牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系的建設研究

張增紅

摘 要：科學技術的日益進步，推動了我國交通運輸行業(yè)的發(fā)展，尤其是牽引供電系統(tǒng)的應用，更是標志著我國鐵路運輸業(yè)已經(jīng)邁入了嶄新的階段。牽引供電系統(tǒng)作為高鐵的重要系統(tǒng)，確保其長時間處于穩(wěn)定運行的狀態(tài)至關重要。本文通過對牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系的建設進行研究，并提出合理的建議，希望對保護牽引供電系統(tǒng)有所幫助。

關鍵詞：牽引供電系統(tǒng);雷電防護;體系

對于鐵路運輸業(yè)來說，最為關鍵的無疑是安全和可靠。如果牽引供電系統(tǒng)無法正常運行，則會使列車面臨安全威脅，無法保證其運行的穩(wěn)定和安全性。而雷擊作為導致牽引供電系統(tǒng)故障的主要因素，必須要引起相關人員的關注，尤其是我國南方一些地區(qū)，雷雨天氣較多，如果不重視雷電防護體系的構(gòu)建，極有可能對列車的正常運行造成影響。因此，對牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系建設進行研究，其意義十分重大。

一、國內(nèi)外牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系

（一）國外牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系

國外對于供電系統(tǒng)防雷體系的特點，各自具有不同的側(cè)重點。例如：日本所設計的防雷體系，按照雷電發(fā)生次數(shù)，劃分雷電防護等級，針對不同等級的區(qū)域，采取差異化的防雷措施。[1]而德國由于雷雨天氣較少，因此德國在設計防雷體系時，不會對直擊雷進行考慮，僅利用避雷針進行雷電防護。究其原因，主要是德國雷電強度不高，利用合閘的方式即可有效防護雷擊。由此可見，對于一些雷電次數(shù)較少的區(qū)域，則不需要發(fā)展復雜的防雷體系，而對于雷電次數(shù)頻繁，則要設計復雜且防雷效果好的體系，日本的防雷體系可以成為我國建設防雷體系的借鑒對象。

（二）我國牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系

我國牽引供電系統(tǒng)與國內(nèi)外存在較大的差別，其主要組成部分為變電所和牽引網(wǎng)，雖然我國目前的雷電防護體系，已經(jīng)相對成熟，但是依然存在不足之處，例如：缺少對直擊雷的防護、線路上沒有安裝避雷裝置等，這些缺陷的存在，致使我國牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系的應用效果受到限制。

二、牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系建設存在的不足

無法對直擊雷進行防護?，F(xiàn)階段部分鐵路牽引供電系統(tǒng)防護體系，對于直擊雷的防護力度較弱，在整個防雷體系中，僅在幾個關鍵設備處放置了避雷針。而直擊雷攻擊牽引供電系統(tǒng)的類型分為以下幾種：一是雷電直擊正饋線，促使懸式絕緣子發(fā)生閃絡;二是承力索受到雷擊，則會導致腕臂絕緣子發(fā)生閃絡;三是保護線遭受雷擊，上述兩類絕緣子均有可能在這種形式的攻擊下出現(xiàn)閃絡。

缺少對沖擊接地電阻的考慮。高錳鋼是構(gòu)建鐵路的主要材料，鋼軌具有以下方面的特點：一是泄漏電阻大;二是列車牽引電流大。這些特點的存在，加大了軌道維護人員的工作危險，同時也加快了絕緣老化的速度，對牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。[2]而現(xiàn)階段，解決上述問題的主要措施為采取綜合接地方式。但是防雷效果并不顯著，如果列車遭受到雷擊，會造成大部分電流傳至地下，致使接地電阻瞬間增加，繼而導致絕緣子發(fā)生閃絡。

對不同地區(qū)雷擊防護要求考慮不周。我國地大物博，幅員遼闊，地形條件多種多樣，列車在運行過程中可能會經(jīng)過山地和平原等地區(qū)，而這些地區(qū)對應的雷電和土壤參數(shù)存在較大的差異，一般情況下，列車的路線都在1000公里以上，要經(jīng)過參數(shù)不同的雷電和土壤范圍，由于不同參數(shù)的雷電，對于牽引供電系統(tǒng)造成的損害存在差別，因此，在構(gòu)建系統(tǒng)防雷體系時應進行綜合考慮，但現(xiàn)實情況卻是防雷體系在設計過程中，這種差異性并未得到有效的體現(xiàn)，現(xiàn)有牽引系統(tǒng)防雷體系并不完善，無法對雷電進行全面的防護。

三、牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系建設的措施

（一）加強對承力索和正饋線的雷擊防護力度

從實際情況來看，我國鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系，對于直擊雷的防護相對欠缺，致使直擊雷成為了威脅列車安全運行的最大因素，因此加強對直擊雷的防護具有重要的意義。首先，國家需要出臺相關規(guī)定，要求各級鐵路部門根據(jù)電力系統(tǒng)110KV線路的雷電防護措施，對牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系進行完善。比如：利用提升保護線、避雷針和回流線等裝置，提高雷電防護強度。[3]據(jù)查閱相關資料得知，我國部分路段已經(jīng)通過架設專用避雷針和提高回流線溫度等方式，強化雷電防護體系的性能，并取得了顯著的效果。

（二）雷擊保護線和避雷線過電壓保護

為了進一步強化牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系的性能，可以采用升高保護線的方式，對回饋線和承力索進行保護。在安裝避雷線之后，會改變正饋線和接觸網(wǎng)防護雷電的方式，形成以下兩種防護方式：一是避雷線在受到雷電攻擊時，會產(chǎn)生反擊雷保護，其原理為地電位增加起到的保護作用。二是避雷線受到雷擊后，防護體系中的正饋線和接觸網(wǎng)會對其發(fā)生感應，繼而產(chǎn)生感應雷的防護。對于雷電來說，其攻擊范圍較廣，在避雷網(wǎng)安裝完成后，如果雷電擊中避雷網(wǎng)覆蓋區(qū)域，則避電網(wǎng)中的T線和正饋線，其絕緣子就會對閃絡進行反擊?，F(xiàn)階段常用且效果較好的雷電防護措施有以下兩種：一是降低部分區(qū)域的接地電阻，以此來降低雷擊接地電子，從而避免絕緣子出現(xiàn)閃絡;二是增加避電器和支柱的接地極，同樣可以起到防護雷擊的作用。

（三）絕緣子破壞的保護方法

在遭到雷擊后，絕緣子可能會發(fā)生閃絡反應，該反應一旦發(fā)生，可能會導致絕緣子被燒毀，這種損壞是無法被修復的，會給鐵路部門帶來嚴重的經(jīng)濟損失。因此，使用正確的保護方法，對絕緣子進行保護，具有重要的作用。通常情況下，在懸式絕緣子和水平絕緣子的兩端位置安裝保護間隙，可以在一定程度上提高絕緣子的防雷能力，安裝避雷針也可以起到同樣的效果。這種方式的使用，有助于維護人員在雷擊發(fā)生時，及時對閃絡發(fā)生位置進行定位，繼而采取疏導工頻電弧等方式，加強對絕緣子的保護，以此來降低經(jīng)濟損失。但是這種保護措施也存在一定的弊端，容易引起跳閘問題。

（四）差異化防雷與雷電監(jiān)測

鐵路部門在構(gòu)建牽引供電系統(tǒng)防雷體系過程中，應利用現(xiàn)代科學技術，發(fā)展雷電監(jiān)測系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)對雷電的自動實時監(jiān)測。雷電監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)被一些地區(qū)的鐵路部門所采用，通過借鑒氣象部門的雷電監(jiān)測經(jīng)驗，依托于計算機網(wǎng)絡技術構(gòu)建雷電監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)成為牽引供電系統(tǒng)防雷體系的重要組成內(nèi)容。在實際構(gòu)建系統(tǒng)時，鐵路部門應結(jié)合自身的實際特點，增強監(jiān)測系統(tǒng)的適應性，提高雷電監(jiān)測的準確程度。再加之不同區(qū)域的雷電參數(shù)存在差異，因此監(jiān)測系統(tǒng)需要根據(jù)雷電參數(shù)，對雷電活動區(qū)域進行等級劃分，直觀體現(xiàn)出區(qū)域雷電的活躍性，便于鐵路部門采取有針對性的防雷措施，選擇正確的防雷方法，最終實現(xiàn)對雷電的差異化防護。

（五）采用綜合接地技術

1.綜合接地系統(tǒng)的構(gòu)成

目前我國鐵路供電系統(tǒng)的組成部分十分復雜，含括的范圍和建筑也十分廣泛，其中常見的接地方式有以下幾種：一是防雷接地;二是電力設備工作接地;三是屏蔽接地;四是防靜電接地。

2.綜合接地系統(tǒng)的方案

工作人員在構(gòu)建綜合接地系統(tǒng)時，應遵循的原則為鐵路所有電力和信號設備的接線，都需要使用同一個接地體。綜合接地系統(tǒng)的包含以下幾方面內(nèi)容：一是電氣化：主要是指路接地端基礎網(wǎng)的回流線接地，其接線原理為利用連接線，將變壓器的中點連接至綜合接地線。如果接線的地點在隧道和橋梁內(nèi)，間隔600米就要進行接線;二是信號接線：軌道兩側(cè)的各類信號設備的安全線都要接入綜合接地線中。通過綜合接地技術的使用，不僅可以減輕工作人員的維護牽引供電系統(tǒng)的壓力，還能提升防雷體系的綜合防護能力。

四、結(jié)論

綜上所述，牽引供電系統(tǒng)防雷體系，對于確保列車安全運行具有重要的意義。但現(xiàn)階段防雷體系還存在一些不足，致使其防雷效果受到影響。因此，鐵路部門在構(gòu)建防雷體系中需要考慮牽引供電系統(tǒng)的特點，并結(jié)合相關防雷經(jīng)驗，提高防雷裝置的性能，減少閃絡現(xiàn)象發(fā)生的次數(shù)，從而在最大程度上提高防雷體系的應用效果，確保列車的安全運行。

參考文獻：

[1]馬曉晨.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系的設計[J].科技資訊，2017，15（05）：62+64.

[2]周穎卓.試論高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系[J].科技展望，2016，26（08）：123.

[3]周利軍，高峰，李瑞芳，等.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護體系[J].高電壓技術，2013，39（02）：399-406.