客运专线接触网防雷加强措施探讨

李汝军

0 前言

为减少占地，客运专线大量采用高架桥形式，桥梁区段一般占线路长度50%以上，客运专线接触网往往成为小区域内的相对高点，使得客运专线接触网遭受雷害的几率大大增加。据北京局统计，开通头1年，京津城际接触网因雷击跳闸31次，同期既有京沪线京津段因雷击跳闸仅6次，客运专线雷击故障达既有线 5倍以上；据广州局统计，仅2010年5月，武广客运专线广州局管段共计发生因雷电活动造成避雷器动作27次。因此，客运专线对可靠性要求较普通铁路更为严格，针对客运专线以高架为主的特点，系统地研究加强客运专线接触网防雷能力的具体措施是非常必要的。

1 雷电故障原因分析

分析雷电故障原因如下：

（1）线路高架居多，容易导致雷击，在大雨季节，存在更多直击雷击和感应雷击。

（2）接地系统电气完整性可能受到损坏，H形钢柱接地电阻值较大，当雷电直接击中支柱或保护线时，如接地电阻过高，容易造成支柱或保护线电位高而引起雷电反击。

（3）统计数据显示，发生绝缘子闪络的多为斜腕臂绝缘子或正馈线悬垂绝缘子。在大雨季节，雨水顺着绝缘子形成较大水流，降低了绝缘子的湿闪耐压水平，当遇较强雷电流雷击产生的电位差大于绝缘子的湿闪耐压水平而发生闪络时，容易损坏绝缘子。

2 国内外防雷研究现状

国内电气化铁路接触网防雷设计目前是按照《铁路电力牵引供电设计规范》TB10009-2005中规定进行，其中第5.3.1条规定，应根据雷电日及运营经验，按下列原则对接触网进行过电压保护：

（1）吸流变压器的原边应设避雷装置。

（2）重雷区及超重雷区在重点位置应设避雷装置，如分相和站场端部的绝缘锚段关节；长度2 000 m及以上隧道的两端。

（3）供电线或正馈线连接到接触网上的接线处。

在德国，接触网的测量数据表明一年中每100 km长的线路可能遭受一次雷电冲击。雷电冲击的几率变化很大，且位置不同。雷电对接触网的直接冲击会导致雷电冲击过电压。

接触网线路采用了保护装置限制雷电过电压，目前应用较多的是避雷器，主要用于雷电活动频繁的区段，但是保护效果并非完全理想；出于经济原因，其他区段一般没有采用线路避雷器。

日本为雷电多发地区，对防雷有长期深入的研究。日本针对不同区段电气化铁路的雷击频度及其重要程度，可划分为3个区，即A区、B区、C区， 采取不同防雷措施，具体划分情况见表1。

表1 日本新干线防雷分区划分表

日本新干线架空敞开段设置了贯通的独立架空地线兼避雷线，加强接触网防雷能力，避雷线防护范围见图1所示。

图1 日本新干线避雷线防护范围示意图

日本新干线同时设置了并联间隙，进一步加强接触网防雷能力，间隙的放电电压为5 kV。

3 接触网防雷工程方案

由于客运专线对可靠性要求高，接触网一旦发生故障，其影响范围大、事故恢复时间长，因此为提高客运专线防雷水平，对于客运专线铁路，建议采取以下防雷加强措施：

（1）降低接地电阻，确保接地完整性。桥梁区段利用桥墩作为防雷接地极，防雷接地与综合接地分离，路基区段避雷器接地引至路基外独立设置的接地极接地，避雷线每100 m引至路基外独立设置的接地极接地，接地电阻值不大于 10 Ω。且送电前，应根据《铁路综合接地系统测量方法》（TB/T 3233-2010）进行接地系统检查，重点检查曾经雷闪故障支柱附近避雷器工作和接地状况，以及变电所出线附件的第一个锚段关节区域。

（2）合理增设避雷器。安装避雷器可以降低接触网雷击跳闸率，雷电通过具有切断工频续流能力的避雷器入地，对附近人员、信号设施、可燃物资等的威胁会大大减小。因此，强雷区城际铁路全线隧道外区段所有设备安装处、每处锚段关节、站场两端及长大桥及隧道两端宜加装避雷器。

（3）适当设置避雷线。在重要设备安装处及雷害多发区段（如变电所电缆上网处及空旷地区高桥区段）可单独设置避雷线，进一步加强接触网防雷水平。为防止断线，避雷线宜采用钢绞线。

在客运专线位于年平均雷暴日大于60天的强雷区时，以下加强防雷方案可根据线路实际情况，酌情选用：

（1）绝缘子采用间隙。在腕臂绝缘子上加装间隙，接触网遭受雷击时间隙放电泄流，保护设备（绝缘子）不被击穿，减少雷害对设备的损害。但是采用间隙方案又存在间隙调整较为困难，不利于绝缘子清洗车作业等问题。

（2）正馈线悬垂绝缘子、斜腕臂绝缘子做局部加强。根据线路实际运营情况，在雷害多发区段加装硅橡胶增大爬距裙（见图 2）。增大爬距裙直径较大，借助其伞裙较大的特点，可起到改变绝缘子的放电路径，切断污水桥短路的目的，同时兼顾该辅助伞裙所带来的增大爬距的效应，进一步提高雷雨季节潮湿环境中的抗雷闪水平。

图2 围硅橡胶增大爬距裙示意图

（3）设贯通单独避雷线。在雷害多发区段，沿线架设贯通避雷线，提高接触网防雷水平。

4 结束语

为保证客运专线铁路接触网可靠性，除了按一般要求，在分相和站场端部的绝缘锚段关节、长度2 000 m及以上隧道的两端、供电线或正馈线连接到接触网上的接线处安装避雷器外，建议采取以下加强措施：

（1）在每个锚段关节附近均设置氧化锌避雷器。

（2）在所有开关设备安装处均安装避雷器。

（3）在重要设施及雷害易发区域架设单独避雷线。

（4）将防雷接地与综合接地分离，桥梁利用部分桥墩作为防雷接地极使用，路基区段单独设置外引接地极，并做好接地测试。

另外针对个别雷害严重区域，可酌情采取腕臂绝缘子上加装间隙、安装增大爬距裙、架设贯通避雷线等加强措施，以减少雷害对设备的损害。

[1]TB 10009-2005 铁路电力牵引供电设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]铁运[2007]69号 接触网运行检修规程[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[3]于增.接触网防雷技术研究[J].铁道工程学报，2002，1（73）：89-94.