高速电气化铁路接触网防雷研究

刘兴科

摘 要：高速电气化铁路中，接触网作为给机车提供电能的主要设备但是由于其位于高速铁路的顶端，容易受到雷击。本文主要是对高速电气化铁路接触网防雷进行阐述，并对接触网防雷害和相关技术进行具体分析，并结合实例对接触网防雷存在的缺点提供了可行性建议，希望本文的分析，可以给高速电气化铁路接触网防雷研究提供参考，为今后高速电气化铁路发展提供一些借鉴。

关键词：接触网系统；电气化铁路；防雷

我国电气化铁路呈东西纵贯南北形式，各个地方的差异显著，所以高速铁路经常使用高架桥形式。由于接触网位于电气化铁路的最高端，所以受到雷击的可能性比较大，一旦遭受雷击，将发生线路跳闸等问题，严重时还有可能给列车运行造成影响，所以对高速电气化铁路接触网防雷进行研究是很有必要的。

1 防雷设计现状

1.1 国内接触网防雷现状

经过对铁道电气化设计规范的研究发现，多发雷区应该安装一些的避雷设置，如对分相、站场绝缘关节、供电线、长度在2000米的隧道两端和接触网的位置安装，减少雷电造成的损失。经过分析发现，国内高速电气铁路防雷措施依然存在很多不足之处，容易引发一些雷击损害事件。如京沪高铁在雷击的情况下，发生多次跳闸，导致列车晚点，给铁路运行造成了严重影响。

1.2 国内外防雷措施

德国防雷时，主要从接触网在一年可能受到的雷击次数出发，不考虑直击雷防护。防雷的时候，主要利用避雷器控制电压形式避雷，对雷电频发区域进行控制，其他区域不进行防雷设置。

日本属于海洋国家，雷电发生较多。按照雷电级别，可以将国土地区划分为ABC三个级别，同时还要根据地区的特点进行防雷处理。A区防雷的时候，主要利用全面防雷措施进行防护，架空避雷线为全线，避雷设置经常设置在牵引变电所出口、接触网开关两侧、架空线终端及架空线和电缆的连接位置。B区域防雷采用重点线路、重点设备进行防护，需要场所沿接触网假设避雷线，将避雷器位置经常设置在接触网隔离开关的两侧、架空线终端以及架空线和电缆连接处。C区域防雷设置在AB区域之外，避雷器位置设置在牵引变电所出口位置、接触网开关两侧以及接触网和架空线缆的连接处。

2 接触网危害分类

2.1 雷击接触网近地面

当雷击接触网距离在65米以内，接触网产生的感应电压可以使用U=25×■（kV）计算；使用50%闪络电压可以衡量绝缘耐雷水平的参数。当盘式绝缘子和棒式绝缘子50%闪络电压为临界数值时，可以将接触网耐雷水平表示为Ign=■。

2.2 雷击接触网支柱

绝缘子闪络是雷击接触网引起的一种状况。当雷电加载到支柱上的时候，就会在接触网导线上产生很大的电压，雷击支柱的时候，产生的电压可以表示为U1=R×I+L■，其中L表示等值电感；R表示支柱产生的冲击电阻，泊头陡度可以表示为？琢=■=■。雷击支柱的时候，会让雷击部位的电磁场迅速发生变化，导致电磁感应线路上产生感应电压，通常电压极性和雷电流方向相反。按照惯例，进行防雷设计的时候，雷电变形为斜角平顶波，如果波头长度为2.6？滋s，按照上述计算，可以计算U2=■h。其中U2表示感应电压；h表示导线距离地面的高度，（m）。接触网棒式绝缘产生的电压就为反击过电压和接触网感应电压之和，即U=U1+U2=R×I+L■+■h。

从上述分析可以发现，线路绝缘子串上产生的雷电与电压和电流、导线长度、导线高度、陡度、支柱接地电阻具有很大关系，如果U和接触网棒式绝缘子串U50%雷电冲击放电电压大或者相等的时候，支柱会对线路产生反射，则线路耐雷水平可以表示为Izm=■。

3 接触网系统防雷

3.1 接触网防雷基本原则

经过对相关资料的分析发现，接触网防雷时，必须遵循相应的防雷原则，然后划分雷击等级和雷击发生的跳闸率，结合分析并制定相应的防雷措施；接地系统和接触网防雷改造结合；各种避雷措施结合防雷；避雷器和接闪器结合防雷等原则是接触网防雷的基本原则。

3.2 防雷技术

经过对国内网防雷措施的分析和了解可知，现阶段进行防雷的技术主要有以下集中类型：第一，安装避雷线防雷。避雷线的安装对避雷防护具有很大作用。避雷线的设置对直接雷具有很大作用，特别是接触网系统绝缘等级非常低下的时候，使用避雷线可以将电压引到绝缘子闪络中，减少了雷电直接产生的雷击。通常将避雷线安置在承力索上方或者支柱上方。第二，安装避雷器防雷。避雷器的安装通常适合雷电多的区域，雷电器安装的数量越多，避雷效果就越明显。第三，选择恰当的绝缘子。雷电系统发生故障的主要原因就是绝缘子不能正常恢复，特别在一些污染比较严重的地区。所以，必须在污染严重的地区安装性能较好的绝缘子，可以使用伞裙结构和大爬距类型的绝缘子。

4 现阶段防雷体系存在的问题和改进方法

经过对《高速铁路设计规范》的查阅并结合实际工作，提出了以下几种改进措施。第一，加强直击雷防护。京沪高铁接触网很多位置都没有设置避雷线。由于接触网关键部位一直增加架设高度，导致防雷效果不断减弱，特别是防护直击雷。所以可以使用增加避雷线的方式进行防护。第二，使用避雷器在线检测。由于很多高速电气化铁路都使用氧化锌作为主要避雷器，但是此种材料的主要缺陷是会随着时间的增长，发生失效。使用避雷器在线检测技术可以对漏电流的大小和计数器动作进行控制，增加了避雷效果。

结束语

本文主要对高速电气化铁路接触网防雷进行研究，重点分析了接触网的危害部位、重点防雷部位和一些简单的防雷措施等，希望这些措施可以对高速电气化铁路接触网防雷提供参考，增加防雷性能，为今后高速电气化铁路发展提供一些借鉴。■

参考文献

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