高速铁路牵引供电接触网雷电防护探讨

郭 栋



高速铁路牵引供电接触网雷电防护探讨

郭 栋

（中国铁建电气化局集团北方工程有限公司 山西 太原 030000）

近年来，随着我国铁路行业的飞速发展，人们对于铁路的安全性也提出了更高的要求，而牵引供电系统对于铁路的安全性更是具有直接的影响。一旦牵引供电系统发生故障，将严重影响铁路的正常运行。雷击事故作为铁路正常运行的常见且主要安全事故，加强铁路牵引供电系统防雷技术的研究，对于预防此类事故的发生，确保铁路安全正常运行具有重要价值和意义。

高速铁路；牵引供电；防雷；分析

1 导言

一直以来，我国在铁路牵引供电系统防雷技术方面的研究力度和强度都没有停滞过。这主要是由于铁路牵引供电系统防雷技术对于铁路安全和发展具有重要影响。有学者对铁路牵引供电系统在缺乏避雷线的情况下展开了研究，研究结果表明，此种情况下，雷电特性主要表现为雷击次数翻倍增长，与此同时，在高架桥平均高度达到一定数值后，感应电压会非常小，进而引发铁路安全事故。然而，近年来，随着我国铁路建设规模的不断扩大，也伴随高架桥高度的不断增高，感应雷以及直击雷所引发的绝缘闪络次数也呈现出快速增长的趋势。因此，铁路牵引供电系统防雷技术研究力度和强度还应不断加强。

2 铁路牵引供电系统防雷体系相关理论概述

2.1 防雷体系概念

铁路牵引供电设备主要包括变电设备、接触网设备以及远动系统设备。其中，变电设备主要包括变电所、开闭所以及分区所三种。铁路牵引供电设备的作用是确保不间断行车可靠性供电，也就是说，铁路牵引供电能力只有在与线路运输能力相匹配时，方能满足列车密度、运行速度以及重量的具体要求。现阶段，尽管我国变电所的防雷技术已经相对比较完善，但在安装避雷装置方面，却仅在一些关键部位进行了安装，如隧道口两端以及线路变电所的入口等。铁路一般常用高架桥的方式跨越谷地或者河流。而高架桥上的接触网支柱却均是通过桥墩内部的钢筋结构接地等，也就是说，在此种情况下，接地电阻存在一定的不合格，进而出现绝缘闪络。由此可见，避雷设施还应安装在高架桥的两端。

2.2 防雷体系的重要性

铁路牵引供电系统一旦被雷击中，不仅会中断列车供电，还会影响列车的正常运行，更会导致列车安全事故的发生，严重者将会导致人员伤亡和经济损失。例如，在铁路运输的历史发展进程中，由于雷击原因造成的列车事故数不胜数。在这些事故中，7.23甬台温特大铁路事故的发生仅历时7min，其雷击次数就高达近百次。由此可见，铁路牵引供电系统防雷技术研究的重要性。

3 现阶段我国铁路牵引供电系统防雷体系存在的问题

3.1 在直击雷防护方面欠缺全面考虑

现阶段，我国铁路牵引供电系统大多是牵引网和变电所构成。其中，变电所的雷击防护技术已日臻成熟，而牵引网在直击雷防护方面却还存在空白。例如，我国铁路牵引供电系统在防雷击设计过程中，主要考虑了35k V的输电线路，同时还按照普通铁路中的相关规范来设计的。因此，在设计过程中，并没有将避雷针设计在接触网防雷线中。即使在变电站设备中安装了避雷针，但也仅仅限于几处关键位置。由此可见，其对于直击雷防护来说，效果并不十分显著。一般来说，直击雷会主要从雷击承力索、正馈线等方面侵入到接触网中。因此，防雷技术应注重加强这方面的研究力度。

3.2 在冲击接地电阻方面欠缺考虑

相比于普通的铁路而言，高速铁路具有钢轨泄漏电阻大、牵引电流大以及快速绝缘老化等特点。由此可见，其对于铁路牵引供电系统的影响是非常大的，进而严重影响铁路的正常运行。目前，我国铁路所采用的接地方式主要是以综合性接地方式为主。因此，一旦出现雷击，对铁路的冲击是十分巨大的，泄漏一小部分都会导致铁路的接地电阻过高，进而绝缘子出现闪络。

3.3 在雷电防护不同需求方面欠缺考虑

我国是一个地大物博的国家，因而各地区的气候和地址也具有各自不同的特点。这反映在铁路牵引供电系统防雷技术设计方面，就增加了难度。也就是说，雷电防护设计时应考虑各地不同土壤与雷电参数的关系。例如，高速铁路架设时，由于其涉及的地域比较广，跨度比较大因而经过线路较多。由于不同土壤参数与雷击参数具有不一致性，因而雷击发生所带来的危害也是各不相同的。然而，现阶段，我国并未考虑这种地域差异，进而还没有完全做到全面性的雷电防护。

4 优化铁路牵引供电系统防雷技术的几点建议

4.1 正馈线与承力索的防雷技术设计

鉴于目前我国铁路牵引供电系统还没有较为全面的防雷击措施，因而导致铁路无法正常运行。由此可见，为进一步完善直击雷防护设计，应着重从以下几方面来考虑：第一，国家应及时制定各种防护措施预案，以应对紧急铁路事故的发生；第二，制定防护措施时应依据110kV电力系统；最后，通过提升保护线、回流线的使用以及专门避雷针的使用等进行防护。

4.2 雷击保护线与避雷线过电压防护设计

为最大限度降低雷击危害，在电压防护设计中，应注重保护线提升，进而保护正馈线和承力索。在高架桥上架设避雷线后，正馈线和接触网对直击雷的防护会发生重大变化。因此，也就成了两种方式的有效防护，一种是反击雷防护，而另一种则是感应雷防护。其中，对于反击雷的解决方式较为常用的一种就是局部地区接地电阻降低，进而有效降低冲击接地电阻。

4.3 绝缘子永久性破坏的保护方法

绝缘子在雷击发生后，电压会产生闪络。绝缘子由于闪络而工频不断被烧毁，进而造成永久性的损坏。这给铁路行业造成了严重的经济损失。因此，注重绝缘子永久性破坏的防护也是至关重要的。一般情况下，可将保护间隙加装到水平绝缘子和悬式绝缘子两端，或者在保护间隙中安装避雷针，以及时定位雷击闪络，从而对工频电弧进行有效疏导，进而起到保护绝缘子的作用。然而，采用这种方式保护绝缘子，一旦发生雷击，极易发生跳闸的现象。

4.4 注重雷电监测实行差异化防雷

雷电监测系统作为一种在线系统，其不仅是全自动的，更能够展开大面积的实时监测。因此，是目前相对比较有效的一种雷电检测方式。由此可见，该系统的应用均是在计算机上实现的。尽管如此，在适用性和准确性方面却有待提高。因此，应从各地域实际情况出发，进行区域划分，在此基础上，采用差异化且具有针对性的防护措施。另外，还应确定雷电参数等方面对直击雷和感应雷的防护措施，进而实现差异化设计。

5 结语

综上所述，铁路牵引供电系统的安全性以及可靠性是至关重要的，不仅关系到铁路的正常运行，还关系到铁路行业的发展，更关系到人们的生命安全。因此，在深入了解和掌握防雷体系概念的基础上，充分认识防雷体系的重要性，对于增强防雷意识是非常必要的。另外，针对现阶段我国铁路牵引供电系统防雷体系存在的问题，从正馈线与承力索的防雷技术设计方面、雷击保护线与避雷线过电压防护设计方面、绝缘子永久性破坏的保护方法以及注重雷电监测实行差异化防雷方面等提出优化铁路牵引供电系统防雷技术建议，对于提高铁路牵引供电系统的防雷能力，增强铁路安全运行等是具有重要影响的。因此，未来还应继续加强这方面的研究深度。

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in recent years, along with the rapid development of railway industry in China, people also put forward higher request to the safety of the railway, the traction power supply system for the safety of the railway but also has a direct impact. Once the traction power supply system fails, it will seriously affect the normal operation of the railway. Lightning accident as a common and normal operation of railway major safety accident, strengthen the railway traction power supply system of lightning protection technology research, to prevent the occurrence of such incidents, to ensure the safe and normal operation of the railway has the important value and significance.

high-speed railway; Traction power supply; Lightning protection; Analysis of the

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.083

U223.8

A

1672-9129(2017)11-0071-01