重载铁路工程中接触网的雷电风险与防雷方法

2016-08-16崔金显

中国高新技术企业 2016年22期

崔金显

摘要：重载铁路以其速度快、效率高、价格低、牵引力大、无污染、能耗少等优点逐渐成为铁路运输的发展方向。接触网作为重载铁路工程中极其重要的组成部分，大多数暴露在外部环境下，往往会遭到雷电等自然环境的影响。文章对重载铁路工程中接触网的雷电风险和防雷方法结合实际进行了分析，提出了防雷的相关建议。

关键词：重载铁路工程；接触网；雷电风险；防雷方法；铁路运输文献标识码：A

中图分类号：U225 文章编号：1009-2374（2016）22-0100-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.049

随着经济发展和铁路建设的完善，重载铁路接触网在铁路运输中的作用越来越重要，铁路接触网的安全性能作为运输系统中的重要问题也逐渐被有关部门重视起来。我国重载铁路正线达到3.2万公里，居世界第二位。根据相关规划显示，到2020年我国总运行铁路将达到12万公里以上，其中重载铁路比重将占60%左右。那么确保重载铁路的安全稳定，也保障了重载铁路运输的重要环节。

1 重载铁路接触网的雷电风险

重载铁路工程的牵引供电系统中的供电设备就是接触网。接触网可以为移动中的动车提供电力。不同于一般输送电线路系统，接触网必须架设于铁轨正上方。因此，动车组在行进路线上都要架设接触网，这样动车组才能通过顶部受电弓与接触网接触获取电能。接触网露天设置，又非常容易受到恶劣天气的影响，动车组运行期间不断改变工作状态，因此对接触网的要求非常高。

雷电是一种严重的自然灾害，会引发许多严重的后果，我国每年高达10亿元左右的经济损失都是因为缺少防护雷电灾害的措施。接触网损失最大的因素之一就是雷电灾害。根据数据显示，在发达国家接触网发生事故60%左右是由于雷电灾害引起的。我国在1999～2000年间40%～70%的接触网事故是由雷电引起的。产生雷击时，接触网上产生过大电压，超过线路绝缘水平，使接触网跳闸，严重时还会使接触网断线。接触网遭到雷电袭击的主要现象有：接触网附近的地面遭到雷击，使接触网上产生感应过电压；支柱遭到雷击，使支柱产生冲击电压，从而引起接触网产生感应过电压；接触网直接遭到雷击，破坏接触网。雷电对接触网造成缘子闪络，引起接触网电压过大跳闸，在隧道中会出现雷电击穿水泥壁，使接触网支柱受到损坏。

2 接触网的防雷方法分析

我国目前电力网采用加强对雷电的监控来进行防雷害，对雷电发生情况进行实时监控，同时采取差异化的防雷手段，达到减少雷击的目的。在架设接触网时，综合考虑重载铁路工程的运行方式，线路电压承受能力以及重载铁路线路通过地区雷电活动的强弱，考察自然条件如地貌和地形特征、土壤电阻率等，自然条件结合经济技术，找到合理的解决方法和保护措施。

目前，我国的接触网防雷设备主要有接闪器、避雷器和接地装置等。接触网的防雷方法通常采用安装避雷器，为了保护设备避免直接受到雷电袭击，通常利用避雷线的屏蔽作用，安装避雷线，同时用接地装置将电流引入大地。达到对接触网的保护作用，同时将引下线和避雷线及接地装置连接，在避雷线上每隔一段距离就要安装引下线，引下线的结构和制作要求一定要满足雷电电流的强度，而且不能小于避雷线的铜当量载流截面。一定要安装接地装置，可以将接触网上的电流通过接地装置传入大地，还可以降低反击电压，即使接触网任何部分遭到雷电电击，都不会使避雷器电压升高，因接地电阻过大造成对接触网和其他设备的反击，损害其他设备。

2.1 加强构建重载铁路的雷电监测网络

由公司、分公司、供电工队建成三级网络，部门资料共享，实时掌握雷电情况，掌握雷电在区域内的变化规律，对重载铁路工程经过的地区都要进行雷电活动监测和雷电预警，要确保铁路雷电事故能进行实时查询，迅速进行事故调查，为雷电数据统计提供技术平台。

2.2 安装避雷线装置

为降低接触网因雷电电击而导致的跳闸和绝缘子损坏，最有效的措施之一就是架设避雷线，对于雷电高发区的重载铁路线路，必须全面考虑铁路的建设线路条件和雷电防护的具体要求，在以安装避雷线为主的同时，按照折角法进行计算，将避雷线增高肩架高度设置在柱顶上部2.5米处，因为增高肩架的尺寸和重量都过大，同时安装固定难度都较大，对支柱的稳定性都有非常大的影响。按照滚球法进行计算，避雷线的增高肩架设置在支柱顶部约1米处，不但对支柱稳定性的影响较小，还易于施工进行。在安置避雷线后就可将雷电通过接地装置引入大地，从而保护接触网等设施。

2.3 提高接触网整体接地水平

接地系统建设的质量直接决定了接触网防雷设施的效果，确保接地装置的安全性也成为设计施工部门的重中之重，管理运行单位要经常对接地装置进行检测，定期进行维护检修，发现问题及时处理，尤其是每年雨季前对接地装置进行全面检测，对已经不能继续工作的设备要及时进行更换。对单独的接地装置进行整治处理，重新安装建设确保接地良好。

2.4 加强线路绝缘

为增加线路的绝缘性，在增加接触网设备中绝缘子应用的同时增加绝缘子串中的片数，为避免雷电电击造成严重后果，要增加塔头空气间距，同时为避免由于绝缘子性能降低带来的影响，要定时对绝缘装置进行清扫，对易严重污染的绝缘子进行随时清扫。

2.5 安装避雷器

防雷的重要举措在于安装避雷针或避雷器，安装避雷器可以大大提高线路耐雷水平。制定合适的接触网防雷设施的前提是要确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件。尤其是在雷雨季节来临之前，对避雷器进行避雷防御性的试验，对于达不到防御性要求的避雷装置要进行及时更换，防止设备在雷击状态下

损坏。

2.6 迅速恢复供电

接触网正馈线建设在接触网的正上方更易遭到雷电袭击。而在发生雷击后需要排查故障的处理时间长，在牵引变电所内部的正馈线上安装隔离开关可以有效地防止所内事故发生。当发生故障时，及时切断隔离开关，使正馈线停止工作，能在最短的时间内减少故障延时并尽快恢复供电。

综合来说，在一些雷电灾害高发地区和平原地带，接触网必须根据不同的环境条件采取不同的防雷措施：一般采用避雷针，避雷线，做好接地，接触网防雷采用架空避雷线、避雷针与建筑防雷方式综合考虑；峡谷雷击概率大的地区和土壤电阻率高而且降低难度大的地区在进行防雷方案设计时要进行特殊重视。接触网防雷性能是否良好也是衡量铁道能否安全运行的基本保障之一。接触网遭到雷击主要分为两种：感应雷击和直接雷击。在重载铁路系统工程建设过程中，根据铁路经过地区的雷电活动的实际情况和施工经验制定因地制宜的防护措施。避雷线对于防止雷电危害有十分重要的防护作用。避雷线通过减少杆塔接地电阻减少雷电电击可能产生的反击。避雷器则能够使雷击后的电压的峰段降低，大大提高了接触网的耐雷性，提升了接触网的耐雷等级。现在我国雷电电击危害频繁的铁路专线的接触网设计已经大量建设避雷器和避雷线，以提高铁路运输的可靠性。即使安装避雷器能对接触网产生保护作用，但保护作用和保护距离都是有限的，因此安装避雷器也只是对供电系统防雷防护措施的一种补充。我国的南北跨度大，气象因素和地形地域条件差异也非常大，因此雷击的强度、地点和时间都具有随机性，这些因素都加大了重载铁路的防雷难度。重载铁路防雷设计需要综合考虑，在设计过程中借鉴国内外的研究成果和研究经验，最大程度上降低雷电灾害对重载铁路的损害。

3 结语

随着重载铁路工程建设的加快，接触网的作用逐渐显现。重载铁路接触网具有暴露、线路长、维修难、电压高以及无备份等特点，在遭遇雷击情况下会影响重载铁路的正常运行。因此，保证接触网安全和重载铁路系统安全稳定运行的重要举措之一就是加强接触网的防雷设施和提升接触网的抗雷击强度。必须通过科技技术加强接触网的防雷属性，防止接触网遭受雷击，提前制定好应急措施，保证在不幸遭到雷击后能快速恢复供电，不影响铁路的正常运行。一般建议在易发生雷电灾害的地区根据环境条件不同采取不同的防雷措施，例如架设壁垒线避雷针，做好接地设施，保证避雷设施正常

工作。

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