架空避雷线在武广高铁接触网防雷系统的应用

鲁相来，陈军喜，豆 强

架空避雷线在武广高铁接触网防雷系统的应用

鲁相来，陈军喜，豆 强

对武汉—广州高速铁路客运专线接触网一所四臂范围增设架空避雷线的实施方案进行分析，介绍了利用《滚球法》对架空避雷线的保护范围的确定，并对施工过程中发现的问题进行设计优化。通过实施前后防雷效果对比，为今后高铁接触网防雷设计和施工提供了一定参考依据。

架空避雷线；接触网；供电设备；滚球法

0 引言

武汉—广州高速铁路客运专线于2009年12月26日正式投入运营后，牵引供电系统运行基本稳定，但是进入雷雨季节后，雷击跳闸事件还是会时常发生，损坏了接触网的供电设备，同时对行车组织造成了影响。根据2012年9月7日铁道部运输局供电部召开的《关于推进武广高铁供电设备专项整治工作》会议纪要中的相关内容，对雷击频繁跳闸事件进行专项整治。主要选择一个雷电活动密集区段进行架设架空避雷线，架设范围从牵引变电所馈出的上、下行4个供电臂至两分相末端，正线范围约50 km。

1 武广高铁接触网防雷补强工程及效果

武广高铁前期主要通过在供电线上网点、电分相及绝缘锚段关节隔离开关处、隧道口等设置避雷器方式对接触网供电设施进行防雷保护。本次选择湖北咸宁地区泉口牵引变电所对应的 4个供电臂进行增设架空避雷线。该工程于2013年6月开工，2013年8月竣工，至今已经运营一年半时间。现对架设避雷线区段实施前后的接触网雷击跳闸事件进行统计，2011年雷击跳闸8次，2012年雷击跳闸3次，2013年8月份施工之前雷击跳闸4次，2013年8月—2014年11月雷击跳闸0次。实践证明增设架空避雷线以后，大大减少了雷击跳闸的次数，防雷效果明显。

2 架空避雷线设置方案

2.1 线材选用及安装方式

架空避雷线位于接触网支柱上方，为独立架空地线，保护对象为接触网承力索和AF线。为增大同截面导线的强度，避雷线采用电力系统中常用的镀锌钢绞线作为架空地线材质。同时，为减小架空地线对既有支柱容量的影响，架空地线线径为50 mm2，额定下锚张力为5 kN。避雷线安装在支柱上方1 m处。图1为防雷线支柱布置图。

2.2 滚球法计算架空避雷线保护范围

根据《建筑物防雷设计规范》，本次增设架空避雷线保护范围采用滚球法进行计算，按第一类防雷建筑物（防护等级最高）考虑，滚球半径为hr= 30 m。武广高铁为双线电气化铁路，上、下行接触网支柱对齐布置，支柱按等高考虑。图2为双支等高架空避雷线保护示意图。

图1防雷线支柱布置图

图2 双支等高架空避雷线保护示意图

2.2.1 用单根避雷线计算AF线的保护范围

由于AF线位于2根避雷线的外侧，根据滚球法，AF线的保护范围应按就近的单根避雷线进行计算。当避雷线的高度h＞2hr或h = 2hr时，无保护范围；当避雷线的高度h＜2hr时，应按下列方法确定。图3为单支架空避雷线计算示意图。

图3 单支架空避雷线计算示意图

（1）距地面hr处作一平行于地面的平行线。

（2）以避雷线为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线A、B两点。

（3）以A、B两点为圆心，hr为半径作弧线交于或相切于地面，该弧线到地面所围区域为其保护范围。

（4）避雷线在hx高度的xx′平面上的保护宽度按下式计算：

以钢轨平面为基准点，上腕臂底座安装高度为6.9 m，支柱外露0.5 m，避雷线距支柱顶1 m，AF线距支柱顶-0.9 m，可以计算：

避雷线安装高度h = 8.4 m，AF线安装高度hx= 6.5 m

AF线实际距避雷线的水平距离为1 m，位于保护范围之内。

2.2.2 用双根等高避雷线计算承力索的保护范围

图4 双支等高架空避雷线计算示意图

（1）以A、B两根避雷线为圆心，hr为半径作圆弧交于O点，以O点为圆心，hr为半径作圆弧交于A、B点。

（2）两根避雷线之间保护范围最低点的高度h0按下式计算：

式中，D为上、下行 2根避雷线之间的距离，取11.3 m。

承力索的安装高度，普通中间柱为6.9 m，锚段关节处非支承力索抬高0.6 m，按最高7.5 m进行考虑。可以得出：

承力索距避雷线水平距离最大为3.5 m，位于保护范围之内。

2.3 架空地线接地装置

2.3.1 接地方式

为确保接触网防雷接地与铁路综合接地系统和信号防雷接地屏蔽分离，架空避雷线接地采用单独接地。路基区段接地引至路基外20 m连接至不大于10 Ω的独立接地极；桥梁区段如桥梁墩台不高，且桥下状况较好，采用引下独立接地极，当独立接地极引下困难时，可单独引下连接至桥墩顶部预留的接地端子，同时拆除该桥墩与桥梁体之间的接地连接。接地极的水平接地体采用镀锌扁钢，垂直接地体采用镀锌角钢。

2.3.2 接地装置间距布置

根据雷电冲击试验，雷电冲击波的波头时间一般为1.2 μs，雷电波的传播速度在架空线路中约为300 m/μs，波头时间内雷电流传输距离为

本次按每隔200m设置一组接地装置。

2.3.3 接地引下线

为了确保与支柱绝缘，接地引下线采用双根70 mm2绝缘铜电缆。电缆在支柱上按每隔1.5 m固定一次。电缆从支柱上引下后进入电力电缆槽，通过桥梁间缝隙引入桥墩或顺着桥墩引下至单独接地极，或者沿路基护坡连接至接地极。电缆在护坡上用锚栓进行固定，在过水沟时做穿钢管保护，在土壤区段埋设深度为0.6 m。

3 施工中存在的问题及对设计的优化

（1）当铁路上方遇到上跨低净空桥时，通过缩短避雷线肩架长度来降低防雷线安装高度。工程开工后提前对管段内净空高度进行测量，统计数量，由厂家特殊加工。

（2）在绝缘锚段关节处，由于柱顶装有隔离开关，避雷线可以在网开关托架上悬挂，但要重点检查避雷线与开关引线之间的电气绝缘距离。

（3）牵引变电所六跨关节式电分相处，由于网开关较多，避雷线需降低安装，考虑到上网开关均设有避雷器，可以起到防雷保护，所以建议取消分相内避雷线的架设。

（4）钢结构彩虹桥和隧道口处，由于 AF线从田野侧过渡到线路侧安装，同时高度由低变高，与避雷线形成交叉，无法满足绝缘距离，所以避雷线在进入彩虹桥前应提前下锚，彩虹桥内主要通过钢结构进行防雷保护。

（5）石质地带土壤电阻率高，难以达到规定的接地电阻要求，可采用对接地极深埋和添加降阻剂方式来降低接地电阻。

（6）根据波头时间内计算的雷电流传输距离，可以适当加大两接地装置的距离，减少工程投资。

4 结语

如何提高线路雷电防护水平，降低线路雷击跳闸率，避免雷击引发设备故障，确保行车安全是接触网防雷的一项重要工作。武广高铁针对前期雷击频繁跳闸现象，在多雷、强雷区段架设架空避雷线，其他段设置避雷器相结合的方式对接触网设备进行了防雷保护。从施工后一年多运营情况来看，防雷效果明显，且经济合理，为今后高铁防雷设计与施工提供了一定的参考依据。

[1] GB 50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2]许毅涛.京沪高速铁路接触网雷击跳闸分析及改造建议[J].电气化铁道，2013，（1）：32-35.

[3] 运供供电函[2013]325号，高速铁路接触网防雷指导意见（暂行）.

Analyzes the implementation plan aerial lightning wires added for overhead contact system at four power supply arms within one substation on Wuhan-Guangzhou high speed railway, introduces the determination of protection scope for aerial lightning wire by rolling ball method, and optimized design of issues found in construction. The comparison between results before and after its implementation will provide a basis with certain reference value for design and construction of overhead contact system lightning protection of high-speed railway in the future.

Aerial lightning wire; overhead contact system; power supply equipment; rolling ball method

U226.8+3

：B

：1007-936X(2015)04-0001-03

2015-01-09

鲁相来.中铁武汉电气化局第一工程有限公司，工程师，电话：15207102359；

陈军喜，豆 强.中铁武汉电气化局第一工程有限公司，工程师。