湖南省气象灾害防御技术中心 湖南长沙 410007
摘要：侧部接触授流轨道遭受雷击后，有可能导致供电线路故障或设备跳闸，对供电线路造成较大危害，文章以长沙地区某架空侧部接触授流轨道供电线路为分析对象，利用GB50057-2010有关规定，探讨出一种供电线路故障概率分析方法。
关键词：侧部授流；轨道接闪；供电线路；故障概率
1.引言
雷电产生的时候会导致瞬时高压，电压甚至会高达1MV，瞬间产生的电流十分强，可以高达100k A[1]，雷电对架空电力线路的安全运行会造成十分严重的危害，能引起能量大、过压峰值很高的雷电过电压，烧断导线、避雷线，造成断线[2]，因此，做好输电线路的故障概率分析，对于做好供电线路的保护，具有十分重要的作用和意义。
对于架空输电高压线路的雷击跳闸率计算，各类标准和规范有着较为详细的计算公式，而对于侧部接触授流轨道的雷击故障概率分析，由于其供电线路、供电形式与架空输电线路的差别较大，因此无法套用原有的计算公式。文章利用相关规范，以长沙地区某架空侧部接触授流轨道接闪状态下供电线路故障概率分析，探讨出该类供电线路的分析方法。
2.算例分析
2.1项目供电系统概况
分析项目全线为地面线，以高架线路为主，高架桥根据车辆设备限界及设备和管线安装空间等综合因素确定桥面总宽以及管线综合布置方式。牵引供电制式采用在走行梁两侧绝缘敷设的正极轨受电、负极轨回流方式，供电系统采用AC10kV电压分散供电方式。牵引供电制式采用在走行梁两侧绝缘敷设的正极轨受电、负极轨回流方式，引供电电压等级采用 DC1500V，电压波动范围为 1000～1800V。
图 1 接触轨总体布局图
由于轨道以高架线路为主，其上轨面（主要为F轨及枕轨）遭受直接雷击概率较大，当上轨面某处电压上升到一定程度时，将会产生闪络。闪络路径上的电气设备将成为雷电流路径的一部分，在雷电防护措施不当的情况下，极有可能造成损坏。
2.2分析思路
根据GB50057-2010中有关规定，安全距离按电阻电压降和电感电压降相应求出的距离相加而得。地上部分的安全距离为：
式中：Sa——地上部分安全距离（m）；
I——雷电流幅值（kA）；
Rj——接地装置的冲击接地电阻（Ω）；
L0——引下线或接闪杆的单位长度电感（µH/m）；取值为1.5µH/m；
hx——被保护物或计算点的高度（m），项目取轨道高度10m；
di/dt——雷电流陡度（kA/µs），按一类防雷建筑取20KA/us；
ER——电阻电压降的空气击穿强度（kV/m），取值为500kV/m；
ER——电阻电压降的土壤击穿强度（kV/m），取值为600kV/m；
EL——电感电压降的空气击穿强度（kV/m），其值为EL=600（1+1/T1），T1为雷电流波形波头时间（µs，项目取10）。
将各参数代入（1）
查阅项目设计资料，正负极接触轨授流面中心线距离F形轨面均为650mm，所以上式Sa取0.65，在该种设计下，轨道接闪后引起输电线路反击的最小雷电流强度可由下式算出：
2.3分析结果
从（3）式可以看出，由于轨道的各部分接地电阻值不同，其结果也不相同，假定接地电阻值分别为1、2、3、4Ω的情况下，可以算出引起输电线路反击的最小雷电流强度。计算结果见下表：
当发生的雷电流值大于上表中所列的最小雷电流幅值时，可认为该雷电流将引起线路故障，通过查阅线路周边历史雷电流资料，找出大于该值的累积概率，可以得出闪络引起牵引线路和信号线路故障率（设备受损率和雷击跳闸率）可以得出因轨道直击雷引起的线路故障率：
3.结论与建议
通过前文的分析，在牵引线路雷电灾害保护方面，可以得出如下结论建议：
1.降低接地电阻值。当接地电阻值在4Ω时，因闪络引起的牵引线路故障率为60.88%，而当接地电阻值在1Ω时，因闪络引起的牵引线路故障率仅为1.02%，因此，降低接地电阻值，可以有效降低牵引线路故障概率。
2.增大供电线路与接闪装置的安全间距。增大安全间距可以提高供电线路的雷电防护水平，减少空气击穿概率，因此，需要在供电线路设计上，在保证各项设施设备正常运转的情况下尽量增大安全距离。
3.加强电力线路雷电灾害应急预案处置。一旦电力线路因雷电灾害导致设备受损或线路跳闸，将会给轨道列车造成较大的威胁或损失，因此，应全面做好雷电灾害预案处置，设备或线路一旦受损时，确保备用设备能正常不间断供电，在不允许中断的电力线路上尽量安装自动重合闸装置。
参考文献：
[1]吕文艳 10KV架空线路跳闸原因查找及防范措施 工程技术[J]：2013年第07期：19.
[2]王灿星输电线路维护中常见问题及解决对策 科技情报开发与经济[J]：2004年第14卷第6期：264-265.
论文作者:刘林,王跃
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：线路论文; 雷电论文; 轨道论文; 概率论文; 电压论文; 故障论文; 设备论文; 《基层建设》2018年第5期论文;