电气化铁路直供方式接触网防雷方式研究

文｜ 中铁二院工程集团有限责任公司 黄鑫 赖馨

1 引言

随着我国电气化铁路规模的飞速发展，而接触网系统作为电气化铁路的主要架构，其户外无备用的特殊性使其必须时刻处于良好的工作状态。雷电灾害对电气化铁路的造成危害引起国内外专家的重视，直击雷会直接击中接触网支柱、导线引起的过电压，从而导致接触网跳闸，造成供电系统中断。如果全线没有直击雷护措施，电气化铁路极容易在雷击时发生闪络。

本文结合改建铁路广通至大理线的现场实施情况，利用catia软件对接触网系统进行三维建模，研究了电气化铁路直供方式下避雷线架设的两种方式，并对其防雷效果进行分析。因直供加回流结构简单，维护方便，时速200km及以下的电气化铁路主要采取直供加回流的供电方式，广大线即采用该种供电方式。

广通至大理扩能改造工程是泛亚铁路和滇藏铁路的重要组成部分，旅客列车设计速度为200km/h，采用直供加回流的供电方式。全线年平均雷暴日大于40天，大理等部分地区年平均雷暴日高达60天。全线横穿亚热带地区，雷电活动较为频繁。为了提高供电系统的可靠性，降低直击雷造成的跳闸率，需要在全线加装避雷线。

2 避雷线的架设方式

结合广大线现场条件，目前可以实现的两种安装方式如下：

方案1：在全线接触网系统的支柱顶部通过肩架单独安装避雷线做防雷保护。广大线设计时采用的横腹式混凝土支柱及格构式钢柱均通过肩架安装在支柱顶部，车站内采用的硬横跨钢管柱则通过柱顶预留孔的方式安装在其支柱顶部。

方案2：将回流线升高，通过增高肩架安装在接触网支柱顶部兼做避雷线，实现避雷线的功能，对全线接触网系统进行防雷保护。

3 防雷保护方案综合比较

3.1 接触网参数

根据广大线接触网系统结构参数，基于 catia软件，搭建接触网仿真模型分析其耐雷水平。GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定防雷保护范围采用“滚雷法”确定。接触网系统属于第二类建筑物，规范要求滚雷半径为45米才能保证接触网系统均在防雷保护范围内。利用“滚雷法”得出两种方案的防雷保护范围.

3.2 防雷改造后雷电防护效果分析

通过仿真计算得到两种方案在不同接地电阻情况下反击耐雷水平及绕击耐雷水平，对比结果如表1所示。

由上表仿真计算结果所示，方案2将回流线升高兼做避雷线后接触网反击耐雷水平可以平均提高约20%。方案1单独加设避雷线后接触网反击耐雷水平约提高约40%；导线间相对位置发生改变导致导线间的耦合关系发生改变，因此两种方案对绕击耐雷水平影响不大。同时可以看出，方案1总雷击跳闸率降低65%，方案2总雷击跳闸率降低70%。

通过比较以上两种防雷保护方案，可以发现不论雷电直击回流线还是直击回流线，均产生反击过电压，直击雷电流均通过接触网支柱流入大地，减小了支柱的分流系数，从而减小了支柱的顶端电压。通过仿真计算结果（表1）可以看出，两种方案均可以有效提高接触网系统的反击耐雷水平和绕击耐雷水平，对降低雷击跳闸率有明显的效果。

图3 方案1与方案2防雷保护范围比较

表1 方案1与方案2防雷保护技术经济性能综合比较

4 结论和建议

通过对比研究分析电气化铁路直供方式下接触网系统的两种防雷措施，得出结论如下：

（1）方案1与方案2均可以完全保护接触网系统遭受直击雷害，将导线的雷电绕击率降低至0，提高接触网系统的整体耐雷水平。

（2）方案1中单独增设避雷线，增加了对承力索的耦合系数，降低了接触网系统中绝缘子两端的感应电压差；且减少了接触网支柱的入地电流，因此方案1耐受感应雷水平略高于方案2。

（3）虽然方案1耐雷水平略高于方案2，但结合广大线现场条件，接触网系统的相关工程已经全线铺开实施85%，如果选择方案1，广大线需要全线新增附加导线，不仅增加了工程的建筑安装费，延长了施工工期，并且加大了后期运营维护成本，总体投资远远高于方案2。综上所述，根据广大线的雷害情况以及经济性综合比较，首先优选方案2作为全线接触网系统防雷措施。