高速铁路接触网防雷策略探寻

陈明鹏

（青藏集团公司工电检测所，青海 西宁 810007）

高速铁路接触网主要是架设于铁路上空，属于一种输电线路，可以为列车运行过程中提供电流，直接关系到列车运行的正常性，如果高速铁路接触网出现停电故障，将会影响列车供电，因此需要保障高速铁路接触网运行的稳定性。但是高速铁路接触网在运行过程中很容易受到雷击，从而引发运行故障，这就需要采取科学的高速铁路接触网防雷措施。

1 概述高速铁路接触网

在电气化铁道中沿着钢轨上方架设高速铁路接触网，可以为受电弓提供电流，这是一种高压输电线。在铁路电气化发展过程中，高速铁路接触网发挥着重要的作用，可以为电力机提供电力资源。高速铁路接触网主要包括支持设施和接触悬挂以及定位设施等装置。高速铁路接触网主要包括以下几个方面的内容。

（1）基础性元件。主要包括钢柱和水泥支柱以及支撑基础。

（2）接触网导线。接触网导线主要负责传递电流。

（3）其他辅助性元件。主要包括回流线和涵盖附加悬挂等。

高速铁路接触网负责提供电力，保障机车行驶过程中具备持续性的电源。接触网和普通的输电线路之间具有较大的差异性，高速铁路接触网必须要架设于铁路沿线上空，动车组经过受电弓后触碰接触网才可以获得电能。

2 供电设备雷害机理和影响

2.1 雷害基本机理

天气现象和地形地貌以及地质等因素都会影响雷电的产生，因为地域的差异性，也会增加雷电效应的变化。针对供电线路雷击主要包括两种类型：第一种是雷电直接击中线路，第二种是雷击线路的周围地面，从而引发电磁感应。雷击到F 线和T 线，因为耐雷程度比较低，而且会引发高速铁路接触网绝缘闪络。因为F 线的悬挂高度较高，因此F 线将会产生负保护角屏蔽效应，对于T 线，F 线雷击率相对较高。F 线发生雷击后将会产生绝缘闪络，升高钢支柱的上部电位后，将会增加T 线绝缘子电位压力值的差值，并且超过了绝缘耐受压力，从而引发绝缘子闪络问题。F 线和T 线绝缘同时发生闪络，增大土壤电阻率后，将会减小最低雷电流幅值。

2.2 分析雷害跳闸闪络放电部位

划分雷击跳闸闪络放电设备的部位，可以将放电部位分为F 线和避雷针和对象下锚等。结合高速铁路接触网的特征，对比普速铁路，高速铁路的F线数量相对较少，但是F 线发生跳闸问题的频率相对较高。

2.3 雷害跳闸的影响

牵引变电防护设备的自动跳闸直接关系到雷害影响特点。因为雷雨天气引发绝缘部件沿面放电，通常情况下，可以利用变电所保护。在发生直击雷后，因为绝缘部件机械性能失调，将会破坏高速铁路接触网的结构，或者因为降低电气绝缘性能引发停电事故。当前因为雷雨引发跳闸问题，将会干扰铁路的正常运输。

2.4 供电设备雷害的特点

（1）季节性。铁路雷电跳闸主要是集中于5 ～9 月，其中跳闸次数最多的月份为8 月。

（2）地域性。供电设备具有地域差异性，其中高雷区和强雷区雷雨跳闸次数相对频繁。平原地区高架桥的铁路线路雷击概率较高。一些地区因为山体和隧道比较多，将会降低雷击概率。此外，一些铁路处于高雷区或者强雷区，因为地理环境和安装位置的差异性，将会增加雷电危害效应的差异性。

3 高速铁路接触网防雷现状

（1）在利用防雷技术的同时，将会在不同程度上损坏高速铁路接触网的能耗，而且高速铁路接触网能损较大，因为一些线路防腐措施不符合工作标准，因此提高了雷击问题发生率，不利于保障防雷效果。

（2）当前，在实际工作中缺乏合理的避雷设施，通常是在内部存在避雷器的场所或者分想关节处设置避雷装置，如果重新设置将会引发资源浪费问题，因此增加了检修和安装工作的难度。

（3）没有及时开展避雷装置检修工作，这是因为相关人员缺乏工作责任心，没有及时更换和维修失效的设备，因此提高了高速铁路接触网短路故障发生率。

（4）在避雷装置设置过程中，一些工作人员没有严格根据相关标准执行部分铁路沿线，很少在人少的区域内修建维修应急站。

4 高速铁路接触网的防雷措施

4.1 利用合成绝缘子

高速铁路接触网发生雷击问题后，将会引发重合闸失败，因为雷击烧灼将会损坏工频电弧，无法自动恢复线路绝缘性，从而出现重合闸失败的问题。为了规避上述问题，相关工作人员首先需要疏导工频电弧，避免燃烧绝缘子。为了保护高速铁路接触网，还需要使用避雷器和避雷线，使绝缘子的抗燃烧能力因此提高。当前，我国主要是利用硅橡胶和玻璃制作高速铁路输配电线路绝缘子材料，硅橡胶材料具有较高的抗烧灼能力，电弧工频灼烧绝缘子后产生气体，还会发挥出吹弧效果，避免电弧接触绝缘子。如果发生局部受热，合成硅橡胶不会发生炸裂问题，而且利用这种材料可以恢复绝缘子线路。此外，经过灼烧不会脱落绝缘子的伞裙，可以实现线路重合闸效果。当前高速铁路接触网利用合成绝缘子，但是因为工频电弧的破坏，烧灼合成绝缘子后将会改变材料成本，一些成分很容易分解，在受热之后将会产生挥发，绝缘子的抗污性和憎水性都会因此受到影响。

4.2 防雷接地措施

高速铁路接触网防雷接地措施主要包括安全接地措施和工作接地措施。针对高速铁路接触网带电体五米以内的金属结构物，工作人员需要选用安全接地措施，利用避雷器双接地，在回流线接入一端，在综合地下端接入另外一端。因为是成排排列的高速铁路独立供电线支柱，这就需要专业化处理这些支柱，实现安全接地。如果吸上线连接距离超过了1500m，需要融合高速铁路设备综合接地系统和接触网，不绝缘悬挂支柱和回流线，有利于保障防雷接地效果。

4.3 并联间隙

在高速铁路接触网绝缘子上设置并联间隙，在发生雷击问题后，首先击穿发电间隙的空气，在绝缘子表面不会经过电弧，因此保护绝缘子，保障线路运行的稳定性。因为并联间隙的整体成本比较低，不会产生经济压力。工作人员可以结合防雷需求合理增加安装密度，甚至可以在每个支柱上设置并联间隙。但是，这种方式也存在不足，因为放电间隙击穿电压较小，高速铁路接触网的绝缘性将会因此受到影响，因此提高了雷击跳闸的发生率。在并联间隙安装过程中，工作人员需要结合实际需求降低并联间隙的负面影响，发挥出防雷作用。

4.4 利用避雷器

在高速铁路接触网发生雷击后，如果雷击电压超过了避雷器放电电压，避雷器可以释放雷电，同时形成高电阻，工频续流会因此被截断，因此保护绝缘子，保障高速铁路接触网运行的安全性和稳定性。为了降低雷击跳闸发生率，工作人员需要合理利用避雷器，优化防雷效果，在避雷器安装阶段注意控制安装间距，避免过于密集的安装避雷器，间距也不能过长，否则，将会引发保护动作滞后，不利于发挥出保护作用。高速铁路接触网发生雷击后将会产生电压，时间一长，将会在接触网上传输雷电波，因此升高线路电压，线路和相关设备的因此被破坏。在安装避雷器的时候，需要结合实际情况控制间隔距离，充分发挥出保护作用。

4.5 架设避雷线

可以利用避雷线的屏蔽作用，降低直击雷的负面影响。利用高速铁路接触网和避雷线的耦合作用，可以降低雷电压，避免发生绝缘子击穿闪络问题。在架设避雷线的时候，针对没有加强线的区域，在支柱顶部安装架空地线肩架，控制高度在1m 左右，同时需要安装架空地线。这种方式比较简单，而且可以控制投入成本，而且可以发挥出保护作用。但是，这种方式将会增加支柱承重。针对存在加强线的区域，因为加强线高度较高，将会增加落雷概率，可以去除加强线和T 线之间的电连接。在每个加强线固定点位置短接加强线内支柱绝缘子，在接地螺栓中设置电器连接线，可以作为泄流通路。此外，还可以提高PW 线，可以将PW 线兼作避雷线。在F线以上抬高PW 线，不仅可以发挥出PW 线的初始作用，还可以发挥出避雷作用，这种方式具有较高的经济性，可以在高速铁路接触网中推广利用。

4.6 降低接地电阻

高速铁路周围土壤具有较大的电阻率，不利于制造低电阻地网，同时会增加费用。为了削弱接地电阻，可以增加地网面积和垂直接地体，也可以利用降阻剂，针对不同的接触网支柱安装独立型接地极。相关工作人员需要结合实际情况监管支柱接地，严格控制接地电阻在规定范围内。

5 有关于高速铁路接触网防雷工作的建议

5.1 加强安装避雷线和避雷器

为了优化高速铁路接触网防雷效果，可以选用避雷线和避雷器，如果发生雷击事故，工作人员需要科学地设置避雷线，避免发生高速铁路接触网跳闸问题，有效保护高速铁路接触网绝缘子。在避雷线架设阶段，工作人员可以用折角法和滚球法等方法。在架设避雷线的时候需要结合线路实际情况，控制架设高度在柱顶2.5m之上。通过安装避雷器，可以使线路的耐雷水平因此提高。在避雷器安装过程中，工作人员需要结合实际情况控制避雷器安装间距，同时需要组织试验活动，充分发挥出避雷器的作用。工作人员要注意定期检查高速铁路接触网的接地系统，及时将故障或者老化的设备清除，维持高速铁路运行的安全性。

5.2 加强建立雷电监测网络平台

为了维持高速铁路接触网运行的稳定性，工作人员需要建立雷电监测网络平台，工作人员需要结合高速铁路接触网实际情况分级管理网络。为了顺利建立雷电监测网络平台，工作人员需要加强分析雷电资料，掌握当地雷电规律，通过总结分析雷电数据，有利于建立监测平台。

5.3 做好线路绝缘工作

通常是在绝缘子上产生高速铁路接触网雷电问题，因此需要做好防雷工作，选择合适的线路绝缘措施，有效保护绝缘子。例如，工作人员可以利用复合绝缘子，需要合理增加绝缘子串的片数。工作人员要重视检查和维护高速铁路接触网的绝缘子，优化绝缘性。为了优化防雷效果，工作人员要采取雷击应急措施，如果产生雷击问题需要立即落实处理措施，保障铁路供电的正常性，保障整个铁路系统运行的稳定性和安全性。

5.4 合理屏蔽高速铁路的正馈线和接触网

为了有效屏蔽正馈线和接触网，很多企业利用架空地线，而且利用铝包芯的铝绞线作为架空地线。在路基区段的支柱和基础中的接地螺栓中增设70 型铜芯电缆，为雷电流提供泄流通道。加强线和高速铁路接触网之间必然会产生短接，从而形成架空线。发生类似问题，确定加强线退出运行状态后，可以拆除加强线和接触悬挂之间的连接。

5.5 防雷工作整治措施

（1）明确高速铁路接触网防雷工作意见。结合高速铁路接触网防雷数据和电力系统高压输电线路雷电防护数据，并且根据相关技术标准建立科学的防雷防护方案，根据当地实际情况选择防雷措施，主要是利用避雷线的方式，在重点区域安装避雷器，降低雷击问题的负面影响。

（2）制定防雷安全专项整治方案。通过制定专项整治方案，合理优化一些线路的防雷设施。合理整修地网结构，控制防雷接地装置的电阻值，避免因为雷害问题损坏高速铁路接触网的供电设备。

（3）完善防雷技术标准体系。注意总结前期工作经验，加强研究高速铁路接触网雷击跳闸率和雷电防护效果以及工作实践措施等，进一步完善防雷技术体制。

6 结语

利用高速铁路接触网防雷措施，有利于降低雷电负面影响。为了充分发挥出防雷作用，相关工作人员需要优化设计高速铁路接触网防雷保护方案，结合各方面影响因素选择针对性的防雷措施，保障高速铁路接触网运行的稳定性。