南广铁路宾郁段雷电时空和方向性分布及其预防

赵朝思

（中国铁路南宁局集团公司 南宁供电段，助理工程师，广西 南宁）

1 引言

高速电气化铁路运输需要有效防止外部因素负面影响才能更好地在国民经济快速发展中发挥作用，减少以至消除雷电极易引发的接触网跳闸，避雷器、绝缘子损坏造成接地等供电设备故障，正是题中应有之义。由于高速铁路为减少征地面积，大量采用高架桥结构，使其在平原地区处在至高点，较之普速铁路遭受雷击机率成倍增加。南广铁路（广西南宁至广东广州）宾郁段（广西宾阳至广东郁南）处于中南半岛雷暴高发区向北延伸区域，做好防雷电工作具有重要意义。

2 南广铁路宾郁段雷电灾害情况

2.1 雷电灾害的空间分布

2.1.1 地形影响 据广西气象资料广西各地年平均雷暴日数为51 d～100 d，远超国内多雷区界定标准为40 d的平均值。在南广铁路宾郁段中，贵港、梧州市，年雷暴日天数平均在90 d左右［1］。从沿线地形上看，来自北部湾的暖湿气流登陆后向北，在贵港至平南一线遇到山脉的阻挡，起到气流自然抬升作用，造成该地雷电活动频繁。

由广西年平均雷暴日数分布图（图1）可见，雷暴日与地形之间存在一定的联系。各条日线与广西区内山势走向基本一致。

图1 广西年平均雷暴日数分布图

2.1.2 土壤电阻率影响 文献［2］中研究结果表明，土壤电阻率与雷暴的形成有密切联系。查阅文献［3］［4］，贵港土壤中铁锰结合占比较高，梧州土壤中含铁量高于平均值8倍左右。与土壤电阻率相关的16个指标中，影响从高到低前三名分别为全铁、Cl、全氮。贵港、梧州地区的土壤中含铁量较高，导致了土壤电阻率较低。在同一地区土壤导电率低的，雷击概率高；土壤导电率均匀的，相对高度较高的位置雷击概率大。同时，带电导线因其自身带有电荷的原因，雷击的概率较高。

2.2 雷电灾害的时间分布图2为梧州市多年月平均雷电时数变化曲线，可见，1、2、10、11、12月雷电活动较少，主要雷电活动自3月份起逐月上升，至5月到达最高值后逐渐回落，形态为单峰型。其原因是春季冷空气南下与海洋上形成的暖湿气流极易形成强对流天气，夏季受到台风、太阳直射北移等天气影响，造成雷电保持在相对较多水平；而到了秋、冬季受到冬季风影响，暖湿气团较弱，因此造成雷电数量较少。

图2 梧州市多年月平均雷电时数变化曲线

图3为梧州市日雷电时间变化曲线，可见在下午至傍晚，雷电活动较为频繁。其原因为太阳辐射强度在午后达到最高峰，这时对流旺盛。地表蒸发较强，极易产生强对流天气。分析2019年南广线宾郁段雷击数据，在27次雷击中，11时-20时雷击次数多达22次，与日雷电时间变化曲线相符。

图3 梧州市7月日雷电时间变化曲线

3 南广铁路宾郁段雷击情况分析

按照国际通行算法，接触网平均雷击次数计算公式为：

其中，T d为年平均雷电日数。在计算复线其雷击为2 N，如上所述，途径区段平均雷电日数90 d。按照南广线宾郁段接触网支柱高度10 m，代入上式可知，每年的雷击次数约为46次。因环保、节约占地等因素影响，高速铁路的桥隧比在逐年升高。南广铁路宾郁段桥隧比达到线路总长的46%，其中隧道长度就占线路总长的37%。减去隧道占比后，理论计算南广线宾郁段的雷击次数应约为29次。实际雷击次数，2017年为27次，2018年为26次，2019年为26次。与理论值基本相符。

对2017-2019年雷击数据分析（见图4），三年中，最早的一次发生在2019年2月11日。雷击次数最多的为6月，共21次。其次为5月和7月，均为18次，8月雷击7次，4月6次，9月5次，3月3次，2月1次。1月、10月、11月、12月未发生雷击。与途径区段的雷击时间分布上基本相符。

图4 2017-2019年雷击时间分布

在空间分布上，如图5所示雷击区域分布在140 km-156 km，219-227 km，243-259 km，330-354 km。以上四个范围雷击占了总雷击次数的67%，分别对应了贵港市内、桂平至平南间、平南县城范围、梧州南至郁南区间，其分布与图1雷暴日线分布基本一致。在山脉走向的因素影响下，与市内高大建筑引雷及城市热岛效应产生的上升气流作用叠加，导致在建筑相对集中的以上四个处所雷击次数较多［5］。

图5 2017-2019年雷击空间分布

4 接触网防雷措施

目前电气化铁路接触网防雷措施主要有在关键部位设置避雷器和架设避雷线两种。常见氧化锌阀组式避雷器的防雷原理主要是释放雷电流的过电压，避免接触网接地短路。但由文献［6］可知，一台避雷器仅能保护附件的3～5根支柱面受雷击影响。但由于这种方法防护范围有限及造成设备数量成倍增加，反而导致了接触网设备的可靠性降低。因此，针对接触网防雷最有效的措施是增设避雷线。

2019年笔者所在单位有针对性地在梧州南至郁南区间架设了避雷线取得较好效果。架设前，该区段2015年遭雷击16次，2016年、2017年、2018年、2019年遭雷击分别为5次、10次、10次和12次，而2020年仅遭雷击2次，说明电气化铁路架设避雷线对防雷效果有明显的改善。

5 结论

接触网雷击与山脉走向、小范围内气候有较直接影响；土壤电阻率的降低使当地落雷几率增大也会增加接触网的雷击次数。根据接触网平均雷击次数计算公式所得落雷数与实际值比较基本一致，但在计算线路长度时需将隧道区段减去。针对雷击接触网目前最有效的防护手段仍是架设避雷线，在实验区段架设避雷线后，雷击次数有明显下降。