关于成都地铁高架段接触网防雷问题的探讨

林慧

摘 要：地铁是城市交通系统的重要组成部分，由于现在地铁建设覆盖范围的加大，地铁线路高架区段越来越多，加之地铁本身是人员密集的重要运载工具，一旦接触网遭受雷击或者被雷电波入侵，将严重影响地铁正常的运营秩序。文章通过对成都地铁高架区段接触网防雷保护进行分析，以期找出适合高架区段接触网系统的防雷设计。

关键词：地铁高架区段；接触网；防雷保护

引言

近年来，由于城市轨道交通工程数量激增，线路由城市向郊区扩展，地铁也由在地下运行转而在地面及高架桥上运行。由于高架区段往往位于较为空旷的地段，属于高雷区，因此该区段的接触网系统受到雷电威胁的可能性会更高，2010年7月，南京地铁1号线高架段由于雷击导致线路停运150min；2011年4月，北京地铁10号线车辆段地面信号系统遭遇雷击，导致列车在出入段线区段只能以人工控制方式运行。

截止到目前，成都地铁在建线路为1～7及10号线工程，正线高架区段约占20%，高架段沿线较为空旷。自2010年成都地铁二号线建成投入运营以来，接触网系统多次遭受雷击导致绝缘子破裂、直流开关跳闸闭锁。据统计，2010年9月及2011年7月，成都地铁2号线停车场出入段线高架区段及试车线先后由于雷击导致线路抢修； 2013年6月及2014年4月，成都地铁2号线车辆段由于雷击导致线路抢修。

为加强高架及空旷区段的防雷措施，成都地铁2号线东西延伸高架段为接触网系统引入了一种带串联间隙避雷器以保护腕臂绝缘子，防止出现停运等严重事故。文章针对目前成都地铁高架区段的设置特点，对高架区段的雷电防护设计问题加以探讨。

1 高架区段接触网防雷设置

1.1 架设避雷线

正线接触网设置贯通的架空地线，并将架空地线抬高兼做避雷线，覆盖架空接触网，架空地线每隔200m设置火花间隙。

雷电放电时为梯式放电，先导电荷产生的电场会加强放电目标物体的电场。因此抬高的架空地线成为最易受到雷电袭击的对象。

架空地线的直击雷保护效果和被保护的导线之间的保护角有关，在电力系统中，不同的电压等级要求的保护角也有不同的要求，一般66kV及以下输电线路一般保护角为20°～30°，而根据目前地铁接触网的设计高度及电压等级计算出的保护角却远远大于以上规定值，实际工程中架空地线的安装高度很难达到保护角要求，因此产生的屏蔽效果也有一定影响。

从大部分已运营的线路来看，将架空地线抬高兼做避雷线能够有效降低接触网遭受直击雷的次数，并降低牵引所的跳闸次数，在高架区段大约可降低约30%。但当雷暴频繁发生时，由于抬高的架空地线遭受直接雷击的可能性较高，反而在接地电阻两端产生危险的过电压，引起地电位反击，造成接触网绝缘子被烧蚀或将雷电流引入牵引所设备，进而影响运营。

1.2 设置避雷器

接触网系统每隔250m左右设置一台避雷器，避雷器接于接触网与地之间，与被保护的设备形成并联关系。

桥墩纵向结构钢筋与避雷器相连，正常运营电压下避雷器呈高阻状态，仅有几十微安电流通过，当系统出现大气过电压或操作过电压时，避雷器呈低阻状态，将过电流（雷电流）迅速泄于大地，使并联的设备免遭损害。避雷器可以避免让所在支柱的绝缘子不发生绝缘子闪络，但由于落雷点是一个随机发生事件，如果落雷点刚好落在距离安装有避雷器支柱较近的地方，则雷电流可以通过避雷器泄入大地；如果落雷点落在距离安装避雷器支柱较远的地方，则支柱绝缘子可能发生闪络，由于接触网绝缘子绝缘强度较低，在雷电袭击下，雷电波沿着接触网线路传播，甚至引起绝缘子连续闪络的情况。

2 高架区段接触网防雷优化设置

成都地铁二号线东西延伸线的高架区段于2014年在架空接触网的腕臂绝缘子上装设带串联间隙的避雷器。

该装置由避雷器本体、串联的间隙以及安装的金具组成，应用时将该避雷器与腕臂绝缘子并联安装，结构示意图如图1所示。避雷器本体外绝缘为复合硅橡胶材料，在耐老化、耐电腐蚀、耐污秽方面较传统的陶瓷绝缘子有明显优势，更适合高架线路的线路条件。避雷器仍然利用金属氧化物电阻片的非线性特点，即在线路正常运行时，由于串联间隙的存在，避雷器本体并不承受系统的运行电压；在雷电袭击下，串联间隙被击穿，金属氧化物电阻片就会瞬间呈现低阻抗，释放雷电能量，从而限制腕臂绝缘子两端的过电压，进而可以避免绝缘子发生闪络。为防止避雷器遭遇雷击后频繁动作，影响寿命，不应将间隙选用的过小，试验证明，串联间隙取值70mm时，该装置可将通过绝缘子的雷电流旁路完全引导至串联间隙，有效降低绝缘子损坏数量。

通过成都地铁2号线实际运营证明，加装了带串联间隙的避雷器的区段，尚未发生过雷击故障。

3 后续问题

一般为了减少杂散电流对桥梁钢筋的腐蚀，地铁接触网系统的支柱均采用绝缘安装，即：高架区段桥梁上部结构与桥墩之间为绝缘。当雷电袭击发生后，雷电流没有就近泄入大地的通道，导致接触网支柱电位瞬间升高。同时，雷电袭击时，走行轨与道床之间的绝缘层亦会被击穿，轨电位急剧升高，通过走行轨泄露的杂散电流数量会大大增加，若是牵引所附近的走行轨遭遇雷击，雷电会通过回流电缆引回牵引所负极柜，造成电气设备损坏。而对同轨道相连的信号设备亦是事故隐患。因此如何防止迷流，同时又能在遭受雷击时迅速导通雷电流，仍是需要思考的问题。

4 增加雷电流的泄流通道

在高架区段，接触网支柱应按照一定的间隔（目前是250m一处避雷器、200m一处火花间隙）增加安装火花间隙，以增加雷电流的泄流通道，发生在接触线、架空地线上的雷击造成的雷电流能够就近通过避雷器或者火花间隙泄入到大地，可迅速降低支柱与桥梁结构的电位差，同时亦能降低轨道与道床之间的电位差，保护了走行轨与道床之间的绝缘层，防止了迷流的散失，也保护了轨旁设备的安全。

同时由于新增火花间隙对于雷击电流的分流作用，雷电通过回流电缆引回牵引所的几率被大大减小，这对牵引所内设备的保护也起了重要作用。

5 结束语

防雷安全是地铁运营安全保障的重要部分，文章结合当前成都地铁接触网的防雷设计提出了以上一些思考。但是关于目前高架区段接触网的防雷保护仍然有待进一步研究，考虑到雷击发生有太多的不确定性，落雷点具有的随机性，泄流通道的密度等均应结合经济成本，从减少运营维护出发，譬如通过现代仿真技术的应用，计算出最优的防雷保护设置方案。

参考文献

[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.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.

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