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        關(guān)于高速鐵路的牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)方法分析

        2016-08-10 12:18:57曾凱
        大科技 2016年36期
        關(guān)鍵詞:避雷線避雷針架設(shè)

        曾凱

        (南寧鐵路局供電處 廣西南寧市 530000)

        關(guān)于高速鐵路的牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)方法分析

        曾凱

        (南寧鐵路局供電處 廣西南寧市 530000)

        高速鐵路接觸網(wǎng)是沿著高速鐵路線路上空架設(shè)的列車動力系統(tǒng),為機(jī)車輸送電力,高速鐵路列車運(yùn)行的電力來源就是通過牽引供電接觸網(wǎng)進(jìn)行輸送。高鐵已經(jīng)成為我國普遍的交通出行工具,因此在快速便捷的同時,也要保證其安全性和可靠性。高鐵牽引供電系統(tǒng)的雷電防護(hù)缺陷包括直擊雷防護(hù)、沖擊接地電阻和不同地區(qū)對雷電防護(hù)要求的差異,為避免雷擊對高鐵線路帶來的負(fù)面影響,研究高鐵接觸網(wǎng)防雷要點(diǎn)是非常有必要的。

        高速鐵路;牽引供電接觸網(wǎng);雷電防護(hù)

        前言

        經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通運(yùn)輸?shù)臅r效性、便捷性、安全性息息相關(guān),據(jù)研究,當(dāng)交通運(yùn)輸行業(yè)較為發(fā)達(dá)時,經(jīng)濟(jì)的增速就會更快。自武廣高鐵開通以來,我國高鐵的發(fā)展越來越迅猛,到目前為止,我國高鐵的運(yùn)營里程已經(jīng)達(dá)到1.8萬km,快速鐵路網(wǎng)絡(luò)總里程已經(jīng)超過了4萬km。就規(guī)模而言,我國高鐵事業(yè)的發(fā)展舉世矚目,但對于安全性應(yīng)予以同樣的甚至更高的重視,尤其是牽引供電接觸網(wǎng)防雷設(shè)計方面。雷擊對高速鐵路接觸網(wǎng)的威脅非常大,會嚴(yán)重影響高鐵的正常運(yùn)行,因此必須重視接觸網(wǎng)的防雷問題,保障高鐵系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        1 廣西高速鐵路的發(fā)展

        目前,廣西境內(nèi)的大多數(shù)城市都已經(jīng)開通高鐵線路,主要包括廣西沿海線、南廣線、貴廣線、南昆線(南寧-白色段)等。自2013年至今,廣西高鐵里程已經(jīng)增至1800多km,境內(nèi)里程就超過了1700km,廣西高鐵里程已經(jīng)位居全國前列。從2013年12月開始,廣西相繼開通了南寧-桂林、南寧-柳州、南寧-北海、南寧-防城港、南寧-欽州、南寧-梧州等高鐵線路,高鐵開通后,廣西桂林、柳州、南寧、梧州、欽州、北海、防城港等城市之間實(shí)現(xiàn)了高鐵高速銜接,形成了從南寧到北部灣城市的1h交通圈以及南寧到廣西境內(nèi)各主要城市的2h交通圈,極大地改善了廣西民眾的出行質(zhì)量。

        2 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)設(shè)計

        2.1 基本概念

        我國對高鐵的運(yùn)行安全有著明確的要求,根據(jù)頒布的規(guī)定,對高鐵牽引供電接系統(tǒng)觸網(wǎng)的雷電防護(hù)提出了具體要求劃分:年均雷電日在20d(不含)以下的地區(qū)為少雷區(qū);年均雷電日在20d(含)以上40d(不含)以下的地區(qū)為多雷區(qū);年均雷電日在40d(含)以上60d(含)以下的地區(qū)為高雷區(qū);年均雷電日在60d(不含)以上地區(qū)為強(qiáng)雷區(qū)[1]。不同地區(qū)雷電產(chǎn)生的頻率有所不同,因此雷擊程度也不相同,這樣就需要在建設(shè)牽引供電接觸網(wǎng)時采取有針對性的防護(hù)措施。

        2.2 分析計算

        一般來說,年平均雷電日較多的地區(qū),牽引供電接觸網(wǎng)收到雷擊的概率也會相對較高,因此兩者關(guān)系成正比。高鐵線路的接觸網(wǎng)承力索通常在離地面7m的高度,側(cè)面的限界通常為3m。單線接觸網(wǎng)遭遇雷擊的次數(shù)有一個計算公式:N=年均雷電日×0.122×1.3;復(fù)線接觸網(wǎng)遭遇雷擊的次數(shù)也有一個計算公式:N=年均雷電日×0.244×1.3.當(dāng)遭到雷擊時,影響接觸網(wǎng)損傷程度的因素主要包括導(dǎo)線的高度、雷電的電流和電壓、接地電阻等。對多種會造成接觸網(wǎng)損傷的因素進(jìn)行綜合考慮,設(shè)計出具有防雷效果的接觸網(wǎng),將顯著加強(qiáng)接觸網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

        3 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護(hù)缺陷

        3.1 直擊雷防護(hù)

        高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)一般使用相當(dāng)于電力系統(tǒng)35kV的電壓等級,因此在進(jìn)行高鐵牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)防雷設(shè)計時,主要參照電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的35kV中壓輸電網(wǎng)絡(luò)防雷設(shè)計方案或常規(guī)鐵路牽引供電系統(tǒng)的防雷設(shè)計方案設(shè)計。在高鐵的牽引供電系統(tǒng)防雷設(shè)計中,沒有架設(shè)避雷線,需要對關(guān)鍵部位的設(shè)備加裝避雷器。由于高鐵的速度特性,橋梁是高鐵線路的主要結(jié)構(gòu),高架橋的接觸網(wǎng)對地高度已經(jīng)相當(dāng)于110kV的架空線路了,并且沒有避雷保護(hù)措施,很容易遭到雷擊。

        3.2 沖擊接地電阻

        高鐵和常規(guī)鐵路有很多不同點(diǎn),比如在牽引電流方面,高鐵就明顯大于常規(guī)鐵路,高鐵鋼軌泄露的電阻也大于常規(guī)鐵路。以客車為例,和鋼軌電位比起來,常規(guī)鐵路對線路的要求相對較低,因此高鐵維護(hù)工作人員在工作過程中就比較容易發(fā)生觸電事故。因此,現(xiàn)代高速鐵路主要采用綜合接地的接觸網(wǎng)設(shè)計方式,在某些地段要打接地極,并且對接地電阻的要求較嚴(yán)格[2]。但實(shí)際上,當(dāng)遭遇雷擊時,由于雷電沖擊較強(qiáng),接地電阻會超過正常值,從而導(dǎo)致絕緣子發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。

        3.3 地區(qū)雷電防護(hù)要求差異

        不同地區(qū),雷擊的頻率和強(qiáng)度都不相同,土壤參數(shù)也存在差異。在建設(shè)高鐵的過程中,由于其地域跨度很大,線路也較長,因此在高鐵的整個沿線地帶通常會有多種雷擊和土壤參數(shù),不同的參數(shù)產(chǎn)生雷擊的危害也不相同。因此接觸網(wǎng)的防雷設(shè)施就必須作出針對性的設(shè)計。但在實(shí)際工程中卻沒有將這一因素考慮進(jìn)去,使得雷電的防護(hù)措施不夠完善,無法完全發(fā)揮防雷擊作用。

        4 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護(hù)要點(diǎn)

        4.1 接觸網(wǎng)的安裝

        目前高鐵廣泛采用AT供電方式(自耦變壓器供電方式)接觸網(wǎng)供電方式,其AF線和PW線安裝位置如圖1所示。

        圖1 AF線和PW線安裝位置示意圖

        PW線安裝于AF線的下方,在這種安裝方式下,采用電氣幾何模型及先導(dǎo)發(fā)展模型計算接觸網(wǎng)直接落雷閃絡(luò)概率,條件為:自然產(chǎn)生的雷電絕大部分是負(fù)極性,直擊雷的過電壓是負(fù)極性,采用絕緣子U50%為計算過程中的閃絡(luò)判據(jù);假設(shè)雷暴日為20d和40d,根據(jù)這兩種情況進(jìn)行計算。接觸網(wǎng)絕緣子的正負(fù)極性標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊50%放電電壓如表1所示。

        表1 接觸網(wǎng)絕緣子雷擊50%放電電壓表

        線路總暴露寬度×線路長度=線路引雷面積,線路引雷面積×地閃密度=年雷擊閃絡(luò)次數(shù)。當(dāng)線路長度為100km時,就可以計算這一區(qū)域內(nèi)的年閃絡(luò)次數(shù)。

        4.2 雷電防護(hù)建議

        (1)高鐵經(jīng)過的一些區(qū)域,年平均雷電日數(shù)量非常大,屬于多雷電地區(qū)并且這些地區(qū)中很多都具有地勢開闊的特點(diǎn),自然環(huán)境缺乏防雷能力,高架橋就容易成為雷擊目標(biāo)。因此上述區(qū)域的防雷擊保護(hù)措施應(yīng)引起特別重視。

        (2)因接觸網(wǎng)所在區(qū)域不同,因此遭遇雷擊的強(qiáng)度有明顯區(qū)別,并且防雷電措施應(yīng)同跳閘統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合。在架設(shè)避雷線和避雷針時,應(yīng)根據(jù)雷擊的程度適當(dāng)增加架設(shè)的密度,還要注意直擊雷防護(hù)措施。

        (3)在同一區(qū)域內(nèi),接觸網(wǎng)的防雷設(shè)計可以采用在頂部安裝避雷線的方式,而在年均雷擊日數(shù)較多的區(qū)域,最好安裝避雷針以加強(qiáng)其防雷能力。

        (4)避雷針和避雷線自身的避雷范圍都有限,因此應(yīng)采取多種避雷設(shè)備聯(lián)合使用的方式以加大避雷的范圍。通過計算,對整體避雷的范圍能夠大致確定,這樣就能有效防護(hù)可能存在避雷漏洞的地區(qū)。

        (5)可以在接觸網(wǎng)支柱的頂部安裝防雷設(shè)備,它可以對支柱的兩側(cè)高壓帶電部分同時進(jìn)行保護(hù),雷電保護(hù)的范圍更大,能夠有效降低直擊雷給接觸網(wǎng)的高壓部分造成雷擊傷害。

        (6)接觸網(wǎng)在架設(shè)避雷線或避雷針時,如果可以采用絕緣的方式,使其單獨(dú)接地,就能夠既降低直擊雷的危害,也降低反擊雷的危害,有效避免因雷擊而造成的接觸網(wǎng)高壓部分出現(xiàn)損壞,確保高鐵正常運(yùn)行。

        (7)在接觸網(wǎng)頂端架設(shè)避雷線或避雷針時,避雷設(shè)備應(yīng)保持與信號設(shè)備至少15m的距離。應(yīng)在架設(shè)接觸網(wǎng)避雷線之外,再加裝絕緣裝置,并且在鄰近的支柱頂端單獨(dú)架設(shè)避雷針并接地。

        (8)站場接觸網(wǎng)的防雷體系建設(shè)如果能夠同周邊建筑的防雷設(shè)備融合,就能在極大增強(qiáng)高鐵防雷擊能力的同時,減少成本消耗。在站場關(guān)鍵路段單獨(dú)架設(shè)避雷針還能達(dá)到更好的避雷效果。

        5 結(jié)束語

        高速鐵路不僅要具有速度優(yōu)勢,更重要的是安全、穩(wěn)定、可靠。自然災(zāi)害中,對高鐵運(yùn)行影響最明顯的就是雷電,因此,加強(qiáng)高鐵牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的防雷措施極其有必要。隨著我國科技實(shí)力和對高鐵重視程度的發(fā)展和深入,更先進(jìn)、更可靠的避雷措施一定會更可靠地保障高鐵的安全運(yùn)行。

        [1]汪德耀.高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016(9):104~105.

        [2]孫天梁,曹建兵,祁玉棟,等.高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015(18):3653~3654.

        U417

        A

        1004-7344(2016)36-0059-02

        2016-12-15

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