淺析高速鐵路牽引網雷電防護

楊昱鑫 安芃芃

【摘 ?要】隨著鐵路運營速度的不斷增加，其安全影響因素也逐漸增多，本文通過對現有高速鐵路的雷電防護方式進行對比，分析了牽引網易受雷擊的主要部位，總結了影響雷擊跳閘率的相關因素，提出了幾點增加牽引網雷擊耐受能力的方法。

【關鍵詞】高速鐵路;雷電防護;雷擊跳閘率

Abstract：With the increasing speed of railway operation，its safety influencing factors are gradually increasing.This paper compares the lightning protection methods of existing high-speed railways，analyzes the main parts of the traction network susceptible to lightning strikes，and summarizes the relevant factors that affect the lightning strike rate.Several methods have been proposed to increase the lightning strike resistance of the traction net.

Key words：High-speed railway;Lightning protection;Lightning strike rate

1.引言

隨著經濟的飛速發展，人們的生活節奏也越來越快，相應的對于出行速度的要求也越來越高，為滿足人們的需求，鐵路已經經過了多次提速，但同時其安全性也受到了越來越多因素的影響，比如雷電活動。“7.23甬溫線特別重大交通事故”造成了大量的經濟損失和人員傷亡;大西高鐵太原管段自聯調聯試、試運行至2014年7月1日正式運行以來，在雷雨天氣確定為雷擊的跳閘故障有10件;顯然，如何對于運行中的高速鐵路雷電進行防護已成為目前研究的一個重點問題[1-3]。

2.現有的防雷措施分析

我國在電氣化鐵路牽引網防雷設計時，主要依靠TB10009-2005《鐵路電力牽引供電設計規范》5.3.1條規定[4]：

（1）由于吸流變壓器比接觸網絕緣子造價高很多，應該對其進行重點防護。

（2）高雷區以及強雷區，應該在下列位置進行雷電防護。

①列車在進出站時需經過分相和站場，而在這里所允許的檢修時間極短，且分相和站場端部的絕緣錨段關節結構復雜，因此，需針對這些部位加強防護。②在隧道內，常伴有空氣流通不暢、濕度大、絕緣子積污嚴重、維修不便等惡劣環境，因此需對長度在2000m以上的隧道兩端裝設避雷裝置。③較長的供電線。④正饋線與接觸網的接線處。

（3）在強雷區應架設獨立的避雷線。

根據推薦性標準來看，對于牽引網的防雷設計較為籠統，只是針對一些重要部位或者重點區域做了要求，但是，牽引網遍布全國，所經地形地貌、氣候環境千差萬別，采取針對性的防雷措施才具有效果。下面對于目前的防雷方式進行分析。

2.1架設專用避雷線

避雷線防雷是在雷電先導的發展階段，避雷線頂部匯集電荷后在發展先導和避雷線頂端之間的電磁通道中建立強電場，避雷線迎面先導的產生和發展進一步加強了該通道中的電場強度，最后引導雷電鎖定并擊中避雷線，使被保護物避免遭受直擊雷。當接觸網附近地面遭受雷擊時，雷電流致使導線產生很強的感應過電壓，而避雷線與接觸網導線之間的耦合作用可減小絕緣子承受的感應電壓[5]。因此，避雷線不僅可以有效降低接觸網遭受直擊雷的概率，還可以降低因感應過電壓而導致絕緣子擊穿閃絡的概率。但是牽引網屬于極為狹長的區域，要想完全保護，就要沿線架設避雷線。這無疑大大增加了高速鐵路建設的成本。

2.2增設避雷器

避雷器防雷是利用其沖擊放電電壓低于接觸網絕緣（空氣間隙和絕緣子）及電力機車車頂保護裝置（保護間隙和車頂避雷器）的沖擊放電電壓，當雷擊接觸網時，避雷器會先于上述保護裝置放電，避免上述保護裝置動作引起變電所斷路器跳閘，從而降低接觸網雷擊跳閘率，提高線路的耐雷水平[6]。但接觸網避雷器也有其自身的保護距離，我們不可能在每根牽引網支柱上都安裝避雷器。

2.3抬高PW（保護線）線

將PW線抬升至相應高度后再進行架設，將PW線兼作為避雷線，使接觸網和正饋線處于PW線的保護范圍內，同時使得PW線良好接地。這樣利用了既有PW線，工程量最小，投資最省，但是施工的范圍增大，且PW線位于正饋線線肩架下方，為滿足相應的防雷效果，需將PW線改遷至正饋線線肩架上方，實施難度大;另外由于PW線為非絕緣安裝，通過鋼支柱和吸上線與綜合地線連接，當雷電流較大時，可能導致綜合地線的電位升高，引發地線上的設備故障。

2.4增加接觸網絕緣

高速鐵路的支柱高于其他部位，根據EGM模型可以發現，其支柱是易受雷擊的部位，當雷擊牽引網支柱時，將在支柱上產生沖擊過電壓。分析表明，70%直擊雷將導致絕緣子沖擊閃絡，此時可以采用增加絕緣子串片數、使用大爬距絕緣子、加大空氣間隙等方法加強接觸網絕緣。研究表明，棒式絕緣子比懸式絕緣子具有較好的累點耐受能力。

2.5降低接地電阻

若雷電直擊接觸網支柱，且接地電阻較大，則接觸網支柱頂部將產生高電位，絕緣子串可能發生閃絡，導致接觸網接地短路故障。因此，降低接觸網支柱接地電阻可降低雷擊時的電位上限，間接提高接觸網防雷水平，防止發生反擊現象。

3.結論

通過對目前的多個牽引網雷電防護方法分析可知，我們應該采用差異化防雷措施，對于不同的地域、地形、地貌、氣候建立多場域耦合模型，并結合相應的評估手段，采取針對性的防雷措施。

參考文獻：

[1]楊昱鑫.計及工頻電壓的接觸網耐雷水平研究，電瓷避雷器，2015，（03），79-83.

[2]楊昱鑫.西部干旱沙漠地區接觸網防雷仿真研究，電瓷避雷器，2016，（05），48-53

[3]于增.接觸網防雷技術研究[J].鐵道工程學報，2002，（1）：9-14.

[4]中華人民共和國鐵道部，TB1009-2005，鐵路電力牽引供電設計規范[S]：1958-1962.

[5]蘇宇榮.杭深線接觸網防雷系統現狀分析及對策，電氣化鐵道，2017，28（04），30-33.

[6]楊昱鑫.牽引網避雷器安裝位置仿真研究，蘭州石化職業技術學院學報，2018，18（02），15-19.

[7]肖志剛.大西高鐵接觸網防雷優化措施研究，電氣化鐵道，2015，（05），10-13.

基金項目

西北地區高架路段高速鐵路雷電防護研究（KJ2018-11）

（作者單位：1.蘭州石化職業技術學院 電子電氣工程學院;2.甘肅交通職業技術學院 公路橋梁系）