摘要：随着我国经济的快速发展，铁路行业在经济和政策的推动下进步非常的快，铁路行业在发展高速铁路方面的进步也更为突出；高速铁路的发展不仅满足了的人们对出行要求同时对地方经济也起到了促进的作用，高速铁路的经济效益和社会效益不言而喻，但就高速铁路自身来讲，高速铁路牵引供电系统是否正常运行就显得尤为重要；雷击是牵引供电系统的故障之一，如果牵引供电系统受到雷击那么高速铁路就会遭受巨大的损失。本文分析了高速铁路牵引供电系统雷电防护体系。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；雷电防护体系；
我国的高速铁路建筑中有比较多的高架桥，这也致使高速铁路中的牵引供电系统被雷击的可能性增加了很多，进一步会影响故障列车的正常运行。由此可见，高速铁路牵引供电系统雷电防护措施的探讨与研究具有很重要的意义。
一、高速铁路牵引供电系统雷电防护原则
牵引供电系统的安全和可靠对行走运行的高速列车来说尤为重要，如果牵引供电系统无法正常运行，列车的安全性、可靠性难以保证。做为供电故障主要原因之一的雷击：如果牵引供电系统设备遭受雷击，可能会导致供电系统中断供电，进而致使列车停运，更为严重者会引起高速列车事故，造成人员伤亡，财产损失。因此为了确保牵引供电系统能够正常运行，做好防雷保护措施是十分重要的事情。
牵引供电系统防雷具体原则分为以下几个方面：第一根据高速铁路客运专线和客、货混线线路不同的供电方式，分别制订防雷原则和措施；第二根据区间与站场的不同特点确定接触网防雷措施；第三将实际跳闸统计数据和雷区划分相结合；第四将站场接触网与站房等防雷措施相结合；第五将避雷针、避雷线等不同接闪器优势互补、互相结合；第六因地制宜，根据不同气候、地理等自然条件，设计防雷设施的密度和强度，做到安全和效益兼顾。
二、高速铁路牵引供电系统雷电防护体系
为了有效保障高速铁路运输的良好运行，避免因雷电天气引起的安全隐患，采取牵引供电接触网雷电防护措施是很有必要的。但是，我国在牵引供电接触网雷电的防护方面与发达国家仍有较大差距，在某些方面的技术相当不成熟，需要遵循基本的原则和方法，才能有效避免事故的发生。以牵引供电系统中重要部分接触网为例进行一下分析：
1.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：如果接触网所处地区的年平均雷电日比较多，那么遭受雷击的几率就越高，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，为非线性正比。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。
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现有高速铁路供电方式一般采用AT供电方式，接触网设备部件预制，采用电气几何模型计算，该模型计算预制形式下安装接触网线路直接落雷导致闪络的概率，计算条件如下：由于自然雷中90%为负极性，直击雷过电压为负极性，计算中采用绝缘子一U50%为闪络判据；按雷暴日为20d和40d两种情况计算(U50为绝缘子50%雷电冲击放电电压)。雷击闪络次数与线路的暴露宽度及地闪密度相关。线路总的暴露宽度与线路长度相乘即可获得线路的引雷面积(复线乘2)，再乘以地闪密度即可求出线路的年雷击闪络次数，当线路长度取为100 km时即可获得线路的百公里年闪络次数[单位为次／(100 km•年)]，按式U50=100 km•年×2+线路的引雷面积计算。
2.牵引供电系统防雷措施
（1）将现有PW 线安装位置提高兼作避雷线。设PW线高于AF线1.5m，选取桥梁高度为10 m和15 m两种情况，将PW线抬高至AF线上方的保护方式，可将AF线和T线直接落雷的次数大大降低。另外AF线和T线绝缘子仍存在雷电感应闪络的可能。
（2）合成绝缘子的采用。雷击接触网导致变电所断路器重合闸失败，进而致使中断供电，其最根本原因由于绝缘子受到工频续流电弧烧蚀后炸裂、破损，绝缘不能自行恢复，导致重合闸失败。防止绝缘子烧蚀损坏，一是防止线路闪络和工频电弧形成，相应措施有：架设避雷线和安装避雷器；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，接触网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，在高速铁路上采用。
（3）避雷器在雷击过电压的防护范围上具有较大的局限性，当避雷器设置在远离雷击点处时，避雷器几乎起不到限制雷击过电压的作用，距雷击点越近，避雷器的防护效果越显著。因此需要设置密集的避雷器才能起到防护雷击过电压的作用，但同时也应当考虑到密集的避雷器会增加建设费用与维修费用，并且密集的避雷器也会导致接触网故障率的上升。由于各区域有不同的雷电参数，将高速铁路雷电活动强的区域和较弱的区域进行划分，不同区域要有不同的防雷措施，再具体结合雷击故障信息、雷电参数，确定直击雷、感应雷的防护方式，从而实现高速铁路牵引供电系统雷电防护体系中差异化防雷。
综上所述，只有做好高速铁路牵引供电系统的雷电防护系统，才能确保高速铁路运行的安全可靠；同样只有健全和完善高速铁路牵引供电系统的雷电防护系统才能使高速铁路牵引供电系统防护雷电的能力得到进一步提升。
参考文献：
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论文作者:白万祖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
标签：雷电论文; 供电系统论文; 绝缘子论文; 过电压论文; 高速铁路论文; 防护论文; 线路论文; 《电力设备》2018年第13期论文;