高速铁路防雷措施分析

刘翔瑞

摘要：接触网作为给动车组供给电能的金属线索，雷击导致接触网跳闸是不可避免的问题。接触网的防雷措施在高速铁路的设计过程中是必不可少的安全措施。在现有的已经投入运行的高速铁路中，常见的防雷措施有安装避雷器和加装避雷线等。本文通过分析这两种常见的防雷措施的原理以及在使用过程中的运行维护情况进行分析总结经验，以提高接触网供电稳定性，为设备管理单位的日常检修提供参考。

关键词：高速铁路 接触网 防雷措施 避雷器 避雷线

1.引言

1.1雷击的危害

对接触网来说雷击又被称为外部过电压，相比于牵引供电系统谐振造成的内部过电压，外部过电压更容易对接触网本身造成损坏。雷击导致的接触网跳闸，会造成接触网绝缘子永久性击穿导致绝缘性能下降，未能及时发现并更换的绝缘子还有可能导致第二次雷击击穿。一旦发生跳闸，将会严重影响行车秩序。

1.2接触网防雷措施的选择

高速铁路防雷措施是在高速铁路规划线路时就应当考虑的重要因素。防雷措施的选择与铁路周边的环境，铁路本身的地理位置，线路基础息息相关。目前高速铁路常用的避雷措施有安装氧化锌避雷器和架设独立的避雷线两种。

《铁路电力牵引供电设计规范》和《高速铁路设计规范》都对告诉铁路避雷器安装位置和避雷线的装条件有着明确的规定。

2.氧化锌避雷器

2.1氧化锌避雷器的工作原理

在正常的27.5KV工频交流电压下，电阻极大，能有效的阻断工频续流，使线路保持正常运行。在雷电过电压的作用下电阻变得很小能顺畅的对地泄放电流。

2.2氧化锌避雷器的实际运行环境

氧化锌避雷器的安装位置严格按照相关规定安装在绝缘锚段关节处、接触网上网点、高架桥、隧道口等重点地段。绝缘锚段关节和接触网上网点由于安装有隔离开关和上网网电缆等附加设备导致接触网支柱高度增加，更容易遭受雷击。以双台避雷器柱顶安装为例，避雷器在现场的安装位置如图1所示。

2.3氧化锌避雷器存在的问题

氧化锌避雷器结构简单，性能稳定便于维护和更换但避雷器本身的故障具有隐蔽性不易察觉。在每年的雷雨季节来临之前都需要对避雷器进行检查。检查项目包含避雷器接地电阻、泄露电流、外观检查、雷击次数。通过泄露电流检查在工频电压下避雷器能否保持高阻特性，接地电阻及外观检查避雷器放电回路正常保证雷击发生时能迅速将雷击电流泄露至大地。此外每年需要更换一部分同一批次的避雷器作为样本送检检测避雷器本身是否正常。

3.避雷线

3.1避雷线的工作原理

目前避雷线的安装主要采用架空地线的形式，在电气特性上起到屏蔽雷击对接触网的影响，降低接触网对雷击的吸引效果，减少雷击击中接触网的概率，从而起到对接触网的保护作用。

以川藏线为例经过对高架桥的环境及架设避雷器的场景进行模拟和理论分析可得，避雷线的架设有效的改变了导线的引雷宽度，从而降低了接触导线的跳闸率。

接触网导线的雷击跳闸率为：

接触网未架设避雷线前，AF 线和 T 线均完全暴露在雷电下，架设避雷线后直击雷跳闸率大大降低，经过理论分析将架设避雷线前后的引雷宽度带入公式可得出架设年雷暴日为40日的条件下，高架桥高依次为 10 m，15 m，20 m 时 AF 线闪络率降低了 97.2% ， 96.6% ，95.2% ; T 线直击雷闪络率均降到 0.4次以下; 且架设避雷线前 AF 线闪络率是 T 线的近三倍，应重点防护 AF 线。避雷线对 AF 线和 T 线的屏蔽效果十分优良，基本上可以规避直击雷的危害。

3.2避雷线的设计需求

避雷线除了具备良好的导电性能外，还需要承受恶劣天气的考验。必须具备一定的机械强度的同时还要有良好的防锈蚀、抗弯抗拉以及承受瞬间大电流的能力。常用的避雷线有镀锌钢绞线和铅包钢等。由于避雷线技术用于接触网防雷时间尚短，其材料、结构形式、施工、验收和运行维护都需要不断总结现场经验进行改进和完善。

3.3避雷线运行中存在的问题

3.3.1避雷线本身结构简单，但安装及维护困难。

目前避雷线的安装在高速铁路已经投入运行之后，对年累计雷击次数满足安装要求后再次进行安装。此时由于避雷线的安装位置下方已经安装了接触线AF线等附加结构，新的避雷线只能由人工攀登支柱进行安装支撑基础和放线。

3.3.2检查方便直观但细小的损坏不易察觉。

在日常检查的过程中主要对避雷线进行外观检查与接地电阻检查。由于避雷线本身无绝缘保护层等遮蔽层，外观检查能够很直观的观察到避雷线断股、散股、雷击伤痕甚至断线等损坏。但由于避雷线架设高度较高且有接触线索和附加线索的阻碍现有的作业手段难以对避雷線进行近距离观察。

3.3.3发生断线故障时影响较大。

避雷线采用长距离与接触线索平行架设的方案，在避雷线发生断线等故障时，容易发生断开的线索搭接在接触网上形成永久性故障。避雷线因断线需要更换时，必须将原有的避雷线拆除再次架设避雷线。

3.3.4易受恶劣天气影响。

避雷线长时间暴露在空气中，易受恶劣天气影响产生新的安全隐患。大风天气，避雷线会随风摆动导致与附近带电线索空气间隙减小，可能导致接触网跳闸。尤其是在冬季，避雷线还存在覆冰的可能性。

结论

高速铁路接触网防雷措施是接触网从设计建造开始就应当考虑并在实际运行过程中根据现场实际不断完善的长期工作。高速铁路接触网防雷主要采用氧化锌避雷器和加装避雷线两种方法。氧化锌避雷器技术成熟，安装更换方便，降低了人工成本，能够满足高速铁路一般区段的防雷要求。对雷区及易发生雷击跳闸的高架区段，可安装避雷线提高接触网防雷能力。虽然目前避雷线本身存在众多安全隐患，但避雷线对接触网的防雷击能力有极大的提升。应当继续探索避雷线在高速铁路防雷领域的应用。

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