蘇冬冬 上海鐵路局調(diào)度所

1 概況

京滬高速鐵路是客運(yùn)專線鐵路網(wǎng)規(guī)劃四縱、四橫快速客運(yùn)網(wǎng)中的南北向主骨架，它北起北京南站，南至上海虹橋站，正線全長1 318 km。全線244座橋梁占線路總長約80.5%，22座正線隧道占線路總長約1.2%，其余為平均高度6 m左右的高路堤和路塹。正因?yàn)榫哞F地勢較高，在華東地區(qū)的雷雨季節(jié)很容易遭受雷電侵襲，由于鐵路運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕讚粢坏┮鸾佑|網(wǎng)發(fā)生損壞、故障往往恢復(fù)時(shí)間很長，必將嚴(yán)重影響正常的鐵路運(yùn)輸。如何避免或減少接觸網(wǎng)在雷雨季節(jié)的跳閘，減少對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊?，是值得我們研究的重要課題

2 接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

京滬高鐵設(shè)計(jì)規(guī)劃書中規(guī)定：京滬高速全線為高雷區(qū)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求并進(jìn)一步提高接觸網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性，擬在下列重點(diǎn)位置設(shè)置避雷器：1）供電線上網(wǎng)點(diǎn)處；2）隧道出入口處。避雷器采用氧化鋅避雷器，避雷器的接地一般納入綜合接地系統(tǒng)?？梢钥闯龈哞F接觸網(wǎng)線路的防雷措施并無很嚴(yán)格的規(guī)定，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的避雷裝置的設(shè)置地點(diǎn)很有限，對(duì)于一般高雷區(qū)只采用局部關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置避雷裝置進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷。

雖然設(shè)置避雷器對(duì)提高接觸網(wǎng)的防雷擊水平有一定作用，但必須認(rèn)識(shí)到接觸網(wǎng)安裝避雷器的不足之處和防雷保護(hù)作用的局限性。實(shí)際運(yùn)行狀況表明，接觸網(wǎng)線路的防雷保護(hù)措施和效果并不理想，如何有效的對(duì)接觸網(wǎng)線路進(jìn)行防雷，盡可能減少接觸網(wǎng)線路因雷擊造成的危害和損失是值得我們研究的課題。

3 接觸網(wǎng)遭受雷擊危害及造成影響

雷擊發(fā)生時(shí)，會(huì)在接觸網(wǎng)線索上產(chǎn)生過電壓即雷擊過電壓。當(dāng)雷擊過電壓超過線路絕緣水平時(shí)，接觸網(wǎng)線路發(fā)生絕緣閃絡(luò)。當(dāng)接觸網(wǎng)線路發(fā)生絕緣閃絡(luò)時(shí)，雷擊閃絡(luò)必然轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，造成接觸網(wǎng)線路跳閘，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)發(fā)生接觸網(wǎng)斷線事故。根據(jù)京滬高鐵相關(guān)規(guī)定，在接觸網(wǎng)跳閘后，不管重合成功還是強(qiáng)送電成功，都需要對(duì)本線和鄰線進(jìn)行限速，必將會(huì)對(duì)列車運(yùn)行秩序造成影響；當(dāng)故障跳閘造成線路停電，送電不成功或形成故障的，將中斷供電，將對(duì)運(yùn)行秩序造成更大影響，甚至需要取消列車的運(yùn)行。我們對(duì)高鐵遭雷擊跳閘做了統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 跳閘統(tǒng)計(jì)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2011年7月～8月京滬高鐵（徐虹段）共計(jì)跳閘230次，其中214次因?yàn)槔讚粢穑继l總數(shù)93%，其中因雷雨跳閘未重合閘成功8起，直接或間接中斷供電219 min，造成高鐵大面積晚點(diǎn)，部分列車停運(yùn)，給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來很嚴(yán)重后果。

4 接觸網(wǎng)防雷改進(jìn)措施

4.1 對(duì)避雷器的選型和裝設(shè)進(jìn)行改進(jìn)

4.1.1采用先進(jìn)的避雷器和避雷器在線監(jiān)測技術(shù)

目前氧化鋅避雷器或串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器是線路防雷保護(hù)的首選防雷產(chǎn)品。但在運(yùn)行中，避雷器的電阻片因動(dòng)作次數(shù)而老化引起失效，內(nèi)部受潮或其它缺陷可能導(dǎo)致避雷器運(yùn)行故障。為保證避雷器安全可靠運(yùn)行，近年來避雷器在線監(jiān)測器逐步推廣使用。避雷器在線監(jiān)測器是將避雷器放電計(jì)數(shù)器與泄漏電流檢測功能整合在一起的監(jiān)測裝置，通過巡視監(jiān)測裝置的計(jì)數(shù)器動(dòng)作次數(shù)和避雷器運(yùn)行漏電流值，可以及時(shí)掌握避雷器的動(dòng)作情況和運(yùn)行性能。

4.1.2 避雷器安裝失效脫離器

在避雷器故障時(shí)，脫離器動(dòng)作，使故障避雷器立即與其保護(hù)的線路斷開，從而保證線路及時(shí)恢復(fù)供電。

4.1.3 增加接觸網(wǎng)避雷器的設(shè)置點(diǎn)和降低接地電阻

因接觸網(wǎng)無避雷器的距離過長，避雷器保護(hù)動(dòng)作時(shí)間滯后，以及接觸網(wǎng)的絕緣承受雷擊過電壓時(shí)間過長，再加上雷電波在傳輸過程中的折射、反射引起電壓升高，綜合導(dǎo)致設(shè)備損壞。為此，在電氣化鐵路設(shè)計(jì)中，對(duì)避雷器的設(shè)置點(diǎn)，應(yīng)充分考慮距離因素，減少接觸網(wǎng)設(shè)備承受雷擊過電壓時(shí)間，減少雷擊設(shè)備故障發(fā)生。通過對(duì)歷年雷擊跳閘數(shù)據(jù)分析，可以判斷出雷擊發(fā)生的范圍，從中確定多雷區(qū)和易擊點(diǎn)區(qū)段，適當(dāng)增加避雷器設(shè)置點(diǎn)，可以顯著降低雷擊跳閘率。

4.2 優(yōu)化接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局

接觸網(wǎng)架設(shè)點(diǎn)多線長，接觸網(wǎng)上安裝的避雷器保護(hù)范圍有限，只能防止其保護(hù)范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)，無法保護(hù)接觸網(wǎng)線路的全長；接觸網(wǎng)用氧化鋅避雷器大都采用帶串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)，其復(fù)合絕緣子長度短，污穢條件下的工頻電壓耐受能力低可能會(huì)增加污閃事故率，如大密度安裝避雷器則每年的預(yù)防性試驗(yàn)和維修工作量極大，維修費(fèi)用也將大大增加。在避雷器遭受到雷擊，絕緣擊穿造成接地時(shí)，避雷器外部往往并無明顯的損壞痕跡，給故障的排查和搶修造成不便，客觀上延長了故障處理的時(shí)間，增加接觸網(wǎng)避雷器在雷擊的情況下并不能很好的起到應(yīng)有的作用。經(jīng)過比較，優(yōu)化接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)，全線架設(shè)避雷線還是可取的。

在架空輸電線路上多采用保護(hù)角來表示避雷線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)程度，保護(hù)角是指避雷線同外側(cè)導(dǎo)線的連線與垂直線之間的夾角，如圖1：角α越小，導(dǎo)線就越處在保護(hù)范圍的內(nèi)部，保護(hù)也越可靠。在高壓輸電線路的桿塔設(shè)計(jì)中，一般取α=20°～30°，就認(rèn)為導(dǎo)線已得到可靠保護(hù)。

圖1 避雷線的保護(hù)角

結(jié)合架空輸電線路上采用保護(hù)角的原理，在接觸網(wǎng)線路上方全線架設(shè)避雷線，避雷線采用柱頂方式安裝，安裝示意圖如圖2所示。

圖2 避雷線安裝示意圖

支柱本體高度EF=8.0 m，橫腕臂（承力索）高度AF=6.78 m，承力索與正饋線的水平距離大約4.0 m，如圖2，我們?nèi)B=2 m，則：

當(dāng) α =20°時(shí) ，CA=ctanα*AB=ctan20°*2=2.747*2=5.494m

當(dāng) α =30°時(shí) ，CA=ctanα*AB=ctan30°*2=1.727*2=3.454m

則EG=AF+CA-EF

當(dāng) α=20°時(shí)，EG=AF+CA-EF=6.78+5.494-8.0=4.274m

當(dāng) α=30°時(shí)，EG=AF+CA-EF=6.78+3.454-8.0=2.234m

EG的取值范圍是2.234～4.274

由計(jì)算數(shù)據(jù)可知：在既有支柱上焊接2.234～4.274 m高的桿架設(shè)避雷線，即可防護(hù)包括支柱上設(shè)備和包括沿線接觸網(wǎng)在內(nèi)的所有設(shè)備。

架空地線間架與接地引線連接，通過支柱底部接地孔接地。保證雷擊過電壓及時(shí)通過接地引下線泄露至大地中，從而有效防止直擊雷。

5 結(jié)論

由于雷擊發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)以及雷擊強(qiáng)度的隨機(jī)性，對(duì)雷擊的防范難度較大，防雷應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況深入研究有效的措施進(jìn)行改進(jìn)，防止接觸網(wǎng)雷擊跳閘，以大大降低接觸網(wǎng)故障，運(yùn)輸安全才勢必會(huì)更有保障。本文在接觸網(wǎng)支柱頂部架設(shè)避雷線效仿高壓輸電線路的做法，結(jié)構(gòu)比較簡單，實(shí)現(xiàn)起來很方便。