■樊建飛 ■中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司電氣化公司，北京 100036

作為高速鐵路牽引系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，接觸網(wǎng)經(jīng)常暴露在自然環(huán)境中。如保護(hù)工作不到位則會(huì)破壞絕緣子出現(xiàn)跳閘情況。對(duì)電氣化鐵道的運(yùn)營(yíng)有較大影響。此外因雷擊而產(chǎn)生的侵入波有可能會(huì)傳入到變電所中破壞電氣設(shè)備。因此，做好高速鐵路接觸網(wǎng)防雷措施具有重要意義。

1 案例介紹

某高速鐵路全線一共有26座牽引變電所23處分區(qū)所。工程接觸網(wǎng)主要通過(guò)在隔離開關(guān)、電分相處和網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置氧化鋅避雷設(shè)備來(lái)防止雷擊。AT所和各個(gè)牽引所之間的接觸網(wǎng)線路沒(méi)有進(jìn)行防雷處理。高速鐵路線路位于農(nóng)村和市郊之間，雷雨季節(jié)受到雷擊的概率高，會(huì)對(duì)鐵路安全運(yùn)行造成較大影響，甚至?xí)p壞變電所中的設(shè)備，產(chǎn)生嚴(yán)重的供電安全事故。

2 接觸網(wǎng)系統(tǒng)的雷害類型

接觸網(wǎng)系統(tǒng)常見的雷害類型主要有直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種［1］。其中直擊雷過(guò)電壓主要是雷電擊中導(dǎo)線和支柱產(chǎn)生的過(guò)電壓。而感應(yīng)雷過(guò)電壓指的是雷擊接觸網(wǎng)地面后產(chǎn)生的過(guò)電壓。當(dāng)雷電擊中附加導(dǎo)線和接觸網(wǎng)支柱時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雷擊點(diǎn)阻抗的電位提升。當(dāng)導(dǎo)線和雷擊點(diǎn)之間的電位差超出絕緣子沖擊放電電壓時(shí)，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)與電壓。由于附加導(dǎo)線和支柱的電位會(huì)大于導(dǎo)線電位。當(dāng)雷電擊中接觸線會(huì)導(dǎo)致電壓過(guò)大，這兩種情況分別稱為雷電繞擊和雷電直擊。

3 高速鐵路接觸網(wǎng)防雷措施

3.1 避雷器的防雷措施

雷電擊中接觸網(wǎng)時(shí)，如果產(chǎn)生的電壓大于避雷器的放電電壓，避雷器會(huì)立即將雷電流釋放出來(lái)，并在工頻電壓下表現(xiàn)出高電阻，截?cái)喙ゎl續(xù)流，避免絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)的情況，使接觸網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定的工作下去［2］。通過(guò)將線路避雷器安裝在支柱上，可以有效降低雷擊跳閘的概率。為了保證防雷效果，要盡量密集的安裝避雷器。按照一個(gè)錨段設(shè)置一個(gè)避雷器的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置，可以將雷擊跳閘率控制在0.452左右。按照接觸網(wǎng)跳閘率的相關(guān)規(guī)定要求，雷擊跳閘率的控制標(biāo)準(zhǔn)為0.83，因此，將跳閘率控制在0.452是符合規(guī)定要求的。但是由于避雷器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)老化，安裝過(guò)于密集并不科學(xué)。為了保證避雷效果，只需要將線路避雷器安裝在雷擊相對(duì)集中的地方。

3.2 使用合成絕緣子

接觸網(wǎng)受到雷擊后，會(huì)出現(xiàn)重合閘失敗的情況。究其原因，主要是因?yàn)楣ゎl續(xù)流電弧被灼燒后出現(xiàn)破損、炸裂，無(wú)法自動(dòng)回復(fù)線路絕緣性，導(dǎo)致重合閘失敗［3］。為了避免絕緣子被燒毀，首先要疏導(dǎo)工頻電弧，避免電弧在絕緣子的表面燃燒。其次，使用避雷器和避雷線來(lái)避免工頻電弧和線路閃絡(luò)建立。除此以外要注意提高絕緣子的抗灼燒能力。當(dāng)前輸配電線路中主要使用合成硅橡膠絕緣子和玻璃絕緣子兩種，在抵御灼燒能力方面，合成絕緣子具有明顯的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)合成絕緣子被工頻電弧灼燒時(shí)，噴出的氣體會(huì)發(fā)揮吹弧效果，使電弧從絕緣子的表面離開。此外，在局部受熱的情況下，硅橡膠材料不會(huì)馬上炸裂，有助于恢復(fù)絕緣線路。在經(jīng)過(guò)燒灼后，合成絕緣子傘群不會(huì)脫落，并且具有良好的絕緣效果，線路達(dá)到了重合閘的效果。而瓷絕緣子如果被灼燒，傘群落會(huì)全部掉落，絕緣效果會(huì)完全喪失，線路就不能重新合閘成功。雖然，合成絕緣子有良好的抗灼燒能力，但工頻電流弧仍會(huì)破壞合成絕緣子。經(jīng)灼燒后硅橡膠材料成分會(huì)產(chǎn)生變化，一些容易分解的物資受熱后會(huì)揮發(fā)，致使絕緣子的增水性和抗污性降低。在以后的運(yùn)行過(guò)程中，灼燒部分很有可能會(huì)出現(xiàn)老化脫落情況，嚴(yán)重影響線路運(yùn)行的安全。綜合以上分析可以看出，合成絕緣子雖然可以提升線路重合閘成功的概率，但不能根本性的解決線路防雷問(wèn)題。因此，要使用其他防護(hù)措施對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。

3.3 接地防雷措施

接地防雷措施主要分為安全接地措施和工作接地措施兩種:(1)安全接地。①對(duì)于距離接觸網(wǎng)帶電體五米以內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物都需要進(jìn)行安全接地處理。②對(duì)于避雷器等設(shè)備雙接地的情況，一端要接入回流線或保護(hù)線，另一端要接入綜合地下。③當(dāng)獨(dú)立供電線支柱成排出現(xiàn)時(shí)，一些支柱的要設(shè)置專門的接地。(2)工作接地。①信號(hào)完全橫向和吸上線每間隔1500m進(jìn)行一次連接。②在高速鐵路可以設(shè)置全線貫通的綜合接地系統(tǒng)，在綜合接地系統(tǒng)中納入接觸網(wǎng)，對(duì)支柱和回流線進(jìn)行不絕緣懸掛，保證工作接地可以安全接地。

4 高速鐵路接觸網(wǎng)防雷建議

(1)在鐵路線路中，為了可以屏蔽接觸網(wǎng)和正饋線，在高速鐵路線路上增設(shè)了一根鋁包芯鋁絞線架空地線。為了雷電流可以有穩(wěn)定的泄流通道，使用70型銅芯電纜增設(shè)在路基區(qū)段的基礎(chǔ)和支柱中預(yù)留出接地螺栓之間。對(duì)于加強(qiáng)線區(qū)域，當(dāng)加強(qiáng)線從運(yùn)行中退出后，會(huì)和接觸網(wǎng)的支柱產(chǎn)生短接，使加強(qiáng)線變成柱頂?shù)募芸站€。對(duì)于這種情況，當(dāng)加強(qiáng)線從運(yùn)行中退出時(shí)，要將接觸懸掛和加強(qiáng)線之間的連接拆除。并短接各個(gè)加強(qiáng)線固定處的支柱絕緣子，使用支柱基礎(chǔ)和銅芯電纜將路基段的接觸網(wǎng)連入到預(yù)埋螺栓上。將貫通地網(wǎng)和橋梁地段的架空線連接起來(lái)，接地電阻控制在1歐姆以內(nèi)。

(2)為了避免直接雷害，建議處于平均雷電日在40天以上的高速鐵路，整條線路都要架設(shè)避雷線。對(duì)于少雷區(qū)域的高速鐵路，要分析和統(tǒng)計(jì)沿線雷害情況，對(duì)雷害多發(fā)區(qū)和重要設(shè)備位置可以架設(shè)獨(dú)立的避雷線。盡可能將避雷線安裝在承力索的上部。

(3)建立完善的接地系統(tǒng)。為了充分發(fā)揮出防雷措施的作用，要在關(guān)鍵的位置和區(qū)段保證接地電阻值，并定期檢測(cè)電阻值。在綜合接地系統(tǒng)中接入防雷設(shè)施時(shí)，要和其他接入設(shè)備貫通點(diǎn)之間的距離保持在15m以上。安裝避雷器時(shí)，要安裝絕緣底座，安全接地和工作接地不可以使用通一個(gè)電流通道。

(4)為避免感應(yīng)雷害需在重雷區(qū)和高雷區(qū)的各個(gè)錨段設(shè)置避雷器。統(tǒng)計(jì)分析少雷區(qū)沿線雷害情況，將避雷器設(shè)置在雷害多發(fā)區(qū)。此外，還需要在敏感位置布置避雷設(shè)備。例如長(zhǎng)度超過(guò)2000m的隧道兩端、站場(chǎng)和分相端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)、封閉雨棚的兩側(cè)、較長(zhǎng)供電線上、高架區(qū)區(qū)域、高路基區(qū)域、架空轉(zhuǎn)換處、電纜等重要區(qū)域。

5 結(jié)論

綜上所述，為了保證高速鐵路接觸網(wǎng)防雷的能力，提高鐵路運(yùn)行的安全性，本文根據(jù)實(shí)際案例，對(duì)高速鐵路接觸網(wǎng)的防雷措施進(jìn)行了分析，并根據(jù)實(shí)際情況提出了接觸網(wǎng)防雷措施的改進(jìn)建議，防雷效果良好。不過(guò)，不管使用什么樣的防雷措施，也只能降低因雷電造成的跳閘概率和故障概率。無(wú)法根本性的杜絕雷電對(duì)接觸網(wǎng)造成的傷害。所以，在對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行防雷處理時(shí)，要根據(jù)投資、防護(hù)效果、工程特征選擇合理的防護(hù)措施，積極引用國(guó)外的一些先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，組織相關(guān)部門對(duì)防雷措施進(jìn)行試驗(yàn)、分析，進(jìn)而達(dá)到提升鐵路運(yùn)行穩(wěn)定性，降低牽引鐵路系統(tǒng)維護(hù)的目的。

［1］于增.接觸網(wǎng)防雷技術(shù)研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2002，(01):89－94.

［2］王冀饒.客運(yùn)專線接觸網(wǎng)避雷器防雷探討［J］.電氣化鐵道，2012，(02):32－34.

［3］TB10009－2005鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］:12－13.

［4］鐵建設(shè)［2007］39號(hào)鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定［S］:9 －10.