关于高速铁路的牵引供电接触网雷电防护方法分析

曾凯

（南宁铁路局供电处 广西南宁市 530000）

关于高速铁路的牵引供电接触网雷电防护方法分析

曾凯

（南宁铁路局供电处 广西南宁市 530000）

高速铁路接触网是沿着高速铁路线路上空架设的列车动力系统，为机车输送电力，高速铁路列车运行的电力来源就是通过牵引供电接触网进行输送。高铁已经成为我国普遍的交通出行工具，因此在快速便捷的同时，也要保证其安全性和可靠性。高铁牵引供电系统的雷电防护缺陷包括直击雷防护、冲击接地电阻和不同地区对雷电防护要求的差异，为避免雷击对高铁线路带来的负面影响，研究高铁接触网防雷要点是非常有必要的。

高速铁路；牵引供电接触网；雷电防护

前言

经济的发展和交通运输的时效性、便捷性、安全性息息相关，据研究，当交通运输行业较为发达时，经济的增速就会更快。自武广高铁开通以来，我国高铁的发展越来越迅猛，到目前为止，我国高铁的运营里程已经达到1.8万km，快速铁路网络总里程已经超过了4万km。就规模而言，我国高铁事业的发展举世瞩目，但对于安全性应予以同样的甚至更高的重视，尤其是牵引供电接触网防雷设计方面。雷击对高速铁路接触网的威胁非常大，会严重影响高铁的正常运行，因此必须重视接触网的防雷问题，保障高铁系统安全稳定运行。

1 广西高速铁路的发展

目前，广西境内的大多数城市都已经开通高铁线路，主要包括广西沿海线、南广线、贵广线、南昆线（南宁-白色段）等。自2013年至今，广西高铁里程已经增至1800多km，境内里程就超过了1700km，广西高铁里程已经位居全国前列。从2013年12月开始，广西相继开通了南宁-桂林、南宁-柳州、南宁-北海、南宁-防城港、南宁-钦州、南宁-梧州等高铁线路，高铁开通后，广西桂林、柳州、南宁、梧州、钦州、北海、防城港等城市之间实现了高铁高速衔接，形成了从南宁到北部湾城市的1h交通圈以及南宁到广西境内各主要城市的2h交通圈，极大地改善了广西民众的出行质量。

2 高速铁路牵引供电系统接触网设计

2.1 基本概念

我国对高铁的运行安全有着明确的要求，根据颁布的规定，对高铁牵引供电接系统触网的雷电防护提出了具体要求划分：年均雷电日在20d（不含）以下的地区为少雷区；年均雷电日在20d（含）以上40d（不含）以下的地区为多雷区；年均雷电日在40d（含）以上60d（含）以下的地区为高雷区；年均雷电日在60d（不含）以上地区为强雷区[1]。不同地区雷电产生的频率有所不同，因此雷击程度也不相同，这样就需要在建设牵引供电接触网时采取有针对性的防护措施。

2.2 分析计算

一般来说，年平均雷电日较多的地区，牵引供电接触网收到雷击的概率也会相对较高，因此两者关系成正比。高铁线路的接触网承力索通常在离地面7m的高度，侧面的限界通常为3m。单线接触网遭遇雷击的次数有一个计算公式：N=年均雷电日×0.122×1.3；复线接触网遭遇雷击的次数也有一个计算公式：N=年均雷电日×0.244×1.3.当遭到雷击时，影响接触网损伤程度的因素主要包括导线的高度、雷电的电流和电压、接地电阻等。对多种会造成接触网损伤的因素进行综合考虑，设计出具有防雷效果的接触网，将显著加强接触网的运行稳定性。

3 高速铁路牵引供电系统雷电防护缺陷

3.1 直击雷防护

高速铁路的牵引供电系统一般使用相当于电力系统35kV的电压等级，因此在进行高铁牵引供电系统接触网防雷设计时，主要参照电网输电系统的35kV中压输电网络防雷设计方案或常规铁路牵引供电系统的防雷设计方案设计。在高铁的牵引供电系统防雷设计中，没有架设避雷线，需要对关键部位的设备加装避雷器。由于高铁的速度特性，桥梁是高铁线路的主要结构，高架桥的接触网对地高度已经相当于110kV的架空线路了，并且没有避雷保护措施，很容易遭到雷击。

3.2 冲击接地电阻

高铁和常规铁路有很多不同点，比如在牵引电流方面，高铁就明显大于常规铁路，高铁钢轨泄露的电阻也大于常规铁路。以客车为例，和钢轨电位比起来，常规铁路对线路的要求相对较低，因此高铁维护工作人员在工作过程中就比较容易发生触电事故。因此，现代高速铁路主要采用综合接地的接触网设计方式，在某些地段要打接地极，并且对接地电阻的要求较严格[2]。但实际上，当遭遇雷击时，由于雷电冲击较强，接地电阻会超过正常值，从而导致绝缘子发生闪络现象。

3.3 地区雷电防护要求差异

不同地区，雷击的频率和强度都不相同，土壤参数也存在差异。在建设高铁的过程中，由于其地域跨度很大，线路也较长，因此在高铁的整个沿线地带通常会有多种雷击和土壤参数，不同的参数产生雷击的危害也不相同。因此接触网的防雷设施就必须作出针对性的设计。但在实际工程中却没有将这一因素考虑进去，使得雷电的防护措施不够完善，无法完全发挥防雷击作用。

4 高速铁路牵引供电系统雷电防护要点

4.1 接触网的安装

目前高铁广泛采用AT供电方式（自耦变压器供电方式）接触网供电方式，其AF线和PW线安装位置如图1所示。

图1 AF线和PW线安装位置示意图

PW线安装于AF线的下方，在这种安装方式下，采用电气几何模型及先导发展模型计算接触网直接落雷闪络概率，条件为：自然产生的雷电绝大部分是负极性，直击雷的过电压是负极性，采用绝缘子U50％为计算过程中的闪络判据；假设雷暴日为20d和40d，根据这两种情况进行计算。接触网绝缘子的正负极性标准雷电冲击50％放电电压如表1所示。

表1 接触网绝缘子雷击50％放电电压表

线路总暴露宽度×线路长度=线路引雷面积，线路引雷面积×地闪密度=年雷击闪络次数。当线路长度为100km时，就可以计算这一区域内的年闪络次数。

4.2 雷电防护建议

（1）高铁经过的一些区域，年平均雷电日数量非常大，属于多雷电地区并且这些地区中很多都具有地势开阔的特点，自然环境缺乏防雷能力，高架桥就容易成为雷击目标。因此上述区域的防雷击保护措施应引起特别重视。

（2）因接触网所在区域不同，因此遭遇雷击的强度有明显区别，并且防雷电措施应同跳闸统计数据结合。在架设避雷线和避雷针时，应根据雷击的程度适当增加架设的密度，还要注意直击雷防护措施。

（3）在同一区域内，接触网的防雷设计可以采用在顶部安装避雷线的方式，而在年均雷击日数较多的区域，最好安装避雷针以加强其防雷能力。

（4）避雷针和避雷线自身的避雷范围都有限，因此应采取多种避雷设备联合使用的方式以加大避雷的范围。通过计算，对整体避雷的范围能够大致确定，这样就能有效防护可能存在避雷漏洞的地区。

（5）可以在接触网支柱的顶部安装防雷设备，它可以对支柱的两侧高压带电部分同时进行保护，雷电保护的范围更大，能够有效降低直击雷给接触网的高压部分造成雷击伤害。

（6）接触网在架设避雷线或避雷针时，如果可以采用绝缘的方式，使其单独接地，就能够既降低直击雷的危害，也降低反击雷的危害，有效避免因雷击而造成的接触网高压部分出现损坏，确保高铁正常运行。

（7）在接触网顶端架设避雷线或避雷针时，避雷设备应保持与信号设备至少15m的距离。应在架设接触网避雷线之外，再加装绝缘装置，并且在邻近的支柱顶端单独架设避雷针并接地。

（8）站场接触网的防雷体系建设如果能够同周边建筑的防雷设备融合，就能在极大增强高铁防雷击能力的同时，减少成本消耗。在站场关键路段单独架设避雷针还能达到更好的避雷效果。

5 结束语

高速铁路不仅要具有速度优势，更重要的是安全、稳定、可靠。自然灾害中，对高铁运行影响最明显的就是雷电，因此，加强高铁牵引供电系统接触网的防雷措施极其有必要。随着我国科技实力和对高铁重视程度的发展和深入，更先进、更可靠的避雷措施一定会更可靠地保障高铁的安全运行。

[1]汪德耀.高速铁路牵引供电接触网雷电防护探讨[J].中国高新技术企业，2016（9）：104～105.

[2]孙天梁，曹建兵，祁玉栋，等.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].城市建设理论研究（电子版），2015（18）：3653～3654.

U417

A

1004-7344（2016）36-0059-02

2016-12-15