高速鐵路接觸網防雷策略探尋

陳明鵬

（青藏集團公司工電檢測所，青海 西寧 810007）

高速鐵路接觸網主要是架設于鐵路上空，屬于一種輸電線路，可以為列車運行過程中提供電流，直接關系到列車運行的正常性，如果高速鐵路接觸網出現停電故障，將會影響列車供電，因此需要保障高速鐵路接觸網運行的穩定性。但是高速鐵路接觸網在運行過程中很容易受到雷擊，從而引發運行故障，這就需要采取科學的高速鐵路接觸網防雷措施。

1 概述高速鐵路接觸網

在電氣化鐵道中沿著鋼軌上方架設高速鐵路接觸網，可以為受電弓提供電流，這是一種高壓輸電線。在鐵路電氣化發展過程中，高速鐵路接觸網發揮著重要的作用，可以為電力機提供電力資源。高速鐵路接觸網主要包括支持設施和接觸懸掛以及定位設施等裝置。高速鐵路接觸網主要包括以下幾個方面的內容。

（1）基礎性元件。主要包括鋼柱和水泥支柱以及支撐基礎。

（2）接觸網導線。接觸網導線主要負責傳遞電流。

（3）其他輔助性元件。主要包括回流線和涵蓋附加懸掛等。

高速鐵路接觸網負責提供電力，保障機車行駛過程中具備持續性的電源。接觸網和普通的輸電線路之間具有較大的差異性，高速鐵路接觸網必須要架設于鐵路沿線上空，動車組經過受電弓后觸碰接觸網才可以獲得電能。

2 供電設備雷害機理和影響

2.1 雷害基本機理

天氣現象和地形地貌以及地質等因素都會影響雷電的產生，因為地域的差異性，也會增加雷電效應的變化。針對供電線路雷擊主要包括兩種類型：第一種是雷電直接擊中線路，第二種是雷擊線路的周圍地面，從而引發電磁感應。雷擊到F 線和T 線，因為耐雷程度比較低，而且會引發高速鐵路接觸網絕緣閃絡。因為F 線的懸掛高度較高，因此F 線將會產生負保護角屏蔽效應，對于T 線，F 線雷擊率相對較高。F 線發生雷擊后將會產生絕緣閃絡，升高鋼支柱的上部電位后，將會增加T 線絕緣子電位壓力值的差值，并且超過了絕緣耐受壓力，從而引發絕緣子閃絡問題。F 線和T 線絕緣同時發生閃絡，增大土壤電阻率后，將會減小最低雷電流幅值。

2.2 分析雷害跳閘閃絡放電部位

劃分雷擊跳閘閃絡放電設備的部位，可以將放電部位分為F 線和避雷針和對象下錨等。結合高速鐵路接觸網的特征，對比普速鐵路，高速鐵路的F線數量相對較少，但是F 線發生跳閘問題的頻率相對較高。

2.3 雷害跳閘的影響

牽引變電防護設備的自動跳閘直接關系到雷害影響特點。因為雷雨天氣引發絕緣部件沿面放電，通常情況下，可以利用變電所保護。在發生直擊雷后，因為絕緣部件機械性能失調，將會破壞高速鐵路接觸網的結構，或者因為降低電氣絕緣性能引發停電事故。當前因為雷雨引發跳閘問題，將會干擾鐵路的正常運輸。

2.4 供電設備雷害的特點

（1）季節性。鐵路雷電跳閘主要是集中于5 ～9 月，其中跳閘次數最多的月份為8 月。

（2）地域性。供電設備具有地域差異性，其中高雷區和強雷區雷雨跳閘次數相對頻繁。平原地區高架橋的鐵路線路雷擊概率較高。一些地區因為山體和隧道比較多，將會降低雷擊概率。此外，一些鐵路處于高雷區或者強雷區，因為地理環境和安裝位置的差異性，將會增加雷電危害效應的差異性。

3 高速鐵路接觸網防雷現狀

（1）在利用防雷技術的同時，將會在不同程度上損壞高速鐵路接觸網的能耗，而且高速鐵路接觸網能損較大，因為一些線路防腐措施不符合工作標準，因此提高了雷擊問題發生率，不利于保障防雷效果。

（2）當前，在實際工作中缺乏合理的避雷設施，通常是在內部存在避雷器的場所或者分想關節處設置避雷裝置，如果重新設置將會引發資源浪費問題，因此增加了檢修和安裝工作的難度。

（3）沒有及時開展避雷裝置檢修工作，這是因為相關人員缺乏工作責任心，沒有及時更換和維修失效的設備，因此提高了高速鐵路接觸網短路故障發生率。

（4）在避雷裝置設置過程中，一些工作人員沒有嚴格根據相關標準執行部分鐵路沿線，很少在人少的區域內修建維修應急站。

4 高速鐵路接觸網的防雷措施

4.1 利用合成絕緣子

高速鐵路接觸網發生雷擊問題后，將會引發重合閘失敗，因為雷擊燒灼將會損壞工頻電弧，無法自動恢復線路絕緣性，從而出現重合閘失敗的問題。為了規避上述問題，相關工作人員首先需要疏導工頻電弧，避免燃燒絕緣子。為了保護高速鐵路接觸網，還需要使用避雷器和避雷線，使絕緣子的抗燃燒能力因此提高。當前，我國主要是利用硅橡膠和玻璃制作高速鐵路輸配電線路絕緣子材料，硅橡膠材料具有較高的抗燒灼能力，電弧工頻灼燒絕緣子后產生氣體，還會發揮出吹弧效果，避免電弧接觸絕緣子。如果發生局部受熱，合成硅橡膠不會發生炸裂問題，而且利用這種材料可以恢復絕緣子線路。此外，經過灼燒不會脫落絕緣子的傘裙，可以實現線路重合閘效果。當前高速鐵路接觸網利用合成絕緣子，但是因為工頻電弧的破壞，燒灼合成絕緣子后將會改變材料成本，一些成分很容易分解，在受熱之后將會產生揮發，絕緣子的抗污性和憎水性都會因此受到影響。

4.2 防雷接地措施

高速鐵路接觸網防雷接地措施主要包括安全接地措施和工作接地措施。針對高速鐵路接觸網帶電體五米以內的金屬結構物，工作人員需要選用安全接地措施，利用避雷器雙接地，在回流線接入一端，在綜合地下端接入另外一端。因為是成排排列的高速鐵路獨立供電線支柱，這就需要專業化處理這些支柱，實現安全接地。如果吸上線連接距離超過了1500m，需要融合高速鐵路設備綜合接地系統和接觸網，不絕緣懸掛支柱和回流線，有利于保障防雷接地效果。

4.3 并聯間隙

在高速鐵路接觸網絕緣子上設置并聯間隙，在發生雷擊問題后，首先擊穿發電間隙的空氣，在絕緣子表面不會經過電弧，因此保護絕緣子，保障線路運行的穩定性。因為并聯間隙的整體成本比較低，不會產生經濟壓力。工作人員可以結合防雷需求合理增加安裝密度，甚至可以在每個支柱上設置并聯間隙。但是，這種方式也存在不足，因為放電間隙擊穿電壓較小，高速鐵路接觸網的絕緣性將會因此受到影響，因此提高了雷擊跳閘的發生率。在并聯間隙安裝過程中，工作人員需要結合實際需求降低并聯間隙的負面影響，發揮出防雷作用。

4.4 利用避雷器

在高速鐵路接觸網發生雷擊后，如果雷擊電壓超過了避雷器放電電壓，避雷器可以釋放雷電，同時形成高電阻，工頻續流會因此被截斷，因此保護絕緣子，保障高速鐵路接觸網運行的安全性和穩定性。為了降低雷擊跳閘發生率，工作人員需要合理利用避雷器，優化防雷效果，在避雷器安裝階段注意控制安裝間距，避免過于密集的安裝避雷器，間距也不能過長，否則，將會引發保護動作滯后，不利于發揮出保護作用。高速鐵路接觸網發生雷擊后將會產生電壓，時間一長，將會在接觸網上傳輸雷電波，因此升高線路電壓，線路和相關設備的因此被破壞。在安裝避雷器的時候，需要結合實際情況控制間隔距離，充分發揮出保護作用。

4.5 架設避雷線

可以利用避雷線的屏蔽作用，降低直擊雷的負面影響。利用高速鐵路接觸網和避雷線的耦合作用，可以降低雷電壓，避免發生絕緣子擊穿閃絡問題。在架設避雷線的時候，針對沒有加強線的區域，在支柱頂部安裝架空地線肩架，控制高度在1m 左右，同時需要安裝架空地線。這種方式比較簡單，而且可以控制投入成本，而且可以發揮出保護作用。但是，這種方式將會增加支柱承重。針對存在加強線的區域，因為加強線高度較高，將會增加落雷概率，可以去除加強線和T 線之間的電連接。在每個加強線固定點位置短接加強線內支柱絕緣子，在接地螺栓中設置電器連接線，可以作為泄流通路。此外，還可以提高PW 線，可以將PW 線兼作避雷線。在F線以上抬高PW 線，不僅可以發揮出PW 線的初始作用，還可以發揮出避雷作用，這種方式具有較高的經濟性，可以在高速鐵路接觸網中推廣利用。

4.6 降低接地電阻

高速鐵路周圍土壤具有較大的電阻率，不利于制造低電阻地網，同時會增加費用。為了削弱接地電阻，可以增加地網面積和垂直接地體，也可以利用降阻劑，針對不同的接觸網支柱安裝獨立型接地極。相關工作人員需要結合實際情況監管支柱接地，嚴格控制接地電阻在規定范圍內。

5 有關于高速鐵路接觸網防雷工作的建議

5.1 加強安裝避雷線和避雷器

為了優化高速鐵路接觸網防雷效果，可以選用避雷線和避雷器，如果發生雷擊事故，工作人員需要科學地設置避雷線，避免發生高速鐵路接觸網跳閘問題，有效保護高速鐵路接觸網絕緣子。在避雷線架設階段，工作人員可以用折角法和滾球法等方法。在架設避雷線的時候需要結合線路實際情況，控制架設高度在柱頂2.5m之上。通過安裝避雷器，可以使線路的耐雷水平因此提高。在避雷器安裝過程中，工作人員需要結合實際情況控制避雷器安裝間距，同時需要組織試驗活動，充分發揮出避雷器的作用。工作人員要注意定期檢查高速鐵路接觸網的接地系統，及時將故障或者老化的設備清除，維持高速鐵路運行的安全性。

5.2 加強建立雷電監測網絡平臺

為了維持高速鐵路接觸網運行的穩定性，工作人員需要建立雷電監測網絡平臺，工作人員需要結合高速鐵路接觸網實際情況分級管理網絡。為了順利建立雷電監測網絡平臺，工作人員需要加強分析雷電資料，掌握當地雷電規律，通過總結分析雷電數據，有利于建立監測平臺。

5.3 做好線路絕緣工作

通常是在絕緣子上產生高速鐵路接觸網雷電問題，因此需要做好防雷工作，選擇合適的線路絕緣措施，有效保護絕緣子。例如，工作人員可以利用復合絕緣子，需要合理增加絕緣子串的片數。工作人員要重視檢查和維護高速鐵路接觸網的絕緣子，優化絕緣性。為了優化防雷效果，工作人員要采取雷擊應急措施，如果產生雷擊問題需要立即落實處理措施，保障鐵路供電的正常性，保障整個鐵路系統運行的穩定性和安全性。

5.4 合理屏蔽高速鐵路的正饋線和接觸網

為了有效屏蔽正饋線和接觸網，很多企業利用架空地線，而且利用鋁包芯的鋁絞線作為架空地線。在路基區段的支柱和基礎中的接地螺栓中增設70 型銅芯電纜，為雷電流提供泄流通道。加強線和高速鐵路接觸網之間必然會產生短接，從而形成架空線。發生類似問題，確定加強線退出運行狀態后，可以拆除加強線和接觸懸掛之間的連接。

5.5 防雷工作整治措施

（1）明確高速鐵路接觸網防雷工作意見。結合高速鐵路接觸網防雷數據和電力系統高壓輸電線路雷電防護數據，并且根據相關技術標準建立科學的防雷防護方案，根據當地實際情況選擇防雷措施，主要是利用避雷線的方式，在重點區域安裝避雷器，降低雷擊問題的負面影響。

（2）制定防雷安全專項整治方案。通過制定專項整治方案，合理優化一些線路的防雷設施。合理整修地網結構，控制防雷接地裝置的電阻值，避免因為雷害問題損壞高速鐵路接觸網的供電設備。

（3）完善防雷技術標準體系。注意總結前期工作經驗，加強研究高速鐵路接觸網雷擊跳閘率和雷電防護效果以及工作實踐措施等，進一步完善防雷技術體制。

6 結語

利用高速鐵路接觸網防雷措施，有利于降低雷電負面影響。為了充分發揮出防雷作用，相關工作人員需要優化設計高速鐵路接觸網防雷保護方案，結合各方面影響因素選擇針對性的防雷措施，保障高速鐵路接觸網運行的穩定性。