高速电气化铁路接触网防雷问题的探讨

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[摘 要]目前，我国高速电气化铁路地理区域跨度大，且无备用设备，接触网位于高铁线路的最上方，极易遭受雷击引起损坏。本文分析了高铁接触网遭受雷击的形式和我国常用的接触网防雷措施，并探讨了接触网防雷的改进措施，最后，针对我国高铁接触网的复杂环境提出几点建议，对我国高铁接触网降低雷害的研究具有重要意义。

[关键词]接触网；雷害；措施

中图分类号：TM922.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0322-01

1.引言

我国高速电气化铁路跨越区域大，多集中于南部和东部沿海等雷电活动强的地区。如，京沪高铁就跨越了江苏省、上海市和安徽省三地。高铁接触网有80%左右线路架设于高架桥上，相比普通的电气化铁路，高铁接触网遭受雷击的概率更大；据统计，杭深线雷击造成的跳闸达38%，每次都引起至少两趟动车限速。因此，研究接触网的雷击危害，以及接触网的防雷措施并进行完善和改进，减少接触网雷击故障，对我国高铁安全顺畅运行具有重要的意义和价值。

2 雷击接触网的主要形式

2.1 感应雷击

接触网遭受雷击的形式之一是感应雷击。它是指雷击的雷电作用在接触网附近，在地面放电，然后引起空气中电磁场的迅速变化，变化的电磁场会在接触网上产生感应过电压，雷击造成的感应过电压一般能达到数百千伏，引起接触网跳闸，从而影响高铁的正常运行，但感应雷击的危害相对较小，接触网雷害主要来至于直接雷击。

2.2直接雷击

直接雷击指雷电直接作用在接触网的某个部位，如接触线、支柱、承力索或附加导线上，直接雷击接触网造成的过电压等达到千千伏或更高，可直接烧损设备，维修困难，对高铁运行带来的危害不可过量。

3 我国高铁接触网常用防雷措施及分析

3.1 在接触网安装避雷器防雷

按照设计规范，在一些关键位置安装避雷器防雷，如供电线上的网点处、分相和站场两端的绝缘锚段关节处、隧道出入口处、较长供电线或AF线与接触网的连接处等等，一般采用氧化锌避雷器，避雷器必须接地。

3.2 降低接地电阻

若接触网支柱的冲击接地电阻相对较大，雷电直接作用在支柱上时，雷击电流在支柱的顶端就会产生很高的电位，造成绝缘子闪络，闪络电弧形成通道，导线经过这个通道接地。这样，若降低接触网支柱的接地电阻阻值，就能有效的降低雷电在支柱顶端形成的高电位，从而在一定程度上提高了线路的耐雷水平，这也是接触网防雷的有效措施之一。但是单独的接地系统无法满足相应的要求，只有采用贯通接地系统方为可行。

3.3 提高绝缘子的绝缘性能

雷电直接作用在接触网的某个部位，从雷击点开始，雷电流沿接触网向两端传输的冲击电压可达1500kv，而接触网绝缘子能够承受的绝缘电压为140kv，二者相比，雷击电压是绝缘电压的十多倍，足够击穿接触网的绝缘子，同时，若能够有效的提高绝缘子的绝缘性能，也可以提高接触网的耐雷水平。

4 高铁接触网防雷的改进措施和建议

4.1 对避雷器的选型和设备进行改进

4.1.1接触网采用更先进的避雷器和避雷器在线检测技术

目前我国使用的避雷器以串联间隙氧化锌避雷器和氧化锌避雷器为主，但在实际运行中，避雷器的电阻片可能因为动作次数多而引起老化失效，或内部受潮灵敏度降低，还存在其他一些缺陷或故障导致避雷器出现故障影响正常运行。为了确保避雷器的安全可靠运行，近年来，出现了避雷器的在线监测器，逐步得到推广使用。避雷器在线监测器将泄漏电流检测功能和放电计数器整合在一起，通过参看检测装置的计数动作次数和避雷器运行的漏电流值，实现在线检测，可是随时掌握避雷器的运行性能判断避雷器是否安全可靠。

4.1.2适当增加接触网避雷器的设置点

若高铁接触网安装的避雷器的数量过少，长距离没有避雷器，一旦遭受雷击，避雷器的保护动作就会滞后。或是接触网绝缘子遭受雷击过电压的时间过长，雷电波在接触网上传输，不断进行折射和反射，必然引起电压升高，最终导致设备损坏。因此，高铁接触网防雷设计时，既要考虑一些关键设备处，也应充分考虑距离因素，合理设置避雷器的装置数量和安装位置，减少接触网设备承受雷击电流的时间，最终达到降低雷击设备故障的发生率。

4.1.3避雷器安装失效脱离器

每台避雷器均安装脱离器，脱离器能够在避雷器故障是分离故障避雷器和需要保护的线路，自动排除故障确保线路能够迅速恢复供电。

4.2 优化高铁接触网的结构布局

高铁接触网结构复杂，架设点较多而且行程较长，而接触网上能够安装避雷器进行防雷的范围有限，避雷器也只能防止其保护范围内的接触网，超过范围起不到防雷作用，而高铁接触网的行程相对较长，因此，需要对接触网的结构布局进行优化。现行接触网避雷器的结构多是带串联间隙的，内部复核绝缘子的长度相对短，一定条件下，耐压能力低，必然增加污闪事故率。若大密度的安装避雷器，则极大的增加工作量和费用，而且，若避雷器的绝缘子击穿故障，在外形上看不出损坏，不方便排除故障和维修，延长了故障处理时间，一定程度上，避雷器过多反而影响高铁的运营。与增加避雷器相比，优化接触网结构，全线架设避雷线进行接触网防雷的方法还是可行的。

避雷线对线路的防雷水平对使用保护角表示，它是避雷线同外侧导线的连线与垂直线之间的夹角。保护角越小，导线能受到的保护也越可靠。高压输电线路防雷设计中，保护角一般为20度到30度。因而，高铁接触网全线架设避雷线时多采用柱顶方式，连接接地引线和架空地线架，经支柱的接地孔接地，能及时将雷击电流引入大地，从而有效防止雷害。

4.3采用差异化防雷措施：

随着我国高铁的全面发展，高铁接触网防雷时必然面对各地不同特点的气候天气，这为高铁接触网防雷工作带来极大的困难，尤其是多雷区或自然环境污秽的地区，因此，高铁接触网防雷设计时，应考虑到气候等差异，制定差异化防雷措施：

4.3.1为提高高铁接触网的防雷效果，建议将接触网根据雷击发生频率将其进行分类，划出高雷区和重雷区，进行重点防护。如将年平均发生雷电天气40天以上的区域分为高雷区和重雷区，这些地区应全线架设避雷线，而每年雷电天数不足40天区段的高铁接触网，根据沿线的实际雷害情况，在重要区段或设备处单独架设避雷线或安装避雷器，尤其是雷害多发区段，更是做好调查，不能出现遗漏。

4.3.2为防治感应雷电的危害，应在高雷和重雷锚段内安装避雷器，在其他地区也不能懈怠，应沿高铁线对接触网的雷害情况做详细调查，并进行统计分析，在易遭受雷击的区段增加避雷器数量。同时，在一些敏感位置和合理的距离处也应安装避雷器，如高路基、高架桥、封闭雨棚两端、电缆与架空线转换处、长度2 000 m及以上隧道的两端、分相和站场端部的绝缘锚段关节、AF线或较长供电线与接触网的接线处等。同时运用有泄漏电流检测功能和放电计数功能的避雷器，并对每次跳闸建立雷击分析制度，寻找规律，制定有效措施进行防雷。

4.3.3合理选择具有较强耐压的绝缘子。应加大对绝缘子的研究，研发新的主流绝缘子替代产品，如研究新型具有疏导功能的绝缘子等。

4.3.4创建更完备的接地系统。接地系统是减弱雷电危害的根本方法，只有将雷电流导入大地才能消除雷电流电压对设备的损坏。

参考文献

[1] 黄玉章. 电气化铁路接触网系统绝缘雷击损坏分析[J]. 内蒙古科技与经济，2008

[2] 张雪原. 接触网安装避雷器的防雷效果研究[J]. 铁道工程学报，2010（9）