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摘要：内蒙古高原地势起伏不平，铁路处于多、强雷区，铁路10kV电力线路正常运行受外界影响的几率较大。在夏季雷雨季节，因雷击造成的断线、绝缘子击穿、避雷器击穿等故障时有发生，对铁路信号供电安全造成隐患，给铁路运输的稳定造成影响，因此加强对其研究很有必要。基于此本文分析了铁路10kV电力线路雷击故障与预防措施。
关键词：铁路；10kV电力线路；雷击故障；措施
一、铁路10kV电力线路防雷的意义
近年来随着新建铁路配电所采用微机综自保护、电力远动系统及既有电力线路的更新改造，都使得10kV线路故障的误判率比以前有了大幅度的减少。尽管10kV电力线路故障率成下降趋势，但由于雷电的不可预知性，线路落雷将对10kV贯通线及电源线造成严重危害，具体情况为：①击穿10kV线路的高压绝缘子，使10kV贯通线或电源线出现故障停电。②造成10kV配电所跳闸，中断供电使铁路行车运输无信号而导致瘫痪。③区间隧道或架空转电缆的长距离地段内，由于10kV贯通线路采用电缆敷设，遭雷击后查找故障较困难，造成停电时间较长，导致铁路运输难以及时恢复。因此，根据内蒙供电段多年的运管经验，总结该地区10kV电力设备雷击故障的规律，找到其故障原因，并有针对性地采取预防措施，对降低铁路10kV电力系统的雷击跳闸、减少故障停电时间，提高供电系统的可靠性都有重要意义。
二、10kV电力线路防雷的历史以及铁路10kV 电力线路遭受雷击的原因
电力系统中，由于雷击造成的跳闸占有很大比例。统计资料表明,在雷害严重地区由于雷击引起输电线路跳闸达到或超过总跳闸事故的 1/3；日本 50%的输电线路故障由雷击引起；在我国跳闸率比较高的地区,由雷击引起的配电线路跳闸次数占整个电力系统雷害事故的70%～80%；其中约75%以上为感应雷引起，约25%为直击雷引起[2]。在地形复杂、土壤电阻率高、多雷的地区,雷击引起的事故率则更高。
而在铁路10kV电力线路的防雷发展来看，基本上是以应用避雷器为主，10kV电力线路遭受雷击的原因主要如下：
（一）避雷器的性能不佳
早期10kV贯通线及电源线所使用的各种型式避雷器，其性能不是很高，稳定性也较差，尤其像作为主要性能指标的“避雷器失效率”一直是难以避免的问题，生产厂家需进一步提高其技术指标。而避雷器一旦失效，除了让铁路运检人员立即察觉外，同时需保证其呈开路状态，否则将带给铁路运输安全无法估量的损失。
（二）土壤电阻率较高，从而降低10kV电力线路的耐雷水平
以内蒙西部地区一带为例，铁路沿线多为黄土，砂土、甚至流沙等特殊地段。土壤电阻率普遍较高，尤其是鄂尔多斯、乌审旗等地，制作低电阻地网较为困难，投入成本很大。用常规方式制成线路的地网后 ，其接地电阻值大都随着时间的推移而不断增高，更随每年四季气候的变化而不断变化。同时，常规金属接地极极易被该地区盐碱地的化学物质及土壤中污染物所腐蚀，在腐蚀过程中接地电阻值不断增加，接地材料寿命也随减少。
（三）10kV电力线路的接地数量不足
铁路10kV贯通线及电源线的隔离开关、杆架式变台、电缆终端杆等部分杆塔设计上都设有接地装置，但随着市场经济的发展，出现被铁路沿线村民偷盗丢而失的现象，导致接地严重不足，无法满足电力线路正常运行要求。
三、铁路10kV电力系统绝缘遭雷击损坏研究
10kV线路进出铁路配电所时，均设计有额定电压10kV的避雷器。但设计时从供电段部门了解到配电所两端架空10kV贯通线上，曾发生因雷击而造成10kV贯通线绝缘子被击穿损坏，引起电力系统故障停电而中断行车的现象。
10kV绝缘子所能承受的绝缘耐压约为35kV，当雷电直接击中10kV贯通线某点上时，雷电流从落雷点沿10kV贯通线向两端传输过程中产生的冲击电压约为1500kV，是10kV贯通线绝缘耐压值近43倍，从而击穿10kV贯通线的绝缘子。
其冲击电压按下式计算：
U=L•di/dt
式中：L为10kV贯通线的冲击电感，通常取L＝1.5μΗ/m
di取10kA dt取10μs
U=L•di/dt
=1500×106×（10×103/10×106）
=1.5×106V
距落雷点不同距离D的冲击电压由下表可知：
经以上计算可得一简单结论：配电所10kV侧的避雷器，仅保护10kV配电所自身的开关设备，对于稍远一点的10kV贯通线上某点（如距配电所几百米以上）遭直接雷击，由于在传输过程中感抗的作用，由（U=L•di/dt）产生的高脉冲电压将击穿10kV贯通线支柱的绝缘子，达不到保护效果。
四、铁路10kV电力线路的雷击预防措施分析
（一）加设氧化锌避雷器
10kV贯通线及电源线雷电防护的重点是在铁路沿线设备上安装避雷器，使雷电通过避雷器经泄流流入大地，以达到保护10kV贯通线及电源线支持装置中绝缘子的目的，从而保护电力系统的可靠性。
除电力线路上关键设备装设一组自脱式氧化锌避雷器外，内蒙西部地区10kV贯通线可根据受雷击原因和概率分析，在常遭雷击的多雷区段，10kV架空线路上可隔2公里安装1组自脱式氧化锌避雷器。
需要提醒注意的是由于10kV贯通线的操作过电压较高，一般是工作电压的2.5～2.8倍，避雷器选择应考虑避雷器标称放电电流值足够大，保护水平（残压峰值）应低于10kV贯通线绝缘子的耐压。
（二）架设避雷线
架设避雷线也是一项主要的防雷措施，其作用主要是屏蔽直击雷，对于感应雷也有着一定的效果，可降低雷击在线路上的感应过电压。但10kV线路与避雷线由于存在保护角度问题，当雷电直落于避雷线时，有可能与电力线路之间发生闪络放电，同时增加避雷线会使杆塔负重加大，且设计的铁路10kV电力线路的杆塔又普遍较低（基本杆高12m为主），架设避雷线更加适用于35kV以上等级的电力线路。从内蒙西部地区的电力线路运行效果上来看，在强雷区的铁路10kV配电所电源线上可考虑安装等距离的避雷线。
（三）降低杆塔冲击接地电阻，加大接地电阻数量
接地电阻对于电力线路防雷有着重要的作用，杆塔良好的接地能够保证电流及时有效的流入大地，降低雷电流对电力线路的冲击，但在部分土壤电阻率较高地区实现低电阻较为困难。
结合内蒙西部地区铁路运管经验，设计上可考虑铁路沿线10kV贯通线杆塔每隔1km设一人工地网与10kV贯通线杆塔横担或钢筋混凝土电杆可靠接地，接地电阻需符合规范要求。接地网的设计应考虑长效降阻接地极和降阻剂相结合的方式，降低接地电阻值同时，使接地网保持低电阻持久状态，达到防止雷击损坏铁路电器设备的目的。
综合上述分析，在铁路10kV电力线路现有的防雷措施基础上，从上述四个方面进一步深入研究新结构、新技术、新材料、新工艺等更为先进的防雷措施，可将铁路10kV电力线路的雷击故障率降到最低，极大提高铁路运输供电系统的可靠性，保证行车安全。
参考文献
[1]文鸣鑫，架空配电线路雷电感应过电压的研究[D]，华中科技大学，2004.
[2]张利庭，雷电对配电安全运行的影响及防范研究[D]，浙江大学，2008.
[3]铁道部电化工程局电气化勘测设计处.电气化铁道设计手册—10kV贯通线[S].北京铁道出版社，1983.
论文作者:张思呈
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：避雷器论文; 铁路论文; 电力线路论文; 避雷线论文; 杆塔论文; 绝缘子论文; 雷电论文; 《电力设备》2017年第8期论文;