电气化铁路接触网防雷技术研究

张秋澎

摘 要：近些年来，电气化铁路因为运力大、速度快、能效高等特点，已经逐步成为国内铁路运输发展的主要趋势。作为电气化铁路的重要组件之一，一般接触网处于露天环境中，容易遭到雷击。一旦防雷设备出现故障，就可能会造成绝缘子闪络，引发牵引变电所相应保护跳闸，进而给铁路运输系统的正常运营带来影响，雷击的侵入波会沿着接触网进入牵引变电设备，可能引发电气设备故障，以致于造成更大的损失。为了增强电气化铁路供电的可靠性，就必须做好防雷措施，这对于铁路的安全运营有着积极作用。

关键词：电气化铁路 接触网 防雷 保护措施

中图分类号：U226  文献标识码：A    文章编号：1003-9082（2019）06-0-01

一、铁路接触网防雷概述

1.电气化铁路接触网遭受雷击的危害

我国地域辽阔，每个地区的雷电日的长度和强度有所差异。从已投入运营的电气化铁路雷击历史记录来看，接触网雷害问题可分为以下情况：首先，雷电并未直接触及接触网，而造成感应雷过电压。其次，雷电正中支柱而造成冲击过电压，并在接触网上产生感应过电压。最后是雷电直接击中接触网，从而形成行波过电压。当接触网受到雷击的时候，由于线路上的过电压而造成绝缘闪络，从而使接触网发生跳闸，甚至会导致接触网断线并引发短路等故障，而接触网发生跳闸时，不但会让其设备自身因雷击受损，还会影响接触网所在线路及相邻线路列车的运行。沿线的管辖工区就必须迅速出动，对其进行巡查检测。还可能造成更大的接触网塌网事故，以致于造成线路供电中断，干扰了铁路交通的正常运营，给社会经济带来重大损失。

2.研究接触网防雷措施的意义

接触网通常是电气化铁路沿途比较高的物体，而且其导线通常是具有良好导电性能的铜铝材，相比周围地形更容易遭到雷电袭击。在接触网附近发生雷击或落雷时接触网产生的过电压称为大气过电压。在遇到雷害情况时，这种峰值过高的过电压可能会使绝缘子闪络、击穿而发生短路事故，造成接触网设备损坏，即使未发生短路事故，接触网多次发生大气过电压，也会使设备绝缘老化，绝缘能力下降，给铁路交通运输带来安全隐患。由此可见，为了确保铁路交通运输的安全、稳定运营，就必须提高对接触网防雷的重视程度，要建立和完善防雷击的保护措施。

3.接触网防雷措施的特点

从雷击危害性的方面来看，耐雷水平及雷击跳闸率是评估接触网的防雷性能是否优异的标准，当接触网线路耐雷能力越强，相关线路的绝缘子出现闪络的可能性就越低。而牵引系统绝缘子的绝缘性能以及防雷设施是影响接触网抵御雷击性能的重要因素。作为输电线路中的一种特殊类型，接触网在防雷击时有着自身的特点：首先，由于缺少避雷装置，接触网防御直击雷的效果不佳。尽管架空的地线和回流线在防御雷击方面有着一定的作用，但由于架设的高度不够高，难以实现直击雷的完全防御。其次，接触网支柱一般是沿着铁路沿线设置，通过其回流线来保护地线接地装置，防止闪络出现。支柱底部的螺栓虽然有着一些接地导电的作用，但是其接地的电阻通常较高。

二、常用防雷措施在接触网中的应用

在做防雷措施保护的时候，可借鉴输电线路的常用防雷方法，从而增强抵御雷击的性能，确保其供电的稳定性，进而保障铁路交通运输的安全稳定。避雷器和避雷线的安装和架设，是当前提高防御雷击能力的主要方法，但要确保其接地性能的完好。

1.安装避雷器

在电气化铁路的供电系统中，直接供电是最为常用的供电形式。在具体实践中，通常使用重量轻、体积小、结构简单易安装的避雷器，来作为接触网防御雷击的安全装置，其防雷性能能够和接触网的绝缘性能相匹配，雷击保护的范围较大。当前，氧化锌避雷器是电气化铁路系统中常用的防雷装置。对于雷击现象频发的高雷区，可在接触网的局部关键位置安装避雷设施。避雷器在接触网电压处于正常工作电压时，呈现出较高的电阻状态，只有极少量的电流能够通过。当雷击现象而产生高瞬态过电压通过时，避雷器在电流的作用下呈现出低电阻状态，从而将其两端的残余电压控制在安全的区间内，起到保护接触网抵御雷击损害，并限制续流的时间，从而避免牵引变电所出现馈线跳闸现象。另外，由于雷击能量被避雷器吸收，接触网的支柱、绝缘子等只需要承受来自避雷器两端残压的冲击电压，使得接触网抵御雷电冲击的能力大大增强。

2.降低接地电阻

电气化铁路沿途土壤的电阻比普通土壤的电阻要高得多，这就给低电阻地网的制作带来较大的影响，造成施工成本较高的问题。当采用常规方案完成低电阻地网的制作后，支柱的接地电阻会随着时间的推移而持续增高，并因气候条件的影响而出现变化，针对这种接地电阻呈现降低的情况，可采用扩大地网的铺设面积、提高接地网的埋深、利用降阻剂来降低土壤电阻、增加垂直接地体等。同时，可按照具体状况监测接触网的支柱接地情况，以保证其接地电阻长期处于安全的规定范围内。

3.加强雷击跳闸分析、提高应急处置

要加強对雷击跳闸情况的分析，做好雷电计数器的记录。同时，当因雷击现象造成供电系统跳闸后，不但要立即安排人员进行抢修，还要在故障位置前后3公里的沿途进行设备巡视检查，并且对电力机车做添乘检查。首先，在天窗期间要对相关电气设备做严格的排障处理，要及时检修或更换被雷击损坏的电气设备。其次，按照设备跳闸时的故障检测数据，将其和巡检时的具体故障点的位置进行对比分析，再对故障检测参数做相应调整，以便提高故障检测的精准性，在以后的工作中能够及时准确的找到故障位置。最后，要根据所在地区的气候条件，健全相应的故障应急处理方案，当遇到雷雨天气频发时不至于手足无措。

4.使用合成绝缘子，加强绝缘子的清扫

在雷击现象高发期间，经常出现烧毁绝缘子的情况。针对这一问题，首先对工频电弧做及时的疏导，减少其在绝缘子表层燃烧的几率。其次，为了降低工频电弧和线路之间出现闪络的几率，不但要使用避雷线和避雷器，还要增强绝缘子的耐灼烧标准，使其能耐受5次以上工频大电流电弧的灼烧。可使用耐灼烧性能较强的合成橡胶材质的绝缘子，当工频电弧灼烧绝缘子的时候，产生的气体会将工频电弧从绝缘子上吹离。另外，硅橡胶材料不会因局部受热而立即开裂，这有利于绝缘线路的恢复。绝缘子经过灼烧后不会脱落，导致丧失其绝缘性能，能够让供电线路保持正常供电状态。瓷材质的绝缘子在灼烧时会丧失原本的绝缘效果，以致于供电线路难以快速重新合闸。合成材质的绝缘子虽然具有较强的耐灼烧性能，但依然会被工频电弧所损害，其硅橡胶部分被灼烧后会分解出一些物质，使其抗污性能和憎水性降低。灼烧位置有可能因再次运行而产生老化脱离的现象，给供电线路的稳定性造成不利影响。另外，各种类型的牵引机车所排出的废气、机车运行时所挂起的尘埃会覆盖到接触网的绝缘子上面，以致于绝缘子的绝缘性能因污染而降低，以致于出现闪络现象。因此，要按照铁路运输系统的实际情况，对接触网的绝缘子做及时的清洗，以降低闪络产生的几率。

三、电气化铁路接触网防雷需要注意的几点

第一，可在电气化铁路沿线设置一些包芯铝绞线材质的架空地线。由于架空地线对接触网的屏蔽，及接触网、架空地线间的耦合作用，从而可以减少雷电直接击于接触网的机会。另外，可在铁路沿线的路基处增设铜芯电缆，以便为雷击提供更快的泄流渠道。针对加强线的区间，当加强线退出运行时会短暂触及接触网的支柱，使自身成为支柱上方的架空线。这时，当加强线脱离运行状态时，要把其同接触悬挂之间的链接卸掉，并通过铜芯电缆把路基区域的接触网同预埋螺栓相连接，然后把连接地网和桥梁的架空线联结起来。

第二，为了降低直击雷的损害程度，对雷电日数长达四十天以上的电气化铁路沿线增设避雷线。对于雷电日数较少的区域，可根据沿线雷击损害数据，在个别关键地点增设避雷线。

第三，为了降低感应雷的损害程度，可在雷击高发区段增设避雷器。另外，还要在超2公里的隧道两端，分相和站场端部的绝缘锚段关节，供电线连接到接触网上接线处，分区亭、开闭所、AT引入线处等关键位置加设避雷保护设施。

结束语

接触网在长期使用过程中，可能因种种因素而出现故障问题。如果在抢修处理的措施不合理，就可能导致大量检修成本的增加，还会造成故障性质的变化。因此，为了电气化铁路的安全运营，就要对接触网故障进行及时有效的排障分析和处理，根据故障原因的不同而采取对应的防御方案，从而减少铁路运行故障的出现，保障铁路交通系统的正常运营。

参考文献

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