浅谈贵阳北枢纽接触网防雷存在主要问题及解决措施

摘 要：分析了贵阳北枢纽近几年来接触网受雷击影响情况，对贵阳北枢纽接触网防雷措施的采取及目前国内外相关防雷技术应用进行分类讨论，并结合目前枢纽高铁接触网系统防雷存在的缺陷提出了解决措施。

关键词：高速铁路;接触网系统;防雷;接地

Abstract： The article analyzes the impact of lightning strike on the overhead contact system of Guiyang North Hub in recent years， discusses the lightning protection measures taken for the overhead contact system of Guiyang North Hub and the application of related lightning protection technologies at home and abroad， and puts forward some improvement measures in combination with the defects existing in the lightning protection of the current high-speed railway overhead contact system.

Key words： high - speed railway;OCS; lightning protection;  earthing.

0  引言

贵阳北枢纽高铁横跨东西纵贯南北，连接着沪昆、成贵、贵广、渝贵等多条高铁大动脉，贵州地理条件及气候千差万别，情况复杂，尤其是高速枢纽铁路采 用高架桥形式，接触网成为较多的小区域内的相对高点，使得其遭受雷害的几率大大增加，一旦遭受雷击则 易造成绝缘闪络断裂、线路跳闸等事故，甚至更严重时会 导致接触网垮塌影响动车运行，对铁路运输和旅客安全造成巨大影响。因此，贵阳北枢纽接触网的防雷是保证电气化铁路安全、稳定、不间断供电的一个重要环节。

1  贵阳北枢纽概况

贵阳北枢纽管辖贵阳北渝贵贵广场、成贵场以及沪昆场、通过多条联络线连接沪昆、贵广、成贵等多条重要高铁线路、涵盖贵阳北动车所一、二场及8条动走线，总管辖接触网设备有620条公里牵引供电设备，具有单项设备数量多、设备数量分散、供电方式复杂以及外部运行环境恶劣。根据调查贵阳北枢纽设计的高程平均为1257米，贵阳市平均雷暴日为51.8d，属于高雷区。贵阳北枢纽的昆开北联络线、成贵沪昆联络线以及渝昆联络线等多条联络线都是采用高架桥形式架设，从而使得其受雷击影响概率加大。

2  防雷设计概况

2.1  贵阳北枢纽接触网防雷现状

贵阳北枢纽高速铁路接触网防雷设计主要依据 TB10758-2010 《铁路电力牵引供电设计规范》和 TB10621-2014《高速铁路设计规范》的相关规定：“在重污染或重雷区以及高路基、高架桥、隧道口等重点地段的接触网应增设金属氧化物避雷器”。

重点安装部位包括：分相和站 场端的绝缘关节、长度超过 2000 m 隧道两端、供电线或 AF 线连接到接触网上的连接处、需要重点防护的设备。统计表明，目前国内对接触网线路的防雷措施并不完善，因接触网遭雷击而引发的雷害现象时有发生，尤其是雷害活动频繁的路段。

根据2019年的跳闸数据统计，全年贵阳北枢纽管内共跳闸18次，因雷击跳闸有8次，占比45%;2020年贵阳北枢纽共计跳闸20次，其中雷击跳闸12次，占比60%，2021年避雷线加装后，贵阳北枢纽共计跳闸18次，其中雷击跳闸仅1次，占比仅5%;由此可以看出枢纽因雷击跳闸产生的影响很大，架空避雷线能起到一定的防雷效果。举例：比较严重两次跳闸有：一次是在2019年4月18日，贵阳北变电所219KX因雷击跳闸產生大电流，导致贵阳北站贵广场16道3345#杆斜腕臂绝缘子被雷电过电压击爆炸裂，重合不成功，导致接触网垮塌;另一次是2020年6月4日，贵阳北枢纽因为雷击导致贵阳北变电所218、219KX、247KX、248KX、244KX、217KX、220KX以及小碧变电所211、214KX跳闸，导致分段器烧损3台、绝缘子放电击穿10余只，直接经济损失近10余万元，对设备造成很大影响。

2.2  国外接触网防雷措施

据统计，每100 km 接触网在一年时间内可能遭受1 次雷击，并且不考虑直击雷的防护。仅在雷电频繁发生的地区采用避雷器实现对雷电过电压的限制，而在其他区域则不设置防雷装置。日本是典型的海洋岛国，雷电活动频繁。以雷击频度及线路重要程度为基准，用 A、B、C 三个区域划分国土的防雷等级，规定了相应的防雷措施。

3  接触网系统雷害分类

根据雷击的部位不同，雷击接触网线路可分为 3 种情况：雷击地面产生感应雷对接触网影响;雷击支柱引起雷电压反击;雷直击接触网。前两种情况都是由于电磁场的剧烈变化，在接触网上产生感应过电压;后者则是由于流经接触网很大的雷电流所形成的行波过电压。

3.1  雷击地面产生感应雷对接触网影响

当雷击点距接触网的距离 S>65 m 时，接触网上的感应过电压，50%闪络电压是衡量绝缘子耐雷水平的重要参数，即当绝缘子上的电压超过该值时即发生闪 络，损伤绝缘引起跳闸。

3.2  雷击支柱引起雷电压反击

雷击接触网支柱也会引起绝缘子闪络。当雷击支柱时，雷电流通过支柱流入大地形成反击过电 压，再加上接触网导线上产生感应过电压，将会产生很高的雷电过电压。特别需要的场所沿接触网架设避雷线。

3.3  雷直击接触网

雷电流将沿接触网两侧流动，由于接触网很长，可认为分布在两侧的雷电流是对称的。

4  接触网系统防雷

4.1  接触网防雷原则

通过分析研究，接触网需遵循的防雷原则：划分雷区等级，记录雷击跳闸率，二者结合，制定合理的防雷措施;战场防雷和站房接触网防雷相结 合;接地系统和接触网防雷改造相结合;各种避雷 装置互相结合，实现优势互补;避雷器和接闪器相 结合。

4.2  接触网防雷关键技术措施

由国内外的防雷措施和防雷经验可知，现阶段防雷技术措施主要有以下几点：

（1）安装避雷线防雷。经验表明架设避雷线有助于提高设备耐雷水平。架设避雷线主要是防直击 雷，由于接触网系统的绝缘等级较低，在雷电过电压引起的绝缘子闪络中，感应雷过电压引起的闪络 占绝大部分，故架设避雷线除了防直击雷外，还应该具有防感应雷的功能。避雷线可以安装在承力索 上方或者支柱上方，2021年贵阳北枢纽在站场供电线支柱上安设避雷线，起到很好的防雷效果，据统计今年跳闸18次，仅1次为雷击跳闸，跳闸处未加装避雷线保护。

（2）安装避雷器防雷。避雷器数目越多，雷击跳闸率就越低，因此在贵阳北枢纽站内加装一定数量避雷器，能达到较好的避雷效果，2019年贵阳北枢纽在重要处所加装88台避雷器，通过统计避雷器动作次数，避 雷器的密集安装能起到一定的防雷作用。然而，避雷器对过电压的保护是有限的，并不适合所有区段，因此在雷击比较集 中的地段安装线路避雷器，效果比较理想。

（3）选用绝缘性能强的绝缘子。雷电使绝缘子损坏后绝缘性能无法恢复是导致牵引供电系统故障的 重要原因。污秽环境会使绝缘子耐受雷电过电压的 能力下降，因此，在污染严重或风沙较大的地区应 采用大爬距、抗污性能好的复合绝缘子;雷雨天雨水在绝缘子表面形成的水流造成绝缘闪络也是常 见的情况，故可选用伞裙结构和大爬距的绝缘子。

（4）保证可靠接地，回流系统良好。加强对贵阳北枢纽回流系统的畅通，因此有效的接地技术也是防雷技术的关键环节，可靠地接地使得雷电流顺利释放。从工作 性质上接地可分为工作接地和安全接地。

5  现有防雷体系的不足以及改进措施

根据《高速铁路设计规范》和《铁路电力牵引供电设计规范》，并结合近些年各条高铁防雷措施存在的缺 陷，在充分分析和研究基础上提出了以下改进措施。

5.1  加强对直击雷防护。高铁接触网防雷设计主要参考电力系统 35 kV 输电线路，全线大部分都未设置避雷线。由于现行的接触网系统仅在 关键部位增加避雷器和接触网本身的架设高度，导 致现行的防雷体系在实际运行中对直击雷和感应雷的防范效果并不好，尤其是对直击雷。改进措施 是在可靠位置增加避雷线，能有效起到防雷的目的。

5.2  采用避雷器在线监测技术。京沪高铁目前安装的避雷器大都采用氧化锌避雷器，这种避雷 器存在的缺陷是电阻片随着动作次数而老化引起 失效现象。采用避雷器在线监测技术是将泄漏电流 监测装置和避雷器放电计数器整合在一起进行监 测，通过监测避雷器漏电流大小和计数器动作次数，及时掌握避雷器的运行性能。

5.3  考虑不同区域雷电防护的差异性。贵阳北枢纽设计贵广、沪昆、渝贵和成贵等多条高铁线路，即使是同一线路不同地区雷电频度、强度和土壤电阻率差异很大。建议根据不同區 域不同线路历年雷击跳闸数据，气象数据，土壤参数等因地 制宜，设计安装不同类型和规格的避雷装置。

6  结语

结合贵阳北枢纽高铁目前的防雷体系，分析雷电对接触网造成的危害、防雷重点部位、防雷措施等，发现其中的缺陷并进行针对性的改进，这些措施对枢纽设备防止接触网雷击跳闸，提高接触网防雷性能，保证铁路运输的可靠性具有指导意义。

参考文献：

[1] 王明邦，王常余，王哲斐. 电气化铁道接触网防雷[J]. 现代建筑电气，2012，（6）：27-31.

[2] 陈纪纲.带回流线的直线供电方式接触网防雷技术的研究[D]. 西南交通大学，2005.

[3] 李康，刘家军，卓元志，等. 高速电气化铁路接触网防雷研究[J].  电网与清洁能源，2012，（7）：39-45.

[4] 刘立方.电气化铁路接触网防雷措施的探讨[J]. 价值工程，2013，（11）：50-53.

[5]  张倩.高速铁路接触网防雷设计研究[J].电气化铁道，2013，（6）：9-11.

[6] 高峰. 高速铁路牵引供电系统雷击选择性的影响因素研究[D].西南交通大学，2013.

作者简介：

陈龙，1989年04月出生，汉族，籍贯贵州省黎平县，毕业西南交通大学本科学历，职称为助理工程师，主要研究方向：高铁接触网供电及防雷体系研究，现工作在成都局集团有限公司贵阳供电段，任贵阳北供电车间副主任;