电气化铁路接触网防雷技术研究

电气化铁路接触网防雷技术研究

曹 阳

沈阳铁路局沈阳供电段，辽宁 沈阳 110021

摘要：随着经济的发展，我国的高铁建设越来越多。在高铁中，接触网遭受雷害对于列车的运行会造成不良的影响，造成绝缘闪络断裂、线路跳闸等事故，严重时会导致列车停运，对铁路运输造成巨大影响。因此，做好高速铁路接触网防雷措施具有重要意义。基于此，文章对电气化铁路接触网防雷技术进行分析，以期能够提供一个借鉴。 关键词：电气化铁路；接触网；防雷技术 中图分类号：U226.83 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)06-0008-02

1 雷电对电网的危害

雷电是一种严重的自然灾害，可引起人畜伤亡、森林火灾，烧毁建筑物及设备等，每年造成的直接经济损失达10亿元，间接经济损失更加严重。雷击也是影响电网安全可靠运行的首要环境因素，统计资料表明，发达国家每年电力事故中有1/3～2/3是由雷电引起的。如图1。在1999-2000年，日本的送电线路遭受雷击占总故障的42.7%；我国有40%-70%的电网事故有雷电引起的。我国在1990年-1996年期间，雷害跳闸数按照线路等级统计的比例是500kV线路38.7%、220kV线路63.6%、110kV线路62.1%。

图1雷击接触网示意图

注：图中A为雷击点。

由于接触网绝大多数都是裸露在自然环境当中且不需要采用过电压防护措施进行防护和备用的设施。如果接触网缺少相对应的防护措施，容易引起绝缘子损坏而引发线路跳闸，进而直接对整个铁路的运营产我们可以看到2011年12月的资料统计，京沪高铁因为接触网受到雷击导致跳闸事件有204起。所有的雷击跳闸都重合成功，没有对正常行车造成影响。但是由于雷击造成的绝缘子的损坏对铁路运输有很大的安全隐患，同时也加大了运营维护的工作量。我们可以从“7²23”动车追尾事故看到，雷击导致信号设备故障和信号灯显示错误，最后导致动车追尾的事故发生。我们可以看到，这起事故如果是因为雷击导致接触网塌网引发的弓网事故，其后果也不堪设想。

2 接触网防雷措施的特点

接触网防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。接触网是一种特殊形式的输电线路，其防雷有它的特殊性：（1）接触网无避雷线，不能有效防止直击雷。接触网系统中的架空地线和架空回流线虽然有一定的防雷作用，但因其架设高度没有达到有效防止直击雷的高度，仅能起到部分防雷作用。（2）电气化铁道中成排的接触网支柱是利用回流线作闪络保护地线的集中接地，支柱基础上的螺栓可起到一定的接地作用，但普遍接地电阻较大。

3 高铁接触网防雷技术要点

3.1 降低接地电阻，缩短接地间距，改善接地引下线的连接

接地电阻的降低能够有效的提高耐雷水平，防雷设备接

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地装置主要是利用大地进行引泄雷电流。接地装置的作用和效果能够通过其冲击接地电阻值进行代表，冲击接地电阻RX主要是指接地装置引出雷电流的电压最大值与流经接地装置电流最大值之比。增加接地数量会增加工程投资，接触网钢筋混凝土支柱在100Ω²m土壤电阻率地区工频接地电阻在20Ω左右，这是由于支柱水泥层厚度一般在20～30mm，埋设深度一般为3m，埋设后水分向水泥中渗透的主细管作用使其电阻几十倍地下降，这样的下降过程持续几个月，对于土壤电阻率不大于100Ω²m的土壤，支柱本身完全接地点可以代替接地装置。但是在高土壤电阻率的沙土中，不能用支柱本身作为接地装置。电力部门曾做过试验，当水泥层厚度在30～35mm时水泥层发生破坏的临界冲击电流密度为17.5A/cm2，而支柱抱箍包支柱的面积一般为100～500cm2，当雷电流达到2000A时，水泥层将被烧伤。因此，支柱上的横担应与接地体之间应采用金属连接。

3.2 使用合成绝缘子

接触网受到雷击后，会出现重合闸失败的情况。究其原因，主要是因为工频续流电弧被灼烧后出现破损、炸裂，无法自动回复线路绝缘性，导致重合闸失败。为了避免绝缘子被烧毁，首先要疏导工频电弧，避免电弧在绝缘子的表面燃烧。其次，使用避雷器和避雷线来避免工频电弧和线路闪络建立。除此以外要注意提高绝缘子的抗灼烧能力。当前输配电线路中主要使用合成硅橡胶绝缘子和玻璃绝缘子两种，在抵御灼烧能力方面，合成绝缘子具有明显的优势，当合成绝缘子被工频电弧灼烧时，喷出的气体会发挥吹弧效果，使电弧从绝缘子的表面离开。综合以上分析可以看出，合成绝缘子虽然可以提升线路重合闸成功的概率，但不能根本性的解决线路防雷问题。因此，要使用其他防护措施对其进行补充。

3.3 安装避雷器

在牵引供电系统中，很多采用的供电方式是带回流线的直接供电方式。实际运行中，防雷应用安装比较多的为避雷器。同时，由于避雷器动作后吸收了雷电能量，绝缘子、支柱的等值阻抗上受到的冲击电压仅为避雷器的残压，提高了接触网的耐雷电冲击水平。

3.4 自动重合闸装置的采用

牵引变电所馈线侧设有自动重合闸装置，由于大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除，在馈线断路器跳闸后，自动重合闸也可恢复供电。在线路正常运行和保护供电可靠性上都发挥了积极的作用。

3.5 加强绝缘子的清扫

我国铁路运输主要特点是客货混运，以货为主，加上铁路线上各类型机车混合牵引，机车内部排出的废气，列车运行时形成的气流将散装货物和各种飘落在道床上的尘埃扬起，铁路线路使接触网绝缘子大量被污染。

4 高速铁路接触网防雷建议

（1) 在铁路线路中，为了可以屏蔽接触网和正馈线，在高速铁路线路上增设了一根铝包芯铝绞线架空地线（PW线）。为了雷电流可以有稳定的泄流通道，使用70型铜芯电缆增设在路基区段的基础和支柱中预留出接地螺（下转第 10 页）

工程管理

证。三是在工程测量的过程中，布点工作是测量的主要辅助手段，应该坚持以下方向：第一，测量过程中的所布设的点应该是安全可靠的，不会对测量的波动性产生影响，对测量的精度进行有效的弱化；第二，测量点的位置应该清晰明确，利于工程测量人员的辨识，进一步的保证在操作的过程中流畅简化；第三，测量点尽量避免被其他因素影响，例如：地形障碍以及施工过程中的器材掩盖等都要尽量避免。

4.2 对施工过程中控制网的精度进行有效的分析

工程控制网视其用途不同和选定的坐标系统不同，其平差方法有所不同。由于现代科学技术水平以及现代测绘技术的飞速发展，使得工程控制网的研究转向科学化，合理化，经济化。不管什么控制网都应该遵循以下的原则：1.分级布网、逐级控制；2.要有足够的精度；3.要有足够的密度；4.要有统一的规格。施工控制网建立完成后，需要对其精度进行优化设计分析，主要方法有两种：

（1）解析法：通过数学方程用最优化方法求解。 （2）模拟法：根据经验和准则，通过计算比较、修改，得到最优方案。

4.3 对工程测量过程中施工放样精度的分析

工程测量的施工放样形式多样，精度差别不一，以下内容主要针对城市中的建构筑物的施工放样进行阐述，在施工放样时会受到以下因素的影响，如测量仪器的选取和操作熟练程度、测量偏离中心和角度的选取、施工环境的客观条件、人员素质的高低等因素，都会给施工放样精度的测量造成不同程度的误差，其中测量角度与测量偏离中心属于偶然误差，要求测量员对仪器的检验和校正具有一定理论知识和操作经验，尽量避免偶然误差的出现。为了满足规范要求，施工放样完成后，必须进行验线工作，主要包括验线人与放线人不是同一人，验线所使用的仪器精度不低于放线所用的精度，验线人员的观测方法及观测路线与放线人员不同，完成后做出验线分析报告，与设计图和放线报告进行精度的对比分析，满足施工要求后再进行下一步工作，否则，此过程需重来。

我国经济的发展对工程建设的施工精度和质量安全都有一定要求，在保证工期和质量检测方面做到最优化处理，对工程测量过程中的精度控制进行优化十分具有必要，可以使工程达到简化操作、确保精度和获取更佳的施工方案的目的，现实中我国的工程精度控制相对来说还不是很理想，和工程测量过程中的方案制定、控制网精确度控制、放样精度控制和实测控制等关键环节研究分析欠缺有关，因此要对其进行深入的研究，并探索更好的控制措施具有非常积极的意义，值得业内人士进一步探讨分析。

参考文献

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（上接第 8 页） 栓之间。将贯通地网和桥梁地段的架空线连接起来，接地电阻控制在10欧姆以内。

（2) 为了避免直接雷害，建议处于平均雷电日在40天以上的高速铁路，整条线路都要架设避雷线。对于少雷区域的高速铁路，要分析和统计沿线雷害情况，对雷害多发区和重要设备位置可以架设独立的避雷线。尽可能将避雷线安装在承力索的上部。

（3) 建立完善的接地系统

为了充分发挥出防雷措施的作用，要在关键的位置和区段保证接地电阻值，并定期检测电阻值。在综合接地系统中接入防雷设施时，要和其他接入设备贯通点之间的距离保持在15m以上。安装避雷器时，要安装绝缘底座，安全接地和工作接地不可以使用通一个电流通道。

为避免感应雷害需在重雷区和高雷区的各个锚段设置避雷器。统计分析少雷区沿线雷害情况，将避雷器设置在雷害多发区。例如长度超过2000m的隧道两端、站场和分相端部的绝缘锚段关节、封闭雨棚的两侧、较长供电线上、高架区区域、高路基区域、架空转换处、电缆等重要区域。

参考文献

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