防雷装置。这是在欧洲电气化铁路中少见的接触网安装避雷器的原因。
日本由于其特殊的地理条件和气象原因，在铁道接触网设计中，根据雷击频繁及线路重要程度，将国土的防雷等级划分为A，B，C区域，并规定了相应的防雷措施。
1.2 国内铁路接触网防雷现状
中国铁道为了提高接触网供电可靠性，降低雷电压对接触网的侵害，就必须采取大气过电压防护措施。依据《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》、（TB1009-2005）第5.3.1条以及《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）等规定，我国的高速铁路，已经在保证良好的接地和加大绝缘爬距的基础上，分别在供电上网处、雷害多发地区正线鍎段关节处、电分相关节处、雷电多发地区设置氧化锌避雷器。目前高铁接触网常用的避雷器为带脱离器式的氧化锌避雷器。
2 研究的内容和方法
2.1 高铁接触网防雷保护的方法及位置选择。
高铁接触网防雷保护的方法采用主动防雷和被动防雷，主动防雷一般分为：遮盖，堵截，隔离；被动防雷是提高设备的绝缘水平等。遮盖是运用避雷针、避雷线在保护电气上空形成保护伞，保护伞内的被保护设备可避免直接雷的损害；堵截是在被保护设备的前后安装避雷器和保护间隙，以降低雷电波的峰值陡度，保护设备的绝缘水平。
避雷器的安装一般是在雷电活动强烈、落雷概率比较大的山顶、峡谷和山地风口区段，土壤电阻率高且降低支柱支柱接地电阻困难的接触网上。
2.2 接触网用避雷器结构及安装方式。
安装配置要求：各种支柱配套的避雷器托架或安装支架、跳线肩架、支持绝缘子、避雷器、脱离器、监测器（计数器）、连接螺栓等，监测器需具备检测泄流电流功能。托架需按照电连接线经支撑绝缘子固定后再上网的原则进行制造。
2.2.1 铁道支柱
铁道支柱一般有H型钢柱、砼支柱、铪柱-法兰盘、圆杆及锥形圆杆、软（硬）跨横梁支柱等。据不完全统计有300多种型号。TBT 2286.1-2008 “电气化铁路接触网预应力混凝土支柱 第1部分 横腹杆式支柱”，TBT 2921.1-2008 “电气化铁路接触网钢支柱 第1部分 格构式支柱”等标准详细规定了支柱的技术要求、检验规则、试验方法等。对与支柱配套设计的避雷器钢支架起到了明确的指导作用，以下对几种支柱型号（常用）的尺寸统计（见下表）
铪柱参数
砼支柱参数
钢柱参数
2.2.2避雷器（带绝缘支架、脱离器）的安装形式
带安装钢支架式的避雷器安装一般分旁置支柱绝缘子式及上置支撑绝缘子式。避雷器安装钢支架的固定方式有外包卡箍式和孔内安装式。外包卡箍式是用螺栓（包括钩螺栓）、抱箍在支柱外围卡定、紧固；孔内安装式是支柱预先预留安装孔或安装卡位，避雷器的钢支架与其对应匹配。以下是分旁置支柱绝缘子式及上置支撑绝缘子式带钢支架铁道避雷器的安装示意图。
外包卡箍式，旁置支柱绝缘子式带钢支架铁道避雷器安装示意图（如下）
外包卡箍式，上置支撑绝缘子式带钢支架铁道避雷器安装示意图（如下）
2.3 设备（避雷器、绝缘子、脱离器、监测器）电气性能
2.3.1 避雷器
根据铁路系统标称电压25kV，系统最大持续运行电压29kV，采用安装型号为YH5（10）WT-42/120的避雷器，为提高接触网用避雷器的可靠性，避雷器绝缘性能比原标准要求更高：避雷器爬电距离由原规定1400mm提高到＞1600mm.大大提高了避雷器的防污等级。避雷器的闪络干弧距离为520mm，避雷器与钢支架的绝缘安装距离为600mm。
依据雷电冲击及工频的计算方式求证：
L为长度，单位：cm
雷电全波冲击电压（kV，Peak）：
U冲闪=5L+55
U冲闪=5×52+55=315kV
雷电全波冲击耐受电压（kV，Peak）：
U冲耐= U冲闪/1.10
U冲耐= 315/1.10=286.36kV
依据YH5WT-42/120避雷器标准规定的雷电全波冲击耐受值185kV，其加大爬距的避雷器U冲耐=286.36kV＞185kV。
工频干闪络电压（kV，r.m.s）：
U干闪=8.041L0.833
U干闪=8.041×520.833=8.041×26.88=216kV
工频干耐受电压（kV，r.m.s）：
U干耐=U干闪/1.18
U干耐=216/1.18=183kV
依据YH5WT-42/120避雷器标准规定的工频干耐受值95kV，其加大爬距的避雷器U干耐183kV＞95kV。
工频湿闪络电压（kV，r.m.s）：
U湿闪=（2.92×L＋7）×0.9
U湿闪=（2.92×52＋7）×0.9=142.956kV
工频湿耐受电压（kV，r.m.s）：
U湿耐=U湿闪/1.18
U湿耐=142.956/1.18=121.15kV
依据YH5WT-42/120避雷器标准规定的工频湿耐受值80kV，其加大爬距的避雷器U湿耐121.15kV＞80kV。
该避雷器必须满足的条件：采用高性能电阻片，降低避雷器压比；加长避雷器的内置绝缘垫的高度；增大避雷器通流容量。从400A提高到600A；采用更安全防污结构，避免危险发生。
2.3.2铁道复合支柱绝缘子
型号：FZSW-35/8，安装在避雷器旁，上端法兰金具与脱离器安装板配套。上法兰金具为“U”槽设计，方便铜合金绞线JTMH-95，JTMH-120，JTMH-150的可靠连接。
2.3.3脱离器
脱离器与27.5kV避雷器相串联。脱离器的使用，有效地提高了电力系统运行可靠性。采用热爆型第三代铁道专用TLB-3脱离器（金属外壳），传统的脱离器外壳为工程塑料或胶木的，在户外受紫外线容易分化、龟裂，脱离器内部受潮而损坏。第三代铁道专用的脱离器外壳采用铝合金式，克服了上述缺点。脱离导线采用大于16mm2的绝缘电缆线。
2.3.4监测器
在避雷器与地线之间安装监测器，与避雷器串联于电网中运行。监测器安装位置下置，位于距离轨道高度1.6-2m的支柱上，方便实时观测。根据泄漏电流的变化情况，及时判断运行中避雷器的工况及异常情况，避免事故的发生，提高电力系统运行的可靠性。连接避雷器接地（低压端）与监测器的引线采用大于25mm2的绝缘电缆线。
2.3.5避雷器的接地
接地分为功能接地（也称工作接地）和保护接地。在避雷器的接地系统中要求进行双重接地，即工作接地和保护接地。工作接地是避雷器卸载雷电流的通道，监测器串入工作接地中；保护接地指避雷器本体的安装绝缘底座上产生过高的静电荷感应电流而采取的一种保护接地，通常从避雷器的上钢支架连接接地。避雷器的接地电阻小于10Ω，但与支柱直接相连的综合接地系统电阻小于1Ω，这样大部分雷电流就可通过综合接地系统有效卸载。
2.3.6 智能监测
如何使用先进的科技手段保障铁路运营的安全，在预故障或事故发生时可以进行事件追溯，成为高速铁路领域迫切需要解决的问题。智能新型监测避雷器采用“在线、实时、远传、智能、可靠”的监测方式。智能监测系统主要由数据采集发送单元（本地采集系统）和数据接收管理单元（后台管理系统）两个部分组成。实现全隔离无残压的取样方式，先进的微处理器技术接线数字无线传输，做到远程、实时、集中监测，有效地提高铁道接触网避雷器的巡视效率，减轻巡视人员的劳动强度。准确及时掌握运行设备的健康情况，提前处理事故隐患，保障铁道电网安全供电。
3 结论分析
3.1接触网用避雷器（带钢支架、绝缘子、脱离器）的安装需按照电连接线经支撑绝缘子固定后再上网的原则，带安装钢支架式的避雷器安装一般分旁置支柱绝缘子式及上置支撑绝缘子式。避雷器绝缘性能要求更高：避雷器爬电距离由原规定1400mm提高到＞1600mm.大大提高了避雷器的防污等级。避雷器的闪络干弧距离为520mm，避雷器与钢支架的绝缘安装距离为600mm。增大避雷器通流容量为600A。
3.2脱离器采用热爆型第三代铁道专用TLB-3脱离器（金属外壳）。
3.3避雷器的接地系统中要进行双重接地。
3.4实现“实时、在线、远传、智能、远传”的智能化监测。
4 结果展望
针对目前京广高铁、新建沪昆铁路客运专线、杭长铁路客运专线等接触网防雷技术现状和雷击跳闸率的分析，采用大爬距、大方波通流容量的带脱离器式避雷器，结合接触网线路的地形地貌（特别是山区旷野、土壤电阻率较大、巡线困难地区）、气候条件（雷电活动频繁）、避雷器设备运行经验，在实际中运用实施后，取得了良好的防雷改进效果。为现在正在建设的或即将开通的高铁接触网有效防雷提供了很好的借鉴和推广意义。智能新型监测避雷器一定会采用“在线、实时、远传、智能、可靠”的监测方式。智能监测系统在不久将来高铁接触网越趋成熟。
参考文献：
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[4] 张纬钹、何金良、高玉明主编。过电压防护及绝缘配合。清华大学出版社。2002
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论文作者:祁春雷
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：避雷器论文; 支柱论文; 绝缘子论文; 防雷论文; 雷电论文; 铁道论文; 支架论文; 《电力设备》2019年第5期论文;