高速铁路牵引供电接触网雷电防护探讨

摘要：随着交通运输业的发展，高速铁路已经成为人们出行的重要设施，并且普及范围越来越宽广，高速铁路牵引供电接触网雷电防护是对人们出行安全的保障，是推动高速铁路进一步发展的必要举措。文章对高速铁路牵引供电接触网雷电防护进行了探讨。

关键词：高速铁路；牵引供电；接触网；雷电防护；交通运输 文献标识码：A

中图分类号：TM922 文章编号：1009-2374（2016）13-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.050

高速铁路目前在国内已经逐渐向各个地区普及，由于高速铁路面对的安全要求更高，因此需要牵引供电系统能够正常运行。在遇到雷雨天气时，该系统要能够对雷电进行防护，以免列车的供电被迫中断，给人们的生命安全带来威胁。对于高速铁路牵引供电接触网的雷电防护的研究对保证人们的安全具有十分重要的作用。

1 高速铁路牵引供电系统雷电防护缺陷

1.1 直击雷的防护问题

高速铁路牵引供电系统在电压等级上来说相当于电力系统的35kV，所以在对接触网防雷进行设计时，需参考35kV输电线路及普速铁路接触网的规范，在整个接触网防雷线中没有架设避雷线，需对关键的设备加设避雷器。高架桥是高速铁路的主要结构，高架桥接触网在对地高度上相当于110kV架空线路，因为没有避雷线的保护，使得直击雷很容易危害到接触网。直击雷一般会从三个地方入侵：一是对承力索进行雷击，当雷电入侵后，这时腕臂绝缘子会发生闪络；二是对正馈线进行雷击，入侵之后会导致悬式绝缘子发生闪络；三是对保护线进行雷击，这时就会引起两种绝缘子发生闪络。

1.2 冲击接地电阻问题

高速铁路和普速铁路相比具有很多特点，例如高铁的牵引电流比普速要大，钢轨泄漏电阻较大。以客运专线为例，与钢轨电位相比，常速既有线路的要求更低，所以高铁沿线的维护人员在工作中很容易发生触电事故，并且绝缘的老化速度很快，这就影响了高速铁路牵引供电系统的正常运行。鉴于此，现在在高速铁路中采取综合接地方式，在部分的地段需要打接地极，并且接地电阻的要求很严格。但在实际的高铁中，当遇到雷击，受到雷电流的冲击，在有限的部分发生泄流，引起接地电阻超过正常值，这就导致绝缘子发生闪络现象。

1.3 不同地区雷电防护要求的差异性问题

在不同的地区，雷电和土壤参数也会不同，在高速铁路的建设过程中，具有跨度大的特点，线路也比较长，在高速铁路的一条沿线上，一般会有多种雷电及土壤参数，而不同参数的雷电危害程度也不一样，所以雷电防护就需要进行针对性的设计。但在实际高铁雷电防护设计中，却没有将这种差异性考虑进去，使得雷电防护的措施不够完善，雷电的防护作用无法完全发挥

出来。

2 高速铁路牵引供电接触网雷电防护

要避免雷电对高速铁路正常运行的影响，防止引起安全隐患，牵引供电接触网雷电防护是十分重要的举措，与国外相比，国内的牵引供电接触网雷电防护还是存在一定差距的，在一些方面还没有比较成熟的技术，因此需要遵照基本原则和方法防止安全事故发生。

2.1 分析和计算接触网

按照国内外接触网受到雷击方式的分析和计算，总结出下面的结论：若接触网所处的地区在一年内的平均雷电日较多，那么遭受雷击的频度也就更大，通常来说每平方公里大地一年的遭受雷击次数是随着年平均雷电日数的增加而增加的。按照国际大电网会议推荐的计算：承力索距离轨面平均高度为7米，接触网的侧面限界为3米，利用下面的公式计算出单线接触网遭受雷击次数，即N=0.122×Td（年平均雷电日数）×1.3，复线接触网遭受雷击次数的计算公式则为N=O.244×Td×1.3。当遭受雷击时，接触网产生过电压，当接触网支柱受到雷击时，雷电流会沿着支柱侵入地面，与此同时在支柱上会有冲击过电压产生，过电压的值和支柱的冲击接地电阻、雷电流幅值与支柱等值电感相关联，它们的关系是非线性正比关系。另外，雷电通道产生的电磁场变化会使得和雷电流极性相反的感应电压产生，而且感应电压的值随着雷电流的平均值和接触网导线的高度增加而增大。冲击过电压以及感应过电压的叠加值的大小同接触网支柱的接地电阻相关联，叠加值的大小与接地电阻呈现正比的关系，也就是说当接触网支柱的接地电阻增大，那么引起闪络的雷电流幅值以及绝缘子闪络概率就会相应

增加。

2.2 接触网的安装

目前的高速铁路的供电方式通常采用的是AT，图1所示的是AF线和PW线安装位置，这时PW线安装在AF线的下方位置。在这种安装形式下，接触网线路直接落雷的闪络概率采取电气几何模型和先导发展模型来计算，计算的条件为：因为自然雷中90%为负极性，直击雷过电压为负极性，在计算过程中采用绝缘子U50%为闪络判据；根据雷暴日为20d与40d两种情况来计算（U50为绝缘子50%雷电冲击放电电压）。表1为接触网绝缘子正负极性标准雷电冲击50%的放电电压。雷击闪络次数和线路的暴露宽度与地闪密度有关。线路的引雷面积（线路双侧乘以2）等于线路总的暴露宽度乘以线路长度，年雷击闪络次数则为线路的引雷面积与地闪密度相乘，当线路的长度为100千米时，可计算出线路的百公里年闪络次数。

提高现有PW线的安装位置并作避雷线。如图2所示，假设PW线在AF线上方1.5米处，桥梁的高度分别为10米和15米，抬高PW线在AF线上方的保护配置，可大大减少AF线和T线直接落雷的次数。提高PW线的位置之后可以屏蔽掉AF线和T线，大为减少AF线和T线直接落雷（绕击）的次数，但当PW线落雷的雷电流幅值比较高的时候，会引起AF线与T线绝缘子反击闪络，且AF线与T线绝缘子还是可能出现雷电感应闪络。

3 接触网防雷原则

一是根据高速铁路客运专线以及客、货混线线路不同的供电方式，有针对性地制定防雷原则及措施；二是根据区间和站场的不同特点对接触网防雷措施进行确定；三是将实际跳闸统计数据与雷区划分结合起来；四是将站场接触网和站房等防雷措施结合起来；五是充分发挥避雷针和避雷线等不同接闪器的优势，并将其结合起来；六是根据不同的地理和气候等自然条件，对防雷设施的密度和强度进行设计，在保证安全的基础上兼顾效益。

下面提出六点防雷建议：一是在多雷雨地段、较为空旷的地段、高架桥梁段需加强雷电的防范；二是在架设绝缘避雷针和避雷线时，需要依据当地区域接触网所受的雷电强度及跳闸数据等实际情况，对避雷器的安密度进行合理调节，同时与放电间隙相结合，预防雷击；三是在区间接触网的顶端架设避雷线，避雷针数量依照雷电日数来确定；四是根据计算对避雷针和避雷线的有效防雷范围予以保证；五是对于支柱两侧的高压带电部分，采取柱顶布置来预防雷击，减少直击雷对接触网高压部分的放电量；六是通过架设避雷线的绝缘以及避雷针的单独接地，来达到减少支柱直击雷与反击雷对接触网高压部分的放电量的效果。

4 结语

综上所述，在高速铁路的防雷电方面，我国做得还不足，与国外先进国家的防雷措施相比还具有很多需要努力的地方。因此，为了保障高速铁路供电系统的正常运行，保证人员安全，就需要相关的工作人员不断增加相关的雷电防护知识，以便熟练地掌握高速铁路牵引供电接触网雷电的防护措施。在经济的快速发展下，高铁为人们的出行提供了越来越大的便利，满足了人们快捷、舒适的出行要求，同时人们对于铁路安全也提出了更高的要求，所以我们要不断吸取国外先进的技术，采用更为有效的雷电防护措施，避免铁路供电系统遭受雷击从而中断。相信在今后，我国高速铁路牵引供电接触网雷电防护会越来越好。

参考文献

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作者简介：汪德耀（1987-），男，南宁铁路局柳州供电段助理工程师，研究方向：技术方面。

（责任编辑：小 燕）