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摘要：电气化铁路接触网在铁路运输系统中起着至关重要的作用，但常会受到雷电等自然环境的影响，造成设备故障和其他损失。同时，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。本文论述了铁路接触网防雷设计及接触网雷电特点，分析了接触网雷击跳闸的危害，并提出了铁路接触网的防雷措施。
关键词：电气化；接触网；防雷措施
我国电气化铁路横跨东西纵贯南北，所经地区地理气候千差万别，情况复杂，尤其是高速铁路采用高架桥形式，接触网成为小区域内的相对高点，使其遭受雷害的几率大大增加，一旦遭受雷击则易造成绝缘闪络断裂、线路跳闸等事故，甚至会导致列车停运，对铁路运输造成巨大影响。因此，接触网的防雷是实现电气化铁路安全、稳定、不间断供电的一个重要环节。
1 铁路接触网防雷设计
目前，我国的高速铁路地理区域跨度较大，没有备用系统，在这种情况下，一旦遭遇雷击将形成永久性故障，不可避免地造成供电区段的中断。根据铁路相关规定，只有强雷区接触网才能架设独立的避雷线，通常情况下，我国的高速铁路接触网多处在多雷区，接触网没有架设避雷线，使高速铁路接触网及易遭受雷击，从而造成损坏。为更好地保障高速铁路接触网的运行，应提高铁路运行的可靠性和安全性。我国的高速铁路接触网在防雷设计方面，主要依据和参考的是在高速铁路设计规范中的铁路电力牵引，在供电设计规范中和铁路防雷电磁兼容及接地工程技术暂行规定中有明确的规定。以雷电天数的多少可将区域分为四个级别:平均每年的雷电天数在不超过二十天的地区划为少雷区，而平均每年雷电天数多于二十天，不到四十天的地区划为多雷区，另外，平均每年的雷电天数超过四十天，不到六十天的地区划为高雷区，而平均每年雷电天数超过六十天的地区划为强雷区。高速铁路接触网在防雷设计和采取防雷措施时，更多的是架设架空避雷线及安装避雷器的办法，同时，还需要做好相应的高速铁路接触网防雷的接地措施。在高速铁路设计规范中，规定了重雷区或重污染等重点地段的接触网要增设氧化锌避雷器。
2 接触网雷电特点分析
2.1 雷击部位多为绝缘子部位。从近年来的雷击事件来看，在电气化铁路接触网中，雷击的部位多在绝缘子部位，并超过50%的比例，当雷电击穿绝缘子时，会导致设备故障，进而影响铁路运行。
2.2 设备的顶部容易受到雷击。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆正馈线、站场软横跨承力索端部绝缘子等易遭受雷击的部位，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，所以起不到保护的作用，使该部位遭到雷击。
2.3 雷击后果主要是由于设备烧损和老化引起的。从雷击后果来看，绝缘子等部位遭到击穿后，会被烧伤，时间长了会出现老化，对于承力索、接触线等线状设备来说，在被雷电击中后，会出现断裂现象。对其他设备来说，会对设备造成损坏，不能正常工作，同时也会损坏电气化铁路接触网的运行。
3 接触网雷击跳闸的危害
3.1 直接危害。1）接触网受雷击产生瞬时高压，在其绝缘薄弱的地方发生闪络泄漏，立即产生对支柱等接地体的放电现象，首先对接触网设备造成损坏，严重时绝缘故障烧毁，无法给接触网送电；2）频繁遭受雷击的接触网区段，由于雷击造成的接触网设备使用寿命缩短，电气和机械强度降低，维护检修的工作量有所增加；3）由于放电对雷击接触网造成其他设施的影响。
3.2 间接危害。1）因雷击造成接触网跳闸停电，将导致铁路客货运输的中断，尤其是高速铁路动车组密封性强，一旦停电不仅造成停车，将造成车上通风、空调、照明和其他电气设备停止工作，影响乘客的情绪，可能导致不良的社会影响；2）因雷击造成接触网跳闸停电无法送电时，需要接触网抢修人员尽快找到故障点并处理，所以在恶劣天气条件下时，从而提高了故障点查找和处理的难度，增加了停机时间,进而导致客货运输的更大损失；3）因雷击造成接触网跳闸停电，不但影响本供电区段的列车停运，同时也影响后续列车，进而将扰乱正常的列车运行计划，所谓“牵一发而动全身”，短时停电将导致很长一段时间的列车运行秩序的调整和恢复。
4 铁路接触网防雷措施
目前，高速铁路接触网采用的主要防雷措施是架设避雷线、增设避雷器、增强接触网的绝缘强度、减少接触网接地电阻等。
4.1架设避雷线。避雷线防雷是在雷电先导阶段，其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较强的感应过电压，而避雷线与接触网导线之间的耦合效应可降低绝缘子承受的感应电压。因此，避雷线不仅能有效降低接触网遭受直击雷的概率，而且还能降低因感应过电压而导致绝缘子击穿闪络的概率。
运用避雷线防雷，应首先确定避雷线的保护范围和角度，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，选取角度通常不大于45°。保护范围计算一般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 （1）式中，rx为避雷线保护半径，m、h为避雷线高度，m、P为高度影响系数，当避雷线高度不大于30m时，P=1。采用双根等高避雷线时，维持保护角不变，双线外侧保护范围与单线外侧保护范围一致，线间保护范围由避雷线及保护范围上部边缘最低点的圆弧确定，最低点计算式为 （2）式中，D为双根避雷线间距，m。2）滚球法。单根避雷线在被保护物高度h平面上的保护半径计算式为 （3）式中，hr为滚球半径，取值45m。采用双根避雷线时，应充分考虑到接触网避雷线高度小于最小的一类防雷建筑滚球半径，且避雷线间距D的一半要小于单根避雷线在地面的保护半径，所以距两避雷线连线终点距离为x处的最大保护高度hx的计算式为 （4）即距两避雷线连线终点距离为x，且高度为hx时的设备可得到保护。
4.2加装避雷器。安装避雷器可以提高铁路线路的防雷水平，根据当地的实际情况，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。此外，应改进接触网的接触面，定期检查系统，及时更换老化或损坏的设备，以确保接地系统的正常。
4.3加强接触网绝缘。因雷击的大多部位在绝缘子，所以要加强对绝缘子的保护，采用复合绝缘子，增加绝缘子串中的片数等方法，提高绝缘子的绝缘性能，并对绝缘子的维护进行定期检查。另外，制定好应急措施，当接触网遭遇雷击时，为保障铁路运输系统的正常运行，需要配备相应的应急系统，并能快速恢复供电。
4.4 降低接触网支柱接地电阻。如果雷电直击接触网支柱，而且接地电阻较大，则在接触网支柱顶部产生高电位，可能发生绝缘子串的闪络，造成接触网接地短路故障。因此，通过减少接触网支柱接地电阻，可降低雷击时的电位上限，间接提高接触网防雷水平，从而防止反击现象的发生。
五、结语
近年来，随着电气化铁路运营里程的增加和极端恶劣天气的增多，全路供电设备雷雨天气下的跳闸和设备故障问题突出，对供电设备安全运行和运输秩序造成较大影响。高速电气化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。
参考文献：
[1]TB10180—2016.铁路防雷及接地工程技术规范[S]
[2]于增.接触网防雷技术研究[J]．铁道工程学报
[3]张倩.高速电气化铁路接触网防雷措施分析[J].铁道工程学报
论文作者:张振继
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/22
标签：避雷线论文; 防雷论文; 绝缘子论文; 雷电论文; 电气化铁路论文; 设备论文; 铁路论文; 《防护工程》2017年第33期论文;