于喜林，陸 軍

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通系統(tǒng)工程數(shù)量的不斷增多，架空接觸網(wǎng)雷害問題日益突出，受國(guó)家、行業(yè)規(guī)程規(guī)范影響，在國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的軌道交通工程中，多數(shù)接觸網(wǎng)采取以下防雷措施：高架區(qū)段不架設(shè)地線，而是利用高架橋接地扁鋼來達(dá)到接地保護(hù)目的；車場(chǎng)線架設(shè)架空地線，架空地線或接地扁鋼引至牽引變電所的接地母排上，構(gòu)成閃絡(luò)保護(hù)回路；接觸網(wǎng)各絕緣子接地端的金屬底座、開關(guān)底座、腕臂底座等均與架空地線或接地扁鋼相連；接觸網(wǎng)上網(wǎng)開關(guān)處設(shè)避雷器；高架橋接觸網(wǎng)每隔500 m 設(shè)一處避雷器，并將橋墩內(nèi)部鋼筋網(wǎng)作為其接地體，接地電阻小于10 Ω。由于采用的防雷措施具有一定的局限性，已不能滿足現(xiàn)代城軌系統(tǒng)高運(yùn)行可靠性的要求。

本文以津?yàn)I（天津市區(qū)—濱海新區(qū)）輕軌接觸網(wǎng)系統(tǒng)為例，詳細(xì)論述了該線路通過模擬計(jì)算，制定的接觸網(wǎng)防雷改進(jìn)方案，并充分利用帶串聯(lián)間隙避雷器優(yōu)越性，對(duì)方案進(jìn)行了完善，起到了良好的防雷效果。

1 津?yàn)I輕軌簡(jiǎn)介

津?yàn)I輕軌一期工程正線全長(zhǎng)45.409 km，其中高架橋全長(zhǎng)39.915 km，地面段全長(zhǎng)5.494 km，接觸網(wǎng)采用架空柔性懸掛，沿線空曠。自2004 年建成投入運(yùn)營(yíng)以來，接觸網(wǎng)系統(tǒng)多次出現(xiàn)因遭受雷擊而導(dǎo)致絕緣子損傷、直流開關(guān)跳閘閉鎖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005—2006 年，接觸網(wǎng)因雷擊導(dǎo)致絕緣子損壞超過60 只，行車多次中斷數(shù)小時(shí)。

2 設(shè)備損壞原因分析

為加強(qiáng)津?yàn)I輕軌防雷措施，津?yàn)I輕軌與中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院合作，并在中國(guó)電力科學(xué)研究院、天津市防雷中心指導(dǎo)下進(jìn)行了研究和分析，并進(jìn)行了模擬計(jì)算。

圖1 是津?yàn)I輕軌接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)示意圖，其中接觸網(wǎng)每隔500 m 安裝一臺(tái)避雷器；避雷器和橋墩樁基鋼筋連接，平時(shí)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)有雷電發(fā)生時(shí)，避雷器導(dǎo)通將雷電流泄入大地。

圖1 津?yàn)I輕軌防雷設(shè)計(jì)示意圖

由于支撐接觸網(wǎng)的支架、構(gòu)件均未直接接地，當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，雷電流不能快速泄入大地，支柱電位升高，而接觸網(wǎng)則被避雷器鉗制了較低電位，使絕緣子兩段電位差很大，從而造成絕緣子閃絡(luò)，引起饋線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作。絕緣子在雷擊過程中溫度變化較大，在絕緣子表面和內(nèi)部出現(xiàn)較大溫差而造成絕緣子損壞。

通過模擬計(jì)算可知：支柱不接地時(shí)反擊電位不削減，而支柱接地時(shí)反擊電位削減趨勢(shì)很明顯。由此可見支柱接地對(duì)防雷的作用是非常明顯和重要的。圖2 是支柱落雷時(shí)的電位分布曲線。

圖2 支柱落雷時(shí)的電位分布曲線圖

3 方案實(shí)施

3.1 接觸網(wǎng)“支柱接地”方案實(shí)施

通過以上研究和分析，接觸網(wǎng)支柱接地與否是防止雷害的關(guān)鍵，為此津?yàn)I輕軌采用了“支柱接地”方案（圖3）。

圖3 支柱接地方案示意圖

由于津?yàn)I輕軌接觸網(wǎng)供電電壓為DC 1 500 V，為解決支柱直接接地時(shí)迷流對(duì)橋梁鋼筋的腐蝕，考慮地電位均衡器在正常工作情況下，呈絕緣性能，當(dāng)遭受雷擊時(shí)迅速導(dǎo)通，快速將雷電流泄入地下。

針對(duì)支柱接地間距問題，雖然日本等國(guó)家相關(guān)資料規(guī)定間距為500 m，但通過模擬計(jì)算（圖4），表明支柱接地間距為200 m 時(shí)系統(tǒng)防護(hù)及耐受直擊雷會(huì)有所改善。

距架空桿塔雷擊點(diǎn)的距離/m

圖4 支柱落雷時(shí)不同接地間隔的電位分布曲線圖

3.2 串聯(lián)間隙避雷器方案實(shí)施

為進(jìn)一步提高接觸網(wǎng)防雷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免絕緣子遭受雷擊破壞，在中國(guó)電力科學(xué)研究院和山東迅實(shí)電氣有限公司幫助下，研制并加裝了串聯(lián)間隙避雷器。該避雷器由本體、串聯(lián)間隙和安裝金具3 部分組成，應(yīng)用時(shí)避雷器安裝到腕臂上，與絕緣子并聯(lián)，結(jié)構(gòu)示意如圖5。該間隙避雷器的優(yōu)越性體現(xiàn)在當(dāng)串聯(lián)間隙距離取70 mm 時(shí)，所有雷電沖擊放電均發(fā)生在串聯(lián)間隙上。

圖5 串聯(lián)間隙避雷器結(jié)構(gòu)示意圖

4 效果分析

自2007 年以來，津?yàn)I輕軌針對(duì)雷電活動(dòng)頻繁區(qū)域，按照上述的2 種方案進(jìn)行了接觸網(wǎng)防雷改造，改造里程達(dá)30.1 km。改造后絕緣子損壞數(shù)量明顯減少，減幅最高達(dá)94%，且開關(guān)跳閘閉鎖現(xiàn)象得到明顯改善。

5 防雷問題的幾點(diǎn)思考

經(jīng)過上述的效果分析可以看出，對(duì)于個(gè)別雷暴密集，雷擊強(qiáng)度大的區(qū)段，仍然存在接觸網(wǎng)遭受雷擊現(xiàn)象，因此提出以下建議：

（1）將每隔200 m 支柱接地的間隔距離縮為每個(gè)支柱上都加裝接地系統(tǒng)，并在接地系統(tǒng)上加裝均衡器來做好迷流防護(hù)。通過增加支柱接地系統(tǒng)來補(bǔ)強(qiáng)該區(qū)段的防雷強(qiáng)度，把雷擊損壞降低至最小。

（2）通過增加間隙避雷器數(shù)量進(jìn)一步增強(qiáng)該區(qū)段防雷效果，防止絕緣子發(fā)生閃絡(luò)。

（3）在承力索正上方加裝避雷線，使雷擊最先降落在避雷線上，并通過避雷線使雷電流迅速泄入大地，從而減少對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備的損害。

6 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，模擬仿真技術(shù)成熟應(yīng)用，雷電研究也將進(jìn)入飛速發(fā)展階段，考慮雷電具有很強(qiáng)的不確定性，因此每一個(gè)防雷項(xiàng)目實(shí)施都需要進(jìn)行充分論證，爭(zhēng)取用最小的投入，取得最佳的效果。

[1] 田雨.津?yàn)I線防雷保護(hù)實(shí)施方案[J].電氣化鐵道，2006，（2）：23-25.

[2] 沈海濱，陳維江，張少軍，等.一種防止10 kV 架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線用新型串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006.

[3] 沈海濱，陳維江，王立天，等.城市軌道交通接觸網(wǎng)帶間隙避雷器的應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2010，（5）：42-45.