中国铁路雷电灾害时空分布特征

徐雨晴，何吉成

中国铁路雷电灾害时空分布特征

徐雨晴，何吉成

在阐述雷电灾害对铁路危害形式的基础上，综述了我国雷电灾害的时空分布特征，分析了我国易受雷电灾害影响的线路分布，并提出了防御雷电灾害的建议。

中国铁路；雷电；灾害

0 引言

铁路是我国国民经济的大动脉和大众化交通工具，在国家综合交通运输体系中处于骨干地位，近10年来，我国铁路路网规模不断扩大，截至2010年底，我国铁路营业里程已达9.1万公里，里程长度居世界第2位[1]。雷电是发生在雷云之间或雷云对地放电的一种自然现象。我国地处温带和亚热带地区，雷电活动十分频繁，雷电因其强大的电流、炙热的高温、强烈的电磁辐射以及猛烈的冲击波等物理效应而能够在瞬间产生巨大的破坏作用，造成雷电灾害[2]。雷电灾害已成为危害程度仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大气象灾害[3]，严重威胁着我国社会公共安全和人民生命财产安全。我国地域辽阔、地形多样、自然环境和气象条件复杂，铁路线路面广、线长，部分路网处于雷电多发区，铁路运输活动深受雷电活动的影响。如2007年8月2日，强雷电天气损坏了沪宁线上行线的接触网，导致D428次动车组在苏州站断电停车，晚点近2 h[4]。2011年7月26日，雷电极端强对流天气导致铁路接触网失去供电，致使襄渝线几近瘫痪，直接造成襄渝线的列车大面积晚点[5]。2011年“7·23”甬温线特大铁路交通事故也与雷电有关。

有研究表明[6]，闪电活动对全球陆地地面气温季度平均值的年际变化有灵敏的正响应，这表明在未来全球气候变暖的背景下，雷暴这类强对流灾害性天气的发生频率将增多，因而对铁路运输的影响将趋频趋强。因此，通过综述并分析我国雷电灾害的时空分布特征，了解铁路雷电灾害发生的重点区域，对促进铁路行业防灾减灾具有重要的意义。

目前，对全国各区域雷电时空分布特征及其影响因素分析的报道已有很多，但是铁路沿线的相关报道在国内非常有限，近几十年有相关分析的铁路主要有青藏铁路[7，8]、广深铁路[9]、京沪高铁[10]以及武广高铁[11]。本文在分析雷电对铁路危害的基础上，根据雷电灾害的时空分布特征，分析了我国易受雷电灾害影响的线路，并提出了防御雷电灾害的建议，为提高铁路抵御雷电灾害的能力提供参考。

1 雷电对铁路运输的危害形式

雷电灾害泛指雷击或雷电电磁脉冲入侵和影响造成人员伤亡或财物受损，造成不良的社会和经济后果的事件[2]。铁路雷电灾害是指因雷电活动造成铁路通信、信号、车辆、供电系统发生故障，或站场、油库、厂房、车间、设备因雷击遭到破坏，从而对铁路正常生产、运营等活动造成不利影响的自然灾害。在电气化铁路日益增多的今天，雷电对高架电线，特别是对带高压电的电气化铁路动力输电线路威胁很大。另外，雷电可危及铁路通信或信号，使通信中断，造成指挥失灵。

雷电对铁路的危害形式有：（1）对铁路输变电系统造成损害，铁路变配电所是铁路电力供应的枢纽，一旦遭受雷击将会引起大范围的停电事故，影响列车运营。（2）对铁路信号系统产生危害，铁轨是雷电的良导体，与轨道连接的信号设备容易受到雷击危害。（3）对铁路通信系统产生危害，雷电通过传导、感应损坏站内通信信号设备及网络通信设备；通过入侵计算机通信线路损害铁路无线通信设备。（4）对电气化铁路的接触网系统造成损害，接触网系统中支柱和绝缘子损坏会造成牵引系统永久性接地故障，迫使供电中断。（5）对铁路其他弱电系统造成危害，如售检票系统、设备监控系统、火灾自动报警系统等。（6）对高原线路客车产生影响，因运行环境一般极其恶劣，高海拔、强雷电环境对铁路客车电气产品的影响非常显著。

2 铁路雷电灾害时空分布特征及线路分布

2.1 雷电灾害的时间分布特征

我国雷电灾害具有发生频次多、范围广、雷暴活动期长等特点，其时空分布和整个区域一样，在年际、季节及时段尺度上都表现出显著的特征。

2.1.1 年际分布

在年际分布上，就全国总体情况而言，近几十年雷电日数呈下降趋势，在雷电的4个多发区（南方区、高原区、北方区和新疆区）中，高原区和南方区的下降趋势更明显[12]。

2.1.2 季节分布

我国雷电大都发生在4—9月，南方雷电发生时间较长，尤其是华南区，雷电发生在3—9月，而北方区雷电发生时间较短，主要集中在夏季[13]。

中国铁路沿线与区域情况一样，雷电灾害发生的季节性变化明显，雷电高发期一般都集中在夏季（占70%以上），春、秋季其次，冬季雷电很少。例如，青藏高原铁路沿线闪电主要发生在4—9月，占年总闪电的94%以上，其中夏季6—8月份占到70%以上；11—12月发生闪电很少，只占总数的0.15%[7]。京沪高铁沿线的闪电活动也主要发生在4—9月，其中6—8月最集中，7月为峰值月份，10月以后迅速减少，11月—次年3月基本没有明显的闪电活动[10]。武广高铁湖北段沿线一年四季均有雷暴发生，4—8月是易遭雷击的高危期，其中7月平均雷暴日最多，8月其次[11]。

2.1.3 时段分布

我国雷电大都发生在4—9月午后到深夜（12： 00～24：00）[12～14]，13：00～20：00是雷电灾害发生的集中时段，其中15：00～17：00和19；00～20：00为高发时段。不同区域在时段分布上差异较大，如西南地区4—8月是闪电高发期，时段集中在傍晚和午夜前后，以夜晚雷暴居多[15]。东北地区雷电主要发生在12：00～22：00，峰值出现在15：00和18：00[16]。相对来说，北方区雷电发生时间较短、时段较晚[12]。不同季节出现闪电高峰的时段也不同，冬季主要在中午，闪电维持时间最短，秋季主要在下午，春季主要在晚间，夏季主要在傍晚[14]。

铁路不同线路雷电发生时段差异较大，总体来说，以下午和前半夜居多。例如，京沪高铁沿线闪电活动在下午和前半夜比较频繁，后半夜、早晨和上午闪电活动相对较少[10]。青藏铁路沿线区域年均日发生闪电数白天约占66%，而夜间约占34%[7]，12：00～16：00（地方时）最易发生[8]。

2.2 雷电灾害的空间分布特征及铁路线路分布

2.2.1 空间分布特征

年雷暴日是指一年中的雷暴日数，铁路接触网遭受雷击的频度与线路所在地区的年均雷电日数有关[17]。我国年雷暴日数在空间分布上变化很大，具有明显的区域性特征。文献[12]研究表明，国内雷电多发区主要有4个：南方区、高原区、北方区和新疆区。文献[2]明确指出，雷暴活动多发区主要集中在华南、西南南部以及青藏高原中东部地区，年雷暴日数在70 d以上，其中云南、海南、广东、广西、西藏这些省区的局部地区超过90 d，广东省部分地区甚至超过100 d。夏季是全年雷暴最多的季节，华北北部、江南南部、华南、青藏高原大部以及天山西侧超过30 d，其中华南中部和西部、云南南部、青藏高原中东部有40～60 d[2]。

2.2.2 沿铁路线路分布

夏季是我国雷电灾害多发的季节，通过叠加夏季雷暴日数分布图[18]和铁路线网分布（图1）可以看出，容易遭受雷电灾害的线路主要处于华中南部、东南地区、华南地区、西南地区的云南境内、青藏高原中东部地区。主要线路有：华中南部地区的京广线湖南段、沪昆线江西段和湖南段、向乐线、醴茶线等线路；东南地区的沪昆线浙江段、金温线北段、鹰厦线、皖赣线北段、峰福线横南段、赣龙线、漳龙线、漳泉线西段等线路；华南地区的京九线江西南段和广东段、广九线、汕头线北段、京广线广东段、三茂线、湛海线、海南西环线、黎湛线、钦北线、南防线、湘桂线广西段、南昆线广西段、黔桂线广西段等线路；西南地区的内六线云南段、南昆线云南段、广大线、水红线、沪昆线云南段、蒙宝线、昆河线、成昆线云南段等线路；青藏高原中东部地区的青藏铁路西藏段。在路局分布上主要集中在南昌局、广州铁路集团公司、南宁局、昆明局和青藏铁路公司。

由于雷电活动频繁，广深线一直深受影响。仅在2000年广深线就发生雷击接触网跳闸45次[18]，据不完全统计，2004—2009年，广深线雷击损坏支柱109根、损坏绝缘子97处[9]。青藏铁路沿线闪电分布在南北向上变化较明显[8]。青藏铁路沿线闪电频数随经纬度也有一定的分布规律：青藏铁路跨越路段北纬30°～35°是闪电高发区，高原南部北纬25°～30°之间为低发区，北纬35°以北明显偏少；青藏高原区东经84°～96°之间是较高发区[7]。

图1 国内铁路雷电灾害线路分布图

3 铁路行业防御雷电灾害的建议

国内铁路面广、线长，既有强电设备，又有大量的通信、信号、监控、传感等弱电设备，外场设备遍布全路段，很容易遭受雷电感应或雷击。雷击事故轻则击坏设备，导致系统丧失部分功能；重则导致全系统瘫痪，功能尽失，给铁路运输安全带来极大的隐患，因此加强铁路行业的雷电防护具有重要的实际意义，现就提高国内铁路的雷电防御能力，提出以下建议：

（1）铁路运输部门要加强与沿线气象部门的沟通协作，密切关注气象部门发布的雷电预警预报信息。尤其是辖区内雷电多发的广州局、南昌局和昆明局要密切关注当地气象部门的短期和临近雷电预报信息，及时进行防范或启动应急方案。

（2）铁路行业防雷工作要因地制宜，有所侧重。雷电灾害与线路所在地形、气象条件密切相关，不同的地域差异较大，同一条线路沿途地形差别很大，一般山区路段雷害多于平原，因此应在防雷设计时充分考虑这些因素。如在接触网上安装避雷器时，应充分考虑线路所处的小地形小气象条件，综合考虑，适量安装。

（3）重点抓好电气化铁路的防雷工作。电化区段的电化干扰给防雷工作增加了难度，需要解决避免牵引电流迷流影响等问题[19]。提高电气化铁路接触网的耐雷性能、减少雷击故障跳闸率是保障电气化铁路运输安全的基础。接触网防雷的主要方法有降低接地电阻、增设线路避雷器、架设避雷线（针）和提高绝缘等级[20]。

（4）提高客运专线和高速铁路防雷水平。随着以京津城际、武广、郑西、京沪等为代表的一批高速铁路和客运专线的相继运营，为保证运行安全，速度很快的动车组对雷暴等不利气象条件极为敏感，过去对铁路运输影响不大的轻微雷暴活动也会造成动车组降速、晚点或停车。为解决高速铁路的防雷问题，不能照搬过去普通铁路的防雷标准、工艺和规范，必须出台针对高速铁路的防雷规范标准，从而提升高速铁路的防雷水平。

4 结语

雷电对铁路造成的危害表现在：对铁路输变电系统、信号系统、通信系统和其他弱电系统造成危害，对电气化铁路的接触网和高原线路客车威胁较大。在时间上，我国铁路雷电灾害多集中在夏季，春、秋季次之，冬季较少。铁路不同线路雷电发生时段差异较大，以下午和前半夜居多。在空间上，我国容易遭受雷电灾害的线路主要处于华中南部、东南地区、华南地区、西南地区的云南境内、青藏高原中东部地区，共有30多条，以华南地区数量最多。为提高我国铁路行业的雷电防御能力，铁路运输部门要加强与沿线气象部门的沟通协作，因地制宜、有所侧重地开展防雷工作，重点解决电气化铁路的防雷问题，尤其是要提高客运专线和高速铁路的防雷水平。

目前我国开展铁路雷电灾害时空分布的研究工作非常有限，为了更明确了解全国铁路主要线路的雷电灾害分布特征，掌握其分布规律，减少雷电灾害带来的经济损失及人身伤亡事故，今后需进一步加强这方面的研究工作。

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Based on the damage forms and spatio-temporal distribution of lightning disaster, the distributions of the railway lines that easily suffer from lightning disaster were analyzed and some suggestions were put forward.

China railways; lightning; disaster

U228

B

1007-936X(2015)01-0047-04

2014-09-11

徐雨晴.中国气象局国家气候中心，高级工程师，电话：13521295210；

何吉成.交通运输部规划研究院环境资源所，副研究员。