劉翔瑞

摘要：接觸網(wǎng)作為給動(dòng)車組供給電能的金屬線索，雷擊導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘是不可避免的問題。接觸網(wǎng)的防雷措施在高速鐵路的設(shè)計(jì)過程中是必不可少的安全措施。在現(xiàn)有的已經(jīng)投入運(yùn)行的高速鐵路中，常見的防雷措施有安裝避雷器和加裝避雷線等。本文通過分析這兩種常見的防雷措施的原理以及在使用過程中的運(yùn)行維護(hù)情況進(jìn)行分析總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以提高接觸網(wǎng)供電穩(wěn)定性，為設(shè)備管理單位的日常檢修提供參考。

關(guān)鍵詞：高速鐵路 接觸網(wǎng) 防雷措施 避雷器 避雷線

1.引言

1.1雷擊的危害

對(duì)接觸網(wǎng)來說雷擊又被稱為外部過電壓，相比于牽引供電系統(tǒng)諧振造成的內(nèi)部過電壓，外部過電壓更容易對(duì)接觸網(wǎng)本身造成損壞。雷擊導(dǎo)致的接觸網(wǎng)跳閘，會(huì)造成接觸網(wǎng)絕緣子永久性擊穿導(dǎo)致絕緣性能下降，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換的絕緣子還有可能導(dǎo)致第二次雷擊擊穿。一旦發(fā)生跳閘，將會(huì)嚴(yán)重影響行車秩序。

1.2接觸網(wǎng)防雷措施的選擇

高速鐵路防雷措施是在高速鐵路規(guī)劃線路時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮的重要因素。防雷措施的選擇與鐵路周邊的環(huán)境，鐵路本身的地理位置，線路基礎(chǔ)息息相關(guān)。目前高速鐵路常用的避雷措施有安裝氧化鋅避雷器和架設(shè)獨(dú)立的避雷線兩種。

《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》都對(duì)告訴鐵路避雷器安裝位置和避雷線的裝條件有著明確的規(guī)定。

2.氧化鋅避雷器

2.1氧化鋅避雷器的工作原理

在正常的27.5KV工頻交流電壓下，電阻極大，能有效的阻斷工頻續(xù)流，使線路保持正常運(yùn)行。在雷電過電壓的作用下電阻變得很小能順暢的對(duì)地泄放電流。

2.2氧化鋅避雷器的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境

氧化鋅避雷器的安裝位置嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定安裝在絕緣錨段關(guān)節(jié)處、接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)、高架橋、隧道口等重點(diǎn)地段。絕緣錨段關(guān)節(jié)和接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)由于安裝有隔離開關(guān)和上網(wǎng)網(wǎng)電纜等附加設(shè)備導(dǎo)致接觸網(wǎng)支柱高度增加，更容易遭受雷擊。以雙臺(tái)避雷器柱頂安裝為例，避雷器在現(xiàn)場的安裝位置如圖1所示。

2.3氧化鋅避雷器存在的問題

氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定便于維護(hù)和更換但避雷器本身的故障具有隱蔽性不易察覺。在每年的雷雨季節(jié)來臨之前都需要對(duì)避雷器進(jìn)行檢查。檢查項(xiàng)目包含避雷器接地電阻、泄露電流、外觀檢查、雷擊次數(shù)。通過泄露電流檢查在工頻電壓下避雷器能否保持高阻特性，接地電阻及外觀檢查避雷器放電回路正常保證雷擊發(fā)生時(shí)能迅速將雷擊電流泄露至大地。此外每年需要更換一部分同一批次的避雷器作為樣本送檢檢測避雷器本身是否正常。

3.避雷線

3.1避雷線的工作原理

目前避雷線的安裝主要采用架空地線的形式，在電氣特性上起到屏蔽雷擊對(duì)接觸網(wǎng)的影響，降低接觸網(wǎng)對(duì)雷擊的吸引效果，減少雷擊擊中接觸網(wǎng)的概率，從而起到對(duì)接觸網(wǎng)的保護(hù)作用。

以川藏線為例經(jīng)過對(duì)高架橋的環(huán)境及架設(shè)避雷器的場景進(jìn)行模擬和理論分析可得，避雷線的架設(shè)有效的改變了導(dǎo)線的引雷寬度，從而降低了接觸導(dǎo)線的跳閘率。

接觸網(wǎng)導(dǎo)線的雷擊跳閘率為：

接觸網(wǎng)未架設(shè)避雷線前，AF 線和 T 線均完全暴露在雷電下，架設(shè)避雷線后直擊雷跳閘率大大降低，經(jīng)過理論分析將架設(shè)避雷線前后的引雷寬度帶入公式可得出架設(shè)年雷暴日為40日的條件下，高架橋高依次為 10 m，15 m，20 m 時(shí) AF 線閃絡(luò)率降低了 97.2% ， 96.6% ，95.2% ; T 線直擊雷閃絡(luò)率均降到 0.4次以下; 且架設(shè)避雷線前 AF 線閃絡(luò)率是 T 線的近三倍，應(yīng)重點(diǎn)防護(hù) AF 線。避雷線對(duì) AF 線和 T 線的屏蔽效果十分優(yōu)良，基本上可以規(guī)避直擊雷的危害。

3.2避雷線的設(shè)計(jì)需求

避雷線除了具備良好的導(dǎo)電性能外，還需要承受惡劣天氣的考驗(yàn)。必須具備一定的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)還要有良好的防銹蝕、抗彎抗拉以及承受瞬間大電流的能力。常用的避雷線有鍍鋅鋼絞線和鉛包鋼等。由于避雷線技術(shù)用于接觸網(wǎng)防雷時(shí)間尚短，其材料、結(jié)構(gòu)形式、施工、驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)都需要不斷總結(jié)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和完善。

3.3避雷線運(yùn)行中存在的問題

3.3.1避雷線本身結(jié)構(gòu)簡單，但安裝及維護(hù)困難。

目前避雷線的安裝在高速鐵路已經(jīng)投入運(yùn)行之后，對(duì)年累計(jì)雷擊次數(shù)滿足安裝要求后再次進(jìn)行安裝。此時(shí)由于避雷線的安裝位置下方已經(jīng)安裝了接觸線AF線等附加結(jié)構(gòu)，新的避雷線只能由人工攀登支柱進(jìn)行安裝支撐基礎(chǔ)和放線。

3.3.2檢查方便直觀但細(xì)小的損壞不易察覺。

在日常檢查的過程中主要對(duì)避雷線進(jìn)行外觀檢查與接地電阻檢查。由于避雷線本身無絕緣保護(hù)層等遮蔽層，外觀檢查能夠很直觀的觀察到避雷線斷股、散股、雷擊傷痕甚至斷線等損壞。但由于避雷線架設(shè)高度較高且有接觸線索和附加線索的阻礙現(xiàn)有的作業(yè)手段難以對(duì)避雷線進(jìn)行近距離觀察。

3.3.3發(fā)生斷線故障時(shí)影響較大。

避雷線采用長距離與接觸線索平行架設(shè)的方案，在避雷線發(fā)生斷線等故障時(shí)，容易發(fā)生斷開的線索搭接在接觸網(wǎng)上形成永久性故障。避雷線因斷線需要更換時(shí)，必須將原有的避雷線拆除再次架設(shè)避雷線。

3.3.4易受惡劣天氣影響。

避雷線長時(shí)間暴露在空氣中，易受惡劣天氣影響產(chǎn)生新的安全隱患。大風(fēng)天氣，避雷線會(huì)隨風(fēng)擺動(dòng)導(dǎo)致與附近帶電線索空氣間隙減小，可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘。尤其是在冬季，避雷線還存在覆冰的可能性。

結(jié)論

高速鐵路接觸網(wǎng)防雷措施是接觸網(wǎng)從設(shè)計(jì)建造開始就應(yīng)當(dāng)考慮并在實(shí)際運(yùn)行過程中根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際不斷完善的長期工作。高速鐵路接觸網(wǎng)防雷主要采用氧化鋅避雷器和加裝避雷線兩種方法。氧化鋅避雷器技術(shù)成熟，安裝更換方便，降低了人工成本，能夠滿足高速鐵路一般區(qū)段的防雷要求。對(duì)雷區(qū)及易發(fā)生雷擊跳閘的高架區(qū)段，可安裝避雷線提高接觸網(wǎng)防雷能力。雖然目前避雷線本身存在眾多安全隱患，但避雷線對(duì)接觸網(wǎng)的防雷擊能力有極大的提升。應(yīng)當(dāng)繼續(xù)探索避雷線在高速鐵路防雷領(lǐng)域的應(yīng)用。

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