高速铁路牵引供电接触网雷电防护分析

尤龙

摘要：随着科学技术的不断发展和交通运输行业的持续进步，高速铁路建设工程项目越来越多，极大地便利了人们的出行，提高了出行效率。高速铁路牵引供电接触网雷电防护系统的设置对于高速铁路的安全可靠运行有着至关重要的影响。本文主要针对高速铁路牵引供电接触网雷电防护的相关问题以及具体解决对策进行探究，希望能够为高速铁路持续安全的运转提供一定的参考。

关键词：高速铁路;牵引供电接触网;雷电防护;策略

1前言

根据调查研究显示，高速铁路运行的稳定性和安全性直接与牵引供电系统接触网雷电防护性能相关，一旦接触网雷电防护系统受到破坏，将会影响高速铁路的正常安全运行，诱发高速铁路运行安全事故。因此，需要加强对高速铁路牵引供电接触网雷电防护对策的分析研究，明确可能存在的雷击风险，并采取针对性的措施进行解决和优化。

2高速铁路牵引供电接触网概述

2.1接触网结构

当前我国铁路建设主要采取的是A-T供电模式，正线采取全补偿弹性链型悬挂方式，实现接触网与A-F线网的同杆架设。在支柱定位处增设一根弹性吊索，并悬挂弹性链形可以极大地改善接触网的弹性功能，将弹性不均匀系数控制在0.1以下，同时也能够改善受电弓的运行轨迹。其次，通过对接触网悬挂参数配置的优化，能够保证接触网与受电弓系统之间的良好受流，避免由于离线问题所造成的电磁干扰，改善受流质量，提高系统的环保性。我国高速铁路防雷系统的设计原则依据的是《铁路防雷电磁兼容及接地工程技术暂行规定》以及《铁路电力牵引供电设计规范》这两个文件，并根据雷电日的天数划分成四个等级，包括少雷区、多雷区、高雷区以及强雷区[1]。

2.2接触网雷击方式分析与计算

通过对接触网雷击方式的探究与调研可以发现，接触网遭受雷击的次数和频率与雷电日的多少呈现正比关系，雷电日越多接触网就越容易受到雷击。通过获得的参数可以推算当承力索距离轨道面平均高度为七米以及接触网侧面界限为三米时，单线网接受雷击的次数与平均年雷电日数呈现比例关系。如果累积过程中接触电网出现过电压时，当雷电击中接触网支柱之后，会将产生的冲击雷电流层从支柱引入铁路系统中。过电压值的大小与支柱冲击接地电阻大小、支柱等值电感以及雷电流的幅值相关，呈现非线性的正相关关系。其次，雷电通道会产生与电流极性相反的感应电磁场，接地电阻直接影响感应电荷以及感应过电压的大小。随着接地电阻值的增大，感应电荷感应过电压的叠加值也相应增大，使得散落雷电流幅值和绝缘子闪络概率增大。因此，在通过雷击事故产生电压之后可以形成绝缘子闪络雷电流，通过支柱接地线以及钢轨进入地面，过电压减低。在进行复杂接触网计算过程中，需要尽可能的结合现实数据支撑，加强对我国高速铁路牵引供电接触网雷电防护措施的研究，充分掌握雷电防护措施，使得铁路交通更加安全可靠[2]。

3高速铁路牵引供电接触网雷电防护存在的问题

目前高速鐵路牵引供电系统雷电防护方面的缺陷主要体现在冲击接地电阻直击雷防护以及不同区域雷电防护差异性方面。高速铁路相对于普通铁路来说，牵引电流更大，钢轨线路电阻也比较大，在日常维护和工作过程中容易引发触电事故，而且高速铁路绝缘系统的老化速度也比较快，影响牵引供电系统的正常工作。针对当前高速铁路应用的综合接地模式，需要在部分地段打接地极，对于电阻的控制要求十分严格。但实际高速铁路建设过程中遇到雷击事故时，受到雷电流的冲击，会引起接地电阻超过正常值，发生绝缘子闪络问题，影响铁路的正常稳定通行。其次，高速铁路牵引供电系统在进行接触网防雷设计过程中，参考的是普通铁路接触网的规范，并没有架设避雷线，只是针对关键设备加设避雷器。高架桥作为高速铁路的主要结构，由于缺乏避雷线的保护，在遇到直击雷时很容易影响接触网的工作，直击雷一般从正馈线以及保护线进行入侵，会造成腕壁绝缘子闪络、悬式绝缘子闪络以及两种绝缘子共同闪络现象。另外，不同地区土壤和雷电的参数也各不相同，高速铁路建设具有跨度大线路长的特征，一条高速铁路中可能会存在多种雷电参数以及土壤参数，不同参数雷电的危害程度也不一致，因此，需要进行针对性雷电防护系统的设计。但从当前高铁雷电防护设计实际开展情况来看，并没有将这些差异性充分考虑进去，导致防护对策并不完善和科学，无法充分发挥出雷电的防护作用[3]。

4高速铁路牵引供电接触网雷电防护对策

4.1科学架设避雷线

接触网架空地线的主要作用是为二次系统提供线路接地保护动作判据，工作人员可以适当的抬高PW线的安装位置，在维护原有功能的基础之上，同时具备避雷线的功能，这种避雷措施经济性较好，避雷效果优异，例如太焦铁路;工作人员在避雷线架设过程中，首先需要计算分析PW线对T线和F线的雷电屏蔽效果，接触网上行和下行两条PW线会对F线构成正保护脚屏蔽，可以极大地降低F线绕击跳闸概率，对T线构成负保护角屏蔽，使得T线绕击掉闸率降低为零。由此可见，把PW线抬高拥有良好的雷电屏蔽效果。同时，也需要计算研究雷电在击中PW线之后接触网的反击跳闸概率。除此以外，也可以在区间隧外柱顶单独增设钢绞线作为专用避雷线，例如成贵高铁。结合实际工程项目中桥墩以及接触网支柱相对位置的随机性特征，需要具体情况具体分析。工程统计数据表明，高速铁路接触网雷击跳闸率相对较高，采取有效措施可以显著降低接触网雷击跳闸概率，提高接触网的耐力性能，接触网感应雷跳闸率明显小于直击雷跳闸率，说明接触网跳闸的主要原因不是感应雷造成的。在进行接触网雷电防护时，需要重点针对雷电直击F线采取针对性的措施[4]。

4.2接触网防雷措施的系统规划

从当前高速铁路运行状态来看，雷击接触网对社会经济造成了很多不良影响，需要加强对铁路接触网雷击防范措施的研究与重视，明确接触网遭受雷击的主要原因，并采取有效措施进行规避。工作人员可以结合铁路运行供电的不同形式确定相对应的防雷措施，制定有效的接触网防雷方案，按照实际跳闸统计数据以及雷击区域分析制定防雷措施。

4.3加强对工程施工过程的把控

在进行接触网防雷工程项目建设过程中，需要做好对施工现场的管理及施工环节的把控，保证防雷项目落实的可靠性和科学性。首先，对于区间接触网需要在接触网支柱顶端辐射独立架空避雷线，起到良好的避雷效果。同时，需要科学设计接地电阻，最大限度地减少接触网遭受直击雷或反击雷对绝缘部件的破坏程度和损坏概率。其次，在进行接触网雷电防护设计过程中，工作人员需要对当地气候条件、雷电强度以及接触网跳闸次数进行系统全面的统计，结合经济技术手段明确雷电防护措施的可行性。另外，避雷器以及避雷线的相关供电设施的信号的接地点需要设置在距离支柱接地体15米以上，有条件时可以独立设计避雷针或者避雷器的接地极，核算雷电防护措施的质量。

5结束语

综上所述，高速铁路牵引供电接触网雷电防护的有效性和质量直接关系着高速铁路运行的稳定性和安全性，需要加强对接触网雷电防护措施的重视，明确雷电防护事故的主要原因，并采取有效措施进行解决，保证铁路系统可以正常安全的运行，促进高铁行业的可持续发展。

参考文献

[1]康佳.刍议高速铁路牵引供电接触网雷电防护措施[J].科技与创新，2014，（14）.

[2]王永生.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].城市建筑，2015，（6）.

[3]边凯，陈维江，王立天，等.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].中国电机工程学报，2013，（10）.

[4]肖潮.高速铁路牵引供电系接触网雷电防护措施探析[J].科技视界，2015，（17）.