高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護探討

摘要：隨著交通運輸業的發展，高速鐵路已經成為人們出行的重要設施，并且普及范圍越來越寬廣，高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護是對人們出行安全的保障，是推動高速鐵路進一步發展的必要舉措。文章對高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護進行了探討。

關鍵詞：高速鐵路；牽引供電；接觸網；雷電防護；交通運輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM922 文章編號：1009-2374（2016）13-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.050

高速鐵路目前在國內已經逐漸向各個地區普及，由于高速鐵路面對的安全要求更高，因此需要牽引供電系統能夠正常運行。在遇到雷雨天氣時，該系統要能夠對雷電進行防護，以免列車的供電被迫中斷，給人們的生命安全帶來威脅。對于高速鐵路牽引供電接觸網的雷電防護的研究對保證人們的安全具有十分重要的作用。

1 高速鐵路牽引供電系統雷電防護缺陷

1.1 直擊雷的防護問題

高速鐵路牽引供電系統在電壓等級上來說相當于電力系統的35kV，所以在對接觸網防雷進行設計時，需參考35kV輸電線路及普速鐵路接觸網的規范，在整個接觸網防雷線中沒有架設避雷線，需對關鍵的設備加設避雷器。高架橋是高速鐵路的主要結構，高架橋接觸網在對地高度上相當于110kV架空線路，因為沒有避雷線的保護，使得直擊雷很容易危害到接觸網。直擊雷一般會從三個地方入侵：一是對承力索進行雷擊，當雷電入侵后，這時腕臂絕緣子會發生閃絡；二是對正饋線進行雷擊，入侵之后會導致懸式絕緣子發生閃絡；三是對保護線進行雷擊，這時就會引起兩種絕緣子發生閃絡。

1.2 沖擊接地電阻問題

高速鐵路和普速鐵路相比具有很多特點，例如高鐵的牽引電流比普速要大，鋼軌泄漏電阻較大。以客運專線為例，與鋼軌電位相比，常速既有線路的要求更低，所以高鐵沿線的維護人員在工作中很容易發生觸電事故，并且絕緣的老化速度很快，這就影響了高速鐵路牽引供電系統的正常運行。鑒于此，現在在高速鐵路中采取綜合接地方式，在部分的地段需要打接地極，并且接地電阻的要求很嚴格。但在實際的高鐵中，當遇到雷擊，受到雷電流的沖擊，在有限的部分發生泄流，引起接地電阻超過正常值，這就導致絕緣子發生閃絡現象。

1.3 不同地區雷電防護要求的差異性問題

在不同的地區，雷電和土壤參數也會不同，在高速鐵路的建設過程中，具有跨度大的特點，線路也比較長，在高速鐵路的一條沿線上，一般會有多種雷電及土壤參數，而不同參數的雷電危害程度也不一樣，所以雷電防護就需要進行針對性的設計。但在實際高鐵雷電防護設計中，卻沒有將這種差異性考慮進去，使得雷電防護的措施不夠完善，雷電的防護作用無法完全發揮

出來。

2 高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護

要避免雷電對高速鐵路正常運行的影響，防止引起安全隱患，牽引供電接觸網雷電防護是十分重要的舉措，與國外相比，國內的牽引供電接觸網雷電防護還是存在一定差距的，在一些方面還沒有比較成熟的技術，因此需要遵照基本原則和方法防止安全事故發生。

2.1 分析和計算接觸網

按照國內外接觸網受到雷擊方式的分析和計算，總結出下面的結論：若接觸網所處的地區在一年內的平均雷電日較多，那么遭受雷擊的頻度也就更大，通常來說每平方公里大地一年的遭受雷擊次數是隨著年平均雷電日數的增加而增加的。按照國際大電網會議推薦的計算：承力索距離軌面平均高度為7米，接觸網的側面限界為3米，利用下面的公式計算出單線接觸網遭受雷擊次數，即N=0.122×Td（年平均雷電日數）×1.3，復線接觸網遭受雷擊次數的計算公式則為N=O.244×Td×1.3。當遭受雷擊時，接觸網產生過電壓，當接觸網支柱受到雷擊時，雷電流會沿著支柱侵入地面，與此同時在支柱上會有沖擊過電壓產生，過電壓的值和支柱的沖擊接地電阻、雷電流幅值與支柱等值電感相關聯，它們的關系是非線性正比關系。另外，雷電通道產生的電磁場變化會使得和雷電流極性相反的感應電壓產生，而且感應電壓的值隨著雷電流的平均值和接觸網導線的高度增加而增大。沖擊過電壓以及感應過電壓的疊加值的大小同接觸網支柱的接地電阻相關聯，疊加值的大小與接地電阻呈現正比的關系，也就是說當接觸網支柱的接地電阻增大，那么引起閃絡的雷電流幅值以及絕緣子閃絡概率就會相應

增加。

2.2 接觸網的安裝

目前的高速鐵路的供電方式通常采用的是AT，圖1所示的是AF線和PW線安裝位置，這時PW線安裝在AF線的下方位置。在這種安裝形式下，接觸網線路直接落雷的閃絡概率采取電氣幾何模型和先導發展模型來計算，計算的條件為：因為自然雷中90%為負極性，直擊雷過電壓為負極性，在計算過程中采用絕緣子U50%為閃絡判據；根據雷暴日為20d與40d兩種情況來計算（U50為絕緣子50%雷電沖擊放電電壓）。表1為接觸網絕緣子正負極性標準雷電沖擊50%的放電電壓。雷擊閃絡次數和線路的暴露寬度與地閃密度有關。線路的引雷面積（線路雙側乘以2）等于線路總的暴露寬度乘以線路長度，年雷擊閃絡次數則為線路的引雷面積與地閃密度相乘，當線路的長度為100千米時，可計算出線路的百公里年閃絡次數。

提高現有PW線的安裝位置并作避雷線。如圖2所示，假設PW線在AF線上方1.5米處，橋梁的高度分別為10米和15米，抬高PW線在AF線上方的保護配置，可大大減少AF線和T線直接落雷的次數。提高PW線的位置之后可以屏蔽掉AF線和T線，大為減少AF線和T線直接落雷（繞擊）的次數，但當PW線落雷的雷電流幅值比較高的時候，會引起AF線與T線絕緣子反擊閃絡，且AF線與T線絕緣子還是可能出現雷電感應閃絡。

3 接觸網防雷原則

一是根據高速鐵路客運專線以及客、貨混線線路不同的供電方式，有針對性地制定防雷原則及措施；二是根據區間和站場的不同特點對接觸網防雷措施進行確定；三是將實際跳閘統計數據與雷區劃分結合起來；四是將站場接觸網和站房等防雷措施結合起來；五是充分發揮避雷針和避雷線等不同接閃器的優勢，并將其結合起來；六是根據不同的地理和氣候等自然條件，對防雷設施的密度和強度進行設計，在保證安全的基礎上兼顧效益。

下面提出六點防雷建議：一是在多雷雨地段、較為空曠的地段、高架橋梁段需加強雷電的防范；二是在架設絕緣避雷針和避雷線時，需要依據當地區域接觸網所受的雷電強度及跳閘數據等實際情況，對避雷器的安密度進行合理調節，同時與放電間隙相結合，預防雷擊；三是在區間接觸網的頂端架設避雷線，避雷針數量依照雷電日數來確定；四是根據計算對避雷針和避雷線的有效防雷范圍予以保證；五是對于支柱兩側的高壓帶電部分，采取柱頂布置來預防雷擊，減少直擊雷對接觸網高壓部分的放電量；六是通過架設避雷線的絕緣以及避雷針的單獨接地，來達到減少支柱直擊雷與反擊雷對接觸網高壓部分的放電量的效果。

4 結語

綜上所述，在高速鐵路的防雷電方面，我國做得還不足，與國外先進國家的防雷措施相比還具有很多需要努力的地方。因此，為了保障高速鐵路供電系統的正常運行，保證人員安全，就需要相關的工作人員不斷增加相關的雷電防護知識，以便熟練地掌握高速鐵路牽引供電接觸網雷電的防護措施。在經濟的快速發展下，高鐵為人們的出行提供了越來越大的便利，滿足了人們快捷、舒適的出行要求，同時人們對于鐵路安全也提出了更高的要求，所以我們要不斷吸取國外先進的技術，采用更為有效的雷電防護措施，避免鐵路供電系統遭受雷擊從而中斷。相信在今后，我國高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護會越來越好。

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作者簡介：汪德耀（1987-），男，南寧鐵路局柳州供電段助理工程師，研究方向：技術方面。

（責任編輯：小 燕）