电气化铁路接触网防雷研究

电气化铁路接触网防雷研究

李东阳

中铁武汉电气化局集团有限公司武汉201712

摘要：接触网是电气化铁路电力牵引供电系统的重要组成部分，也是电气铁路不可缺少的一部分，通常我们的接触网是裸露在大自然的环境中，电气化铁路接触网往往长达几百公里甚至上千公里，接触网分布在不同的环境、不同的雷暴日地区，不可避免的遭受雷击，如若防护措施不当，接触网将受雷击损坏而停电，影响铁路电力机车的正常运行，这种情况也相当危险，还会影响铁路的抢修施工。

关键字：普速电气化铁路;接触网;防雷措施

一、前言

最近几年铁路建设高速发展，铁路工程的安全问题和质量问题备受人们的关注，接触网雷害对于铁路的建设和运营安全存在着很重要的隐患，接触网作为电气化铁路的重要的环节，存在着情况复杂，差异大，没有备用接触网的特征，而且没有像高压电网那样的专设避雷线，或者装有少量的避雷器。对于电气化铁路的防雷措施严重不足，存在着很大的安全隐患。在高速铁路的发展时期，我们对于接触网的要求也越来越严格，它的绝缘爬距已经上升到1200-1600毫米，使用最多的是瓷质、复合绝缘子和耐污绝缘子等混合相结合方式。但是如果施工阶段绝缘子选用组合方式未结合现场条件分析，加上这种绝缘方式的寿命很短，绝缘子受到污染，绝缘水平会逐渐的降低，防雷效果下降，这也是铁路运行过程中容易遭受雷击跳闸停电的重要原因。

二、我国目前电气化铁路建设的现状

目前我国的电气化铁路处于高速发展时期，我国铁路建设横跨大江南北，地势环境也截然不同，铁路所经过的地方气象条件千差万别，情况也不近相同，还相对复杂。山区及沿海地带的建设更是情况更是复杂，因为山区及沿海地带铁路多半运用的是高架桥的形式，接触网对地高度相应的抬高，增加了接触网受雷击的概率。一旦我们的接触网遭受雷击我们的绝缘闪络就会断裂，就会发生安全事故，甚至情况严重还会造成列车停运等现象。所以建设期接触网的防雷工作一定要做好，以减少危险发生，同时减少危险给铁路运行带来的不便。

三、国内外接触网防雷的设计

铁路建设是我们每个国家基础设施建设的重中之重，铁路建设的安全问题也受到了我们国家的高度重视，对于接触网防雷措施也备受大家的关注，我们每个国家也都研究出来了一些接触网的设计形状来帮助我们减少危险的发生。但是我们仍需要去努力，去完善不断的改良我们方法。确保铁路建设、运营顺利进行。

3.1国内接触网的设计形状

根据铁路电气化设计有相关的规定：重雷区必须安装避雷装置。主要的安装避雷装置的重点位置是分相以及站场端的绝缘关节、供电线或者是AF线连接到接触网上连接处、长度2000米以上的隧道两端及上跨建筑物外侧。通过一些数据可以看出我国对于接触网线路防雷措施仍需要完善，现在一些区域仍然经常性受到雷电的影响，这些雷电现象给铁路的运营造成了一定的伤害，也给我们铁路造成的一定的损失，这些损失无法估量。我们也在不断的去研究去完善我们的避雷装置，也在不断的改进我们的避雷方法，从而减少危险的发生和产生的损失。这种方法在我国比较常见，也起到了一定的作用，但是我们仍需要改进，不断的研究完善。

3.2国外接触网防雷措施

在国外他们根据不同的地域和发生的频率，根据对应的区域指定对应的避雷措施的和方案，像日本就是一个典型的海洋岛国，雷电气象频繁，他们把雷电发生的频率分成了A、B、C区域，运用的不同区域不同方案来减少雷电带来的伤害。而德国的防护措施的出发点奔着：不考虑直击雷的防护的时候，每正线100km的接触网在一年内可能遭受一次雷击，他们会在经常发生雷电的地段采用避雷措施，为了限制雷电的过电压现象，而在其他位置不设防雷装置。因此每个国家的地形不同，地理环境不同应该根据不同的环境制定不同的方案，从而达到想要的结果，减少危险的发生。

四、接触网系统雷害分布

不同的地理位置，雷击的位置也不相同，但是我们可以根据不同的雷击位置，系统地将接触网遭受雷击的部位分为：雷击支柱，雷直击接触网或者直击接触网附近的地面，前两种是因为磁场的剧烈变化使接触网上出现了感应过电压的现象，所以造成雷击的产生。第三种情况是因为行波过电压会在较大雷电流经接触网时出现。接触网产生的雷害有很多种，我们应该根据具体的情况来分析雷害的产生原因，进而根据实际情况制定出有效的方案。

4.1雷击接触网支柱和直击接触网

雷击接触网支柱造成绝缘子闪络损害，当接触网支柱遭到雷击击中，雷电电流就会通过支柱穿回到大地，从而形成反击过电压再加上接触网导线产生的感应过电压，叠加形成非常高的雷电过电压，从而造成雷电事故产生，影响铁路工程施工和运行引起危险的产生。我们应该根据这一情况做重点研究，减少这种现象造成的损失。

4.2雷击接触网附近的地面

因为不同的地理位置及地形条件，引起雷击的位置不同，有时候雷击也会击中接触网附近的地面，会地面产生闪络电压，那么绝缘子上的过电压就大大超过了绝缘子的额定值。距接触网有限远>S>65m处，雷击对地放电时，在接触网上产生的过电压与雷电流幅值成正比，其比值为3.84。所以雷击就算不直接击中接触网也会产生雷击危险，因为每个区域我们搭建的接触网不同，雷击的频繁率也不相同，所以我们要根据地形地貌做好防御措施。

五、电气化铁路接触网雷电重点防护措施

随着国家对安全工作的重视程度的不断加大，铁路运营的安全尤为突出，接触网的防护措施是我们电气化铁路非常关注的问题，我们也根据这方面的问题也做详细的研究，提出了一些改善措施，但是这些过程仍需要我们去不断的完善，从而减少雷电给我们带来的影响。也推动铁路行业顺利进行。

5.1优化避雷线

雷电现象是我们生活中不可避免的现象，那我们要想改变电击给我们造成的影响，重要的一步就是优化避雷线。在接触网系统中泄雷负荷的大小十分重要，而且对于多雷电区域，每月频繁产生雷电现象的区域应该沿整个接触网络全线设置避雷线，全线架设高度较高，以地面为接地支撑。地方电网以35kV为界限，超过35kV的全线设置避雷线，低于35kV为普通用户，各种可以不用全线设置，而且其影响较小，但是我们在电气化铁路接触网中通常使用的27.5kV电压来进行供电，为了达到最佳的避雷效果，在接触网强雷区和重雷区引用地方电力高压架空线防雷措施设置好避雷线，在接触网上方形成避雷网，避雷线保护范围需将承力索、接触线、回流线、正馈线等接触网设施覆盖在内，降低接触网的雷击概率。以宁波穿山港铁路为例，按照典型避雷线保护范围示意图（图1）。将回流线抬高兼做避雷线采用非绝缘安装形式。避雷线安装高度h根据设计原则中的计算条件按照滚球法检算。避雷线肩架全长h按2米进行设计，接触网关节处降低接触网结构高度，承力索抬高支结构高度按≯1.4米设计，回流线兼做避雷线每200米采用双引下接地。采用保护角法计算，保护效率屏蔽效率约为75%。，可获得较充分的雷击屏蔽保护。为防止牵引变电所二次侧强电侵入，对回流兼做避雷线在隔离开关支柱处，距离支柱中心两侧2500～3500毫米位置安装绝缘子，防止雷电通过接触网隔离开关电源线进入所亭二次系统。

图1电气几何模型在接触网中的应用示意图

采用滚球法检算《高速铁路牵引供电系统雷电防护技术导则》中的推荐高度，并确定最终避雷线最终安装高度：假设轨面距离地面平均高度为8m，滚球半径按照一类保护建筑取值为30m。AF线采用柱顶平肩架安装；距离支柱间距约1.3m；供电线肩架安装高度距离柱顶500mm，水平间距为1800mm。

5.2优化绝缘子

当雷电产生时，绝缘子会受到续流工频烧蚀后的破损与炸裂影响，对于避雷就达不到想要的效果，为了减少绝缘子带来的影响，首先我们需要建立工频电弧，做好避雷器和避雷线的布置工作，通过工频电弧进行疏导，从根源上来减少绝缘子的损害，进而我们需要安装好并联来保护绝缘子间隙，来达到防雷的效果。其次在绝缘子选配时充分调查接触网所经过的不同地区的雷暴日气象条件、大气污染状况及空气的腐蚀情况，进而选用不同类型及耐污、防腐强度的绝缘子，施工中严格按照选配结果装配。最后在接触网上跨桥等建筑物两侧、平行公路、山体大挖方地段、隧道内等绝缘子易遭受外界破坏的区域选配复合材质的绝艳子，以避免后期运营维护过程中，绝缘子遭受破损而未及时更换降低了防雷效果。

5.3做好避雷器选配及接地安装

选用带脱离器的氧化锌避雷器，防止避雷器遭受雷电击穿过后接触网跳闸无法重合闸，在施工中首先要做好分相以及站场端的绝缘关节、供电线或者是AF线连接到接触网上连接处、长度2000米以上的隧道两端及上跨建筑物外侧避雷器杆子位置选定，其次做好地线、接地极及本体的安装调试，确保接地电阻达到计算要求。

六、结束语

随着最近几年铁路行业的发展，铁路工程项目也越来越受到人们的关注，铁路安全问题也是我们关注的重点，电气化铁路接触网防雷措施也在不断的完善，不同区域不同位置雷电对于铁路工程造成了一定的影响，相关部门也在制定一些方案来减少事故的发生，对于接触网防雷措施仍需要我们不断的改进和完善。

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