高速鐵路接觸網(wǎng)防雷策略探尋

陳明鵬

（青藏集團(tuán)公司工電檢測(cè)所，青海 西寧 810007）

高速鐵路接觸網(wǎng)主要是架設(shè)于鐵路上空，屬于一種輸電線路，可以為列車運(yùn)行過程中提供電流，直接關(guān)系到列車運(yùn)行的正常性，如果高速鐵路接觸網(wǎng)出現(xiàn)停電故障，將會(huì)影響列車供電，因此需要保障高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。但是高速鐵路接觸網(wǎng)在運(yùn)行過程中很容易受到雷擊，從而引發(fā)運(yùn)行故障，這就需要采取科學(xué)的高速鐵路接觸網(wǎng)防雷措施。

1 概述高速鐵路接觸網(wǎng)

在電氣化鐵道中沿著鋼軌上方架設(shè)高速鐵路接觸網(wǎng)，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(fā)展過程中，高速鐵路接觸網(wǎng)發(fā)揮著重要的作用，可以為電力機(jī)提供電力資源。高速鐵路接觸網(wǎng)主要包括支持設(shè)施和接觸懸掛以及定位設(shè)施等裝置。高速鐵路接觸網(wǎng)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）基礎(chǔ)性元件。主要包括鋼柱和水泥支柱以及支撐基礎(chǔ)。

（2）接觸網(wǎng)導(dǎo)線。接觸網(wǎng)導(dǎo)線主要負(fù)責(zé)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(wǎng)負(fù)責(zé)提供電力，保障機(jī)車行駛過程中具備持續(xù)性的電源。接觸網(wǎng)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(wǎng)必須要架設(shè)于鐵路沿線上空，動(dòng)車組經(jīng)過受電弓后觸碰接觸網(wǎng)才可以獲得電能。

2 供電設(shè)備雷害機(jī)理和影響

2.1 雷害基本機(jī)理

天氣現(xiàn)象和地形地貌以及地質(zhì)等因素都會(huì)影響雷電的產(chǎn)生，因?yàn)榈赜虻牟町愋?，也?huì)增加雷電效應(yīng)的變化。針對(duì)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(fā)電磁感應(yīng)。雷擊到F 線和T 線，因?yàn)槟屠壮潭缺容^低，而且會(huì)引發(fā)高速鐵路接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)。因?yàn)镕 線的懸掛高度較高，因此F 線將會(huì)產(chǎn)生負(fù)保護(hù)角屏蔽效應(yīng)，對(duì)于T 線，F(xiàn) 線雷擊率相對(duì)較高。F 線發(fā)生雷擊后將會(huì)產(chǎn)生絕緣閃絡(luò)，升高鋼支柱的上部電位后，將會(huì)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(fā)絕緣子閃絡(luò)問題。F 線和T 線絕緣同時(shí)發(fā)生閃絡(luò)，增大土壤電阻率后，將會(huì)減小最低雷電流幅值。

2.2 分析雷害跳閘閃絡(luò)放電部位

劃分雷擊跳閘閃絡(luò)放電設(shè)備的部位，可以將放電部位分為F 線和避雷針和對(duì)象下錨等。結(jié)合高速鐵路接觸網(wǎng)的特征，對(duì)比普速鐵路，高速鐵路的F線數(shù)量相對(duì)較少，但是F 線發(fā)生跳閘問題的頻率相對(duì)較高。

2.3 雷害跳閘的影響

牽引變電防護(hù)設(shè)備的自動(dòng)跳閘直接關(guān)系到雷害影響特點(diǎn)。因?yàn)槔子晏鞖庖l(fā)絕緣部件沿面放電，通常情況下，可以利用變電所保護(hù)。在發(fā)生直擊雷后，因?yàn)榻^緣部件機(jī)械性能失調(diào)，將會(huì)破壞高速鐵路接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，或者因?yàn)榻档碗姎饨^緣性能引發(fā)停電事故。當(dāng)前因?yàn)槔子暌l(fā)跳閘問題，將會(huì)干擾鐵路的正常運(yùn)輸。

2.4 供電設(shè)備雷害的特點(diǎn)

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

（2）地域性。供電設(shè)備具有地域差異性，其中高雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)雷雨跳閘次數(shù)相對(duì)頻繁。平原地區(qū)高架橋的鐵路線路雷擊概率較高。一些地區(qū)因?yàn)樯襟w和隧道比較多，將會(huì)降低雷擊概率。此外，一些鐵路處于高雷區(qū)或者強(qiáng)雷區(qū)，因?yàn)榈乩憝h(huán)境和安裝位置的差異性，將會(huì)增加雷電危害效應(yīng)的差異性。

3 高速鐵路接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

（1）在利用防雷技術(shù)的同時(shí)，將會(huì)在不同程度上損壞高速鐵路接觸網(wǎng)的能耗，而且高速鐵路接觸網(wǎng)能損較大，因?yàn)橐恍┚€路防腐措施不符合工作標(biāo)準(zhǔn)，因此提高了雷擊問題發(fā)生率，不利于保障防雷效果。

（2）當(dāng)前，在實(shí)際工作中缺乏合理的避雷設(shè)施，通常是在內(nèi)部存在避雷器的場(chǎng)所或者分想關(guān)節(jié)處設(shè)置避雷裝置，如果重新設(shè)置將會(huì)引發(fā)資源浪費(fèi)問題，因此增加了檢修和安裝工作的難度。

（3）沒有及時(shí)開展避雷裝置檢修工作，這是因?yàn)橄嚓P(guān)人員缺乏工作責(zé)任心，沒有及時(shí)更換和維修失效的設(shè)備，因此提高了高速鐵路接觸網(wǎng)短路故障發(fā)生率。

（4）在避雷裝置設(shè)置過程中，一些工作人員沒有嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行部分鐵路沿線，很少在人少的區(qū)域內(nèi)修建維修應(yīng)急站。

4 高速鐵路接觸網(wǎng)的防雷措施

4.1 利用合成絕緣子

高速鐵路接觸網(wǎng)發(fā)生雷擊問題后，將會(huì)引發(fā)重合閘失敗，因?yàn)槔讚魺茖?huì)損壞工頻電弧，無法自動(dòng)恢復(fù)線路絕緣性，從而出現(xiàn)重合閘失敗的問題。為了規(guī)避上述問題，相關(guān)工作人員首先需要疏導(dǎo)工頻電弧，避免燃燒絕緣子。為了保護(hù)高速鐵路接觸網(wǎng)，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(dāng)前，我國(guó)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(chǎn)生氣體，還會(huì)發(fā)揮出吹弧效果，避免電弧接觸絕緣子。如果發(fā)生局部受熱，合成硅橡膠不會(huì)發(fā)生炸裂問題，而且利用這種材料可以恢復(fù)絕緣子線路。此外，經(jīng)過灼燒不會(huì)脫落絕緣子的傘裙，可以實(shí)現(xiàn)線路重合閘效果。當(dāng)前高速鐵路接觸網(wǎng)利用合成絕緣子，但是因?yàn)楣ゎl電弧的破壞，燒灼合成絕緣子后將會(huì)改變材料成本，一些成分很容易分解，在受熱之后將會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)，絕緣子的抗污性和憎水性都會(huì)因此受到影響。

4.2 防雷接地措施

高速鐵路接觸網(wǎng)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(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)帶電體五米以內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)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?yàn)槭浅膳排帕械母咚勹F路獨(dú)立供電線支柱，這就需要專業(yè)化處理這些支柱，實(shí)現(xiàn)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(shè)備綜合接地系統(tǒng)和接觸網(wǎng)，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(lián)間隙

在高速鐵路接觸網(wǎng)絕緣子上設(shè)置并聯(lián)間隙，在發(fā)生雷擊問題后，首先擊穿發(fā)電間隙的空氣，在絕緣子表面不會(huì)經(jīng)過電弧，因此保護(hù)絕緣子，保障線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。因?yàn)椴⒙?lián)間隙的整體成本比較低，不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)壓力。工作人員可以結(jié)合防雷需求合理增加安裝密度，甚至可以在每個(gè)支柱上設(shè)置并聯(lián)間隙。但是，這種方式也存在不足，因?yàn)榉烹婇g隙擊穿電壓較小，高速鐵路接觸網(wǎng)的絕緣性將會(huì)因此受到影響，因此提高了雷擊跳閘的發(fā)生率。在并聯(lián)間隙安裝過程中，工作人員需要結(jié)合實(shí)際需求降低并聯(lián)間隙的負(fù)面影響，發(fā)揮出防雷作用。

4.4 利用避雷器

在高速鐵路接觸網(wǎng)發(fā)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(shí)形成高電阻，工頻續(xù)流會(huì)因此被截?cái)?，因此保護(hù)絕緣子，保障高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。為了降低雷擊跳閘發(fā)生率，工作人員需要合理利用避雷器，優(yōu)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(zhǎng)，否則，將會(huì)引發(fā)保護(hù)動(dòng)作滯后，不利于發(fā)揮出保護(hù)作用。高速鐵路接觸網(wǎng)發(fā)生雷擊后將會(huì)產(chǎn)生電壓，時(shí)間一長(zhǎng)，將會(huì)在接觸網(wǎng)上傳輸雷電波，因此升高線路電壓，線路和相關(guān)設(shè)備的因此被破壞。在安裝避雷器的時(shí)候，需要結(jié)合實(shí)際情況控制間隔距離，充分發(fā)揮出保護(hù)作用。

4.5 架設(shè)避雷線

可以利用避雷線的屏蔽作用，降低直擊雷的負(fù)面影響。利用高速鐵路接觸網(wǎng)和避雷線的耦合作用，可以降低雷電壓，避免發(fā)生絕緣子擊穿閃絡(luò)問題。在架設(shè)避雷線的時(shí)候，針對(duì)沒有加強(qiáng)線的區(qū)域，在支柱頂部安裝架空地線肩架，控制高度在1m 左右，同時(shí)需要安裝架空地線。這種方式比較簡(jiǎn)單，而且可以控制投入成本，而且可以發(fā)揮出保護(hù)作用。但是，這種方式將會(huì)增加支柱承重。針對(duì)存在加強(qiáng)線的區(qū)域，因?yàn)榧訌?qiáng)線高度較高，將會(huì)增加落雷概率，可以去除加強(qiáng)線和T 線之間的電連接。在每個(gè)加強(qiáng)線固定點(diǎn)位置短接加強(qiáng)線內(nèi)支柱絕緣子，在接地螺栓中設(shè)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(fā)揮出PW 線的初始作用，還可以發(fā)揮出避雷作用，這種方式具有較高的經(jīng)濟(jì)性，可以在高速鐵路接觸網(wǎng)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(wǎng)，同時(shí)會(huì)增加費(fèi)用。為了削弱接地電阻，可以增加地網(wǎng)面積和垂直接地體，也可以利用降阻劑，針對(duì)不同的接觸網(wǎng)支柱安裝獨(dú)立型接地極。相關(guān)工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況監(jiān)管支柱接地，嚴(yán)格控制接地電阻在規(guī)定范圍內(nèi)。

5 有關(guān)于高速鐵路接觸網(wǎng)防雷工作的建議

5.1 加強(qiáng)安裝避雷線和避雷器

為了優(yōu)化高速鐵路接觸網(wǎng)防雷效果，可以選用避雷線和避雷器，如果發(fā)生雷擊事故，工作人員需要科學(xué)地設(shè)置避雷線，避免發(fā)生高速鐵路接觸網(wǎng)跳閘問題，有效保護(hù)高速鐵路接觸網(wǎng)絕緣子。在避雷線架設(shè)階段，工作人員可以用折角法和滾球法等方法。在架設(shè)避雷線的時(shí)候需要結(jié)合線路實(shí)際情況，控制架設(shè)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(jié)合實(shí)際情況控制避雷器安裝間距，同時(shí)需要組織試驗(yàn)活動(dòng)，充分發(fā)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(wǎng)的接地系統(tǒng)，及時(shí)將故障或者老化的設(shè)備清除，維持高速鐵路運(yùn)行的安全性。

5.2 加強(qiáng)建立雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

為了維持高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，工作人員需要建立雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，工作人員需要結(jié)合高速鐵路接觸網(wǎng)實(shí)際情況分級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)。為了順利建立雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，工作人員需要加強(qiáng)分析雷電資料，掌握當(dāng)?shù)乩纂娨?guī)律，通過總結(jié)分析雷電數(shù)據(jù)，有利于建立監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

5.3 做好線路絕緣工作

通常是在絕緣子上產(chǎn)生高速鐵路接觸網(wǎng)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(hù)絕緣子。例如，工作人員可以利用復(fù)合絕緣子，需要合理增加絕緣子串的片數(shù)。工作人員要重視檢查和維護(hù)高速鐵路接觸網(wǎng)的絕緣子，優(yōu)化絕緣性。為了優(yōu)化防雷效果，工作人員要采取雷擊應(yīng)急措施，如果產(chǎn)生雷擊問題需要立即落實(shí)處理措施，保障鐵路供電的正常性，保障整個(gè)鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

5.4 合理屏蔽高速鐵路的正饋線和接觸網(wǎng)

為了有效屏蔽正饋線和接觸網(wǎng)，很多企業(yè)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(qū)段的支柱和基礎(chǔ)中的接地螺栓中增設(shè)70 型銅芯電纜，為雷電流提供泄流通道。加強(qiáng)線和高速鐵路接觸網(wǎng)之間必然會(huì)產(chǎn)生短接，從而形成架空線。發(fā)生類似問題，確定加強(qiáng)線退出運(yùn)行狀態(tài)后，可以拆除加強(qiáng)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(wǎng)防雷工作意見。結(jié)合高速鐵路接觸網(wǎng)防雷數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)高壓輸電線路雷電防護(hù)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立科學(xué)的防雷防護(hù)方案，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇防雷措施，主要是利用避雷線的方式，在重點(diǎn)區(qū)域安裝避雷器，降低雷擊問題的負(fù)面影響。

（2）制定防雷安全專項(xiàng)整治方案。通過制定專項(xiàng)整治方案，合理優(yōu)化一些線路的防雷設(shè)施。合理整修地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，控制防雷接地裝置的電阻值，避免因?yàn)槔缀栴}損壞高速鐵路接觸網(wǎng)的供電設(shè)備。

（3）完善防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。注意總結(jié)前期工作經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)研究高速鐵路接觸網(wǎng)雷擊跳閘率和雷電防護(hù)效果以及工作實(shí)踐措施等，進(jìn)一步完善防雷技術(shù)體制。

6 結(jié)語

利用高速鐵路接觸網(wǎng)防雷措施，有利于降低雷電負(fù)面影響。為了充分發(fā)揮出防雷作用，相關(guān)工作人員需要優(yōu)化設(shè)計(jì)高速鐵路接觸網(wǎng)防雷保護(hù)方案，結(jié)合各方面影響因素選擇針對(duì)性的防雷措施，保障高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。