韓 成 馬峰超

（1. 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055；2. 京津冀城際鐵路投資有限公司，北京 100035）

電力貫通線是在鐵路沿線設(shè)置的用于為鐵路行車信號(hào)等設(shè)備供電的室外輸電線路，電壓等級(jí)通常為10kV，分為一級(jí)負(fù)荷貫通線和綜合負(fù)荷貫通線，負(fù)責(zé)為通信、信號(hào)以及車站照明和車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)等在內(nèi)的眾多系統(tǒng)裝置以及相關(guān)設(shè)備提供必要電能。而為了保障行車信號(hào)的安全供電，有必要對(duì)鐵路電力貫通線進(jìn)行防雷整治，從而有效控制雷電暴擊等故障的出現(xiàn)，為鐵路電力系統(tǒng)創(chuàng)造一個(gè)安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。

1 線路概況

本文以國(guó)內(nèi)某鐵路大通道為例，此線路全長(zhǎng)一千多公里，是國(guó)家規(guī)劃的大能力運(yùn)煤通道建設(shè)項(xiàng)目，是“十一五”期間國(guó)家重點(diǎn)工程，已于 2014年 12月30日全線貫通。全線新建10kV綜合負(fù)荷貫通線和10kV一級(jí)負(fù)荷貫通線各1條，均為架空電纜混架方式，在城鎮(zhèn)等人口密集區(qū)域，采用絕緣架空線或電纜。線路經(jīng)過晉中南、豫北和魯中南地區(qū)，夏季炎熱，雨量集中，在每年的在7—9月期間比較容易發(fā)生雷暴天氣，加之線路經(jīng)過山嶺等地區(qū)，受到風(fēng)、雨、雷擊等惡劣天氣影響比較大，而自從此線路建成開通并開始輸電以來，因雷害已導(dǎo)致電力貫通線出現(xiàn)的多起線路故障，主要有：①10kV貫通線絕緣子被雷電擊穿，引起故障停電。②雷電流引起10kV配電所跳閘，影響鐵路沿線通信信號(hào)等設(shè)備用電。盡快采取相應(yīng)的防雷整治措施，提升電力貫通線的防雷水平已經(jīng)勢(shì)在必行。

2 影響鐵路電力貫通線防雷效果的因素分析

2.1 設(shè)備因素

在此條鐵路的 10kV電力貫通線上使用的避雷裝置，絕大多數(shù)都被安裝在配電所周圍，在整個(gè)線路區(qū)間電力貫通線中避雷裝置相對(duì)比較少，而一旦與配電所距離相對(duì)較遠(yuǎn)的線路遭受雷電暴擊時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)無法有效泄放掉雷擊產(chǎn)生的電壓，進(jìn)而容易引發(fā)閃絡(luò)或是針瓷擊穿等現(xiàn)象，使得線路出現(xiàn)跳閘無法正常運(yùn)行[1]。此外，根據(jù)筆者了解到的資料顯示，普通10kV鐵路電力貫通線大約只有75kV的臨界閃絡(luò)電壓，但事實(shí)上當(dāng)出現(xiàn)雷電暴擊時(shí)，由此引發(fā)的過電壓值可以在短時(shí)間迅速上升至幾百千伏，在此工頻電壓下，絕緣子很可能被擊穿進(jìn)而出現(xiàn)線路跳閘甚至燒損等問題。

2.2 線路因素

相比于平原地區(qū)，在山路地區(qū)設(shè)計(jì)鐵路電力貫通線時(shí)，經(jīng)常需要面對(duì)大跨越等工作環(huán)境，而這也將在很大程度上減弱整體鐵路電力貫通線的絕緣水平以及抗擊雷電的性能，如果線路經(jīng)過地區(qū)本身容易出現(xiàn)大量的雷電活動(dòng)，則勢(shì)必將增加線路出現(xiàn)雷擊故障的可能性。除此之外，流經(jīng)接地體以及桿塔的雷電電流也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高桿塔電位，此時(shí)相導(dǎo)線也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的雷電過電壓，而如果桿塔電壓和雷電過電壓的電位差要高于線路的絕緣閃絡(luò)電壓值，則將會(huì)出現(xiàn)反擊閃絡(luò)的情況導(dǎo)致線路出現(xiàn)運(yùn)行故障。另外，接地線路或是相關(guān)電阻值本身缺乏科學(xué)性、合理性，或是電桿無法有效保護(hù)接地裝置，均有可能導(dǎo)致鐵路電力貫通線出現(xiàn)雷電擊故障。

3 電力貫通線防雷整治方法

3.1 加裝ZnO避雷器等避雷裝置

避雷器種類較多，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，ZnO避雷器因其良好保護(hù)性能廣為應(yīng)用。ZnO避雷器通過ZnO優(yōu)越的非線性伏安特性，在正常工作電壓時(shí)，使流過它的電流極?。é藺或mA級(jí)）；當(dāng)雷電過電壓作用時(shí)，電阻將急劇下降，充分泄放雷電過電壓的能量，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的良好效果。ZnO避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的區(qū)別在于其沒有放電間隙，充分利用ZnO的非線性特性實(shí)現(xiàn)泄流和開斷。為了有效提升鐵路電力貫通線的防雷水平，確保線路的正常供電運(yùn)行。在本線的電力貫通線路上，專門為電纜分歧桿、電纜終端桿、轉(zhuǎn)角桿、設(shè)備桿、跨越桿等容易出現(xiàn)絕緣問題的薄弱位置處加裝了避雷裝置。在加裝避雷器等裝置之后，在分流之后絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象的可能性將被削弱。當(dāng)桿塔遭受雷擊時(shí)，桿塔將負(fù)責(zé)向大地分流部分雷電流，而避雷線則會(huì)負(fù)責(zé)分流剩余雷電流至相鄰桿塔上，一旦雷電流超出限值，避雷器動(dòng)作將自動(dòng)加入分流，此時(shí)受到導(dǎo)線與導(dǎo)線之間電磁感應(yīng)作用的影響，在導(dǎo)線、避雷線位置上將分別形成耦合分量，進(jìn)而有效提高導(dǎo)線電位，起到控制導(dǎo)線與塔頂電位差的作用，從而規(guī)避了絕緣子閃絡(luò)發(fā)生。

3.2 提升絕緣水平

本線電力貫通線使用了大量的高電壓等級(jí)絕緣子，使得整體 10kV鐵路電力貫通線的防雷性能得到有效提升。同時(shí)，在容易出現(xiàn)雷電擊的線路區(qū)段，針式絕緣子選用 P-20T型，終端桿、耐張桿選用XP-70C型盤形懸式絕緣子，并由兩片增加至3片，使得線路的耐壓水平得到了大幅提升[2-3]。工作人員通過定期對(duì)鐵路電力貫通線進(jìn)行運(yùn)維管理，重點(diǎn)檢查在線路當(dāng)中是否存在破損的絕緣導(dǎo)線和故障絕緣裝置、避雷裝置，通過重新更換部分線路當(dāng)中的不合格避雷器和傷損絕緣導(dǎo)線，也在很大程度上降低了線路故障的發(fā)生概率。另外考慮到鐵路沿線地區(qū)經(jīng)常容易出現(xiàn)沙塵、霧霾等空氣污染天氣，進(jìn)而容易導(dǎo)致在絕緣線路上沉積大量灰塵，影響線路的絕緣性甚至出現(xiàn)污閃情況，因此相關(guān)工作人員還將該部分線路上的絕緣子統(tǒng)一更換為復(fù)合絕緣子，從而有效解決這一問題。圖1為技術(shù)人員在更換絕緣子。

圖1 技術(shù)人員進(jìn)行絕緣子更換工作

3.3 改善接地電阻

在本線路經(jīng)過的低山區(qū)段當(dāng)中，相對(duì)高差接近400m，而為了有效提升線路的防雷性能，盡可能避免其出現(xiàn)雷電擊線路跳閘等問題，還在架設(shè)電力貫通線的過程中通過使用專業(yè)的設(shè)備儀器對(duì)土壤的電阻率進(jìn)行有效測(cè)定，在電阻率相對(duì)較低的土壤周圍敷設(shè)外引接地體，并通過適當(dāng)延伸其射線長(zhǎng)度，確保土壤電阻值能夠到達(dá)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求：隔離桿、終端桿等的接地電阻不大于 10Ω，設(shè)備桿接地電阻不大于4Ω。在發(fā)現(xiàn)地下土壤電阻率無法滿足要求的情況下，施工人員通過采用補(bǔ)打垂直接地體并搭配使用降阻劑，也使得接地電阻得到有效改善。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在耕地位置敷設(shè)接地裝置時(shí)多采用水平敷設(shè)的方式，并且接地體的埋深需要控制在0.8m以內(nèi)，而在山石地區(qū)接地體的埋深則需要被嚴(yán)格控制在0.3m以內(nèi)，其他非耕地地區(qū)的接地埋深則需要被控制在0.6m以內(nèi)，并使用搭接的敷設(shè)方式，在焊接位置處刷涂一層防腐涂料以增強(qiáng)接地體的防腐蝕能力[4]。

3.4 其他整治方法

雷電擊放電下容易形成放電電弧，而這也是引起鐵路電力貫通線雷電短路的一大重要原因。當(dāng)斷路器跳閘之后電弧將自動(dòng)熄滅。因此通過在線路當(dāng)中使用自動(dòng)重合閘裝置可以有效控制電弧復(fù)燃，使得線路即便在遭受雷電擊的情況下也很快可以恢復(fù)供電，避免對(duì)整體鐵路電力貫通線造成不良影響。另外，在鐵路線路中的較長(zhǎng)橋梁、隧道及無架空路徑的困難地段采用沿預(yù)制電纜槽敷設(shè)電纜的形式，同時(shí)，在樹木較多的地段采用架空絕緣電纜，或者對(duì)電纜進(jìn)行加裝穿刺型防雷金具等特殊處理以有效提升線路的防雷性能。圖 2為穿刺型防雷金具安裝圖。

圖2 穿刺型防雷金具安裝圖

4 結(jié)論

總而言之，雖然鐵路電力貫通線上出現(xiàn)雷電擊事故的情況相對(duì)比較少，但為了確保線路的正常運(yùn)行，仍然需要結(jié)合線路的實(shí)際情況，采取行之有效的防雷措施以有效提升線路整體的防雷性能和絕緣水平，從而有效為鐵路行車信號(hào)等負(fù)荷正常供電，確保鐵路安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 烏景華. 如何增強(qiáng)集通電力貫通線防雷效果[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì), 2014, 33(19): 111-112.

[2] 郭慶毅. 論鐵路供電系統(tǒng)中防雷技術(shù)[J]. 中國(guó)高新區(qū), 2017, 17(8): 92.

[3] 胡茜, 林余杰, 胡朋杰. 新型 10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線用防雷金具探討[J]. 電氣技術(shù), 2015,16(12): 172-175.

[4] 田軼華. 大準(zhǔn)線防雷接地措施的幾點(diǎn)探討[J]. 企業(yè)導(dǎo)報(bào), 2016, 31(17): 82.