城市轨道交通接触网防雷技术应用

于喜林，陆 军

0 引言

随着国内城市轨道交通系统工程数量的不断增多，架空接触网雷害问题日益突出，受国家、行业规程规范影响，在国内已投运的轨道交通工程中，多数接触网采取以下防雷措施：高架区段不架设地线，而是利用高架桥接地扁钢来达到接地保护目的；车场线架设架空地线，架空地线或接地扁钢引至牵引变电所的接地母排上，构成闪络保护回路；接触网各绝缘子接地端的金属底座、开关底座、腕臂底座等均与架空地线或接地扁钢相连；接触网上网开关处设避雷器；高架桥接触网每隔500 m 设一处避雷器，并将桥墩内部钢筋网作为其接地体，接地电阻小于10 Ω。由于采用的防雷措施具有一定的局限性，已不能满足现代城轨系统高运行可靠性的要求。

本文以津滨（天津市区—滨海新区）轻轨接触网系统为例，详细论述了该线路通过模拟计算，制定的接触网防雷改进方案，并充分利用带串联间隙避雷器优越性，对方案进行了完善，起到了良好的防雷效果。

1 津滨轻轨简介

津滨轻轨一期工程正线全长45.409 km，其中高架桥全长39.915 km，地面段全长5.494 km，接触网采用架空柔性悬挂，沿线空旷。自2004 年建成投入运营以来，接触网系统多次出现因遭受雷击而导致绝缘子损伤、直流开关跳闸闭锁。据统计，2005—2006 年，接触网因雷击导致绝缘子损坏超过60 只，行车多次中断数小时。

2 设备损坏原因分析

为加强津滨轻轨防雷措施，津滨轻轨与中铁电气化勘测设计研究院合作，并在中国电力科学研究院、天津市防雷中心指导下进行了研究和分析，并进行了模拟计算。

图1 是津滨轻轨接触网防雷设计示意图，其中接触网每隔500 m 安装一台避雷器；避雷器和桥墩桩基钢筋连接，平时处于断开状态，当有雷电发生时，避雷器导通将雷电流泄入大地。

图1 津滨轻轨防雷设计示意图

由于支撑接触网的支架、构件均未直接接地，当雷电发生时，雷电流不能快速泄入大地，支柱电位升高，而接触网则被避雷器钳制了较低电位，使绝缘子两段电位差很大，从而造成绝缘子闪络，引起馈线开关保护动作。绝缘子在雷击过程中温度变化较大，在绝缘子表面和内部出现较大温差而造成绝缘子损坏。

通过模拟计算可知：支柱不接地时反击电位不削减，而支柱接地时反击电位削减趋势很明显。由此可见支柱接地对防雷的作用是非常明显和重要的。图2 是支柱落雷时的电位分布曲线。

图2 支柱落雷时的电位分布曲线图

3 方案实施

3.1 接触网“支柱接地”方案实施

通过以上研究和分析，接触网支柱接地与否是防止雷害的关键，为此津滨轻轨采用了“支柱接地”方案（图3）。

图3 支柱接地方案示意图

由于津滨轻轨接触网供电电压为DC 1 500 V，为解决支柱直接接地时迷流对桥梁钢筋的腐蚀，考虑地电位均衡器在正常工作情况下，呈绝缘性能，当遭受雷击时迅速导通，快速将雷电流泄入地下。

针对支柱接地间距问题，虽然日本等国家相关资料规定间距为500 m，但通过模拟计算（图4），表明支柱接地间距为200 m 时系统防护及耐受直击雷会有所改善。

距架空杆塔雷击点的距离/m

图4 支柱落雷时不同接地间隔的电位分布曲线图

3.2 串联间隙避雷器方案实施

为进一步提高接触网防雷系统的稳定性，避免绝缘子遭受雷击破坏，在中国电力科学研究院和山东迅实电气有限公司帮助下，研制并加装了串联间隙避雷器。该避雷器由本体、串联间隙和安装金具3 部分组成，应用时避雷器安装到腕臂上，与绝缘子并联，结构示意如图5。该间隙避雷器的优越性体现在当串联间隙距离取70 mm 时，所有雷电冲击放电均发生在串联间隙上。

图5 串联间隙避雷器结构示意图

4 效果分析

自2007 年以来，津滨轻轨针对雷电活动频繁区域，按照上述的2 种方案进行了接触网防雷改造，改造里程达30.1 km。改造后绝缘子损坏数量明显减少，减幅最高达94%，且开关跳闸闭锁现象得到明显改善。

5 防雷问题的几点思考

经过上述的效果分析可以看出，对于个别雷暴密集，雷击强度大的区段，仍然存在接触网遭受雷击现象，因此提出以下建议：

（1）将每隔200 m 支柱接地的间隔距离缩为每个支柱上都加装接地系统，并在接地系统上加装均衡器来做好迷流防护。通过增加支柱接地系统来补强该区段的防雷强度，把雷击损坏降低至最小。

（2）通过增加间隙避雷器数量进一步增强该区段防雷效果，防止绝缘子发生闪络。

（3）在承力索正上方加装避雷线，使雷击最先降落在避雷线上，并通过避雷线使雷电流迅速泄入大地，从而减少对接触网设备的损害。

6 结束语

随着科学技术的进步，模拟仿真技术成熟应用，雷电研究也将进入飞速发展阶段，考虑雷电具有很强的不确定性，因此每一个防雷项目实施都需要进行充分论证，争取用最小的投入，取得最佳的效果。

[1] 田雨.津滨线防雷保护实施方案[J].电气化铁道，2006，（2）：23-25.

[2] 沈海滨，陈维江，张少军，等.一种防止10 kV 架空绝缘导线雷击断线用新型串联间隙金属氧化物避雷器[J].电网技术，2006.

[3] 沈海滨，陈维江，王立天，等.城市轨道交通接触网带间隙避雷器的应用[J].电气化铁道，2010，（5）：42-45.