电气化铁路接触网的防雷水平分析

电气化铁路接触网的防雷水平分析

作者：徐金阳

来源：《数字化用户》2013年第25期

【摘 要】接触网从本质来说是单相供电系统，与电力输电线路有一些区别，若采用电力输电线路的波阻抗来计算耐雷水平，势必造成较大的误差，为防雷设计工作带来一定的不便，本文采用接触网的波阻抗对电气化铁道的防雷性能水平进行分析。 【关键词】耐雷水平 雷击跳闸率 波阻抗 电气化铁道 一、绪论

接触网是输电线路的一种，全线不架设避雷线，容易遭受直击雷的袭击，引起接触网绝缘子闪络，造成供电中断事故，影响列车的安全运行。耐雷水平和雷击跳闸率是衡量输电线路防雷两大性能指标。目前，很多学者多用输电线路的波阻抗等效接触网的波阻抗来计算接触网的耐雷水平，由于接触网的结构高度与电力系统的输电线路的结构高度参数不同，波阻抗也会不同，若采用输电线路的波阻抗等效接触网的波阻抗进行计算，对于接触网的耐雷水平的评估造成偏差，本文将采用文献[1]中推出的波阻抗对接触网耐雷水平和雷击跳闸率进行计算评估。 二、接触网防雷性能的分析 （一）接触网的波阻抗

接触网结构示意如图1（a）所示：接触网上部为承力索，接触线通过吊弦悬挂起来，承力索和接触线的结构高度分别为7.7m和6.7m。（b）为接触网分布参数电路图，承力索和接触线的单位等值电感为L’和L”， 承力索和接触线的对地单位等值电容分别为C’和C”。 根据等值计算公式分别计算出承力索和接触线的单位等值电感L’和L”和电容值C’和C”的数值，求其并联值，得到接触网的单位等值电感L0和单位等值电容为C0，求出接触网波阻抗Z约为240Ω[2]。

（二）接触网的耐雷水平

从本质讲，接触网就是输电线路的一种，其全线不架设避雷线，结构高度较低，其耐雷水平和雷击跳闸率的计算方法与输电线路计算方法是相同。接触网遭受雷击的形式主要有直1.直击雷的耐雷水平

1.雷击承力索的耐雷水平

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通过上面的计算，接触网波阻抗为240Ω，根据相关资料表明，接触网水平拉杆绝缘子冲击闪络电压要比腕臂绝缘子冲击闪络电压要高，在此取值U50%取值为350kV[3]。雷击承力索的耐雷水平计算公式如下：

式中：U50%为绝缘子50%冲击放电电压；Z为接触网的波阻抗。

经计算得，其耐雷水平为5.1kA，出现概率P=87.7%。若采用输电线路的波阻抗，其耐雷水平为3.5kA，出现概率P=91.2%。通过比较可知，采用一般输电线路的波阻抗计算的其耐雷水平显然比采用接触网实际波阻抗的计算结果偏低。 2.雷击支柱顶部的耐雷水平

电气化铁路接触网的支柱高度为9m，其支柱冲击接地电阻Rch=10Ω，支柱单位长度电感值约为L0=6.35μH，雷击支柱顶部的耐雷水平计算公式如下：

（2）式中，U50%为绝缘子50%冲击放电电压；Rch为支柱的冲击接地电阻；L0为支柱单位长度值；h为接触网的支柱高度。

经过计算得，其耐雷水平为10.9kA，出现概率P=75.2% 2.感应雷击的耐雷水平

根据规程中的经验公式，在接触网上产生的感应过电压最大值可按式（3）进行计算 （3）式中，I为雷电流幅值；hd为导线的平均高度；S为雷击点至接触网距离。 由式（3）可得感应雷击的耐雷水平为：

（4）由式（4）可得，感应雷击的耐雷水平48.6kA，出现概率P=28%。 （三）雷击跳闸率的计算 1.直击雷击跳闸率

直击雷击跳闸率为雷击支柱顶部跳闸率和雷击承力索跳闸率之和，每百公里接触网的落雷次数，采用输电线路落雷次数的计算公式为；

（6）式中，η为建弧率，取0.68；pc为雷击承力索上概率；p1超过雷击承力索耐雷水平的概率；g为击杆率；p 2超过雷击承力索耐雷水平的概率；Td为雷暴日，取标准值40天。 2.感应雷击跳闸率

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由式（7）计算可得，感应雷击跳闸率n2=3.56次/每百公里·40雷暴日 接触网总的雷击跳闸率n=n1+n2=5.1次/每百公里·40雷暴日 三、结论

接触网是一种输电线路，其结构高度与一般输电线路不同，采用输电线路波阻抗值计算接触网的耐雷水平和雷击跳闸率，会出现一定误差。通过计算可知，与采用输电线路雷击波阻抗值相比，雷击承力索时的耐雷水平由原来的3.5kA，提高到5kA，数值提高了近一倍，有利于准确评估接触网的耐雷水平和雷击跳闸率。 参考文献：

[1] 刘靖，刘明光，屈志坚等.计算接触网雷击参数的新方法[J]. 中国铁道科学，2010，31（2）： 73-78

[2] 梁曦东，陈昌鱼，周远翔等.高电压工程[M].北京：清华大学出版社，2003. [3] 周利军，高峰，李瑞芳等. 高速铁路牵引供电系统雷电防护体系[J].高电压技术，2013，39（2）： 399-405.