趙朝思

（中國鐵路南寧局集團(tuán)公司 南寧供電段，助理工程師，廣西 南寧）

1 引言

高速電氣化鐵路運(yùn)輸需要有效防止外部因素負(fù)面影響才能更好地在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中發(fā)揮作用，減少以至消除雷電極易引發(fā)的接觸網(wǎng)跳閘，避雷器、絕緣子損壞造成接地等供電設(shè)備故障，正是題中應(yīng)有之義。由于高速鐵路為減少征地面積，大量采用高架橋結(jié)構(gòu)，使其在平原地區(qū)處在至高點(diǎn)，較之普速鐵路遭受雷擊機(jī)率成倍增加。南廣鐵路（廣西南寧至廣東廣州）賓郁段（廣西賓陽至廣東郁南）處于中南半島雷暴高發(fā)區(qū)向北延伸區(qū)域，做好防雷電工作具有重要意義。

2 南廣鐵路賓郁段雷電災(zāi)害情況

2.1 雷電災(zāi)害的空間分布

2.1.1 地形影響 據(jù)廣西氣象資料廣西各地年平均雷暴日數(shù)為51 d～100 d，遠(yuǎn)超國內(nèi)多雷區(qū)界定標(biāo)準(zhǔn)為40 d的平均值。在南廣鐵路賓郁段中，貴港、梧州市，年雷暴日天數(shù)平均在90 d左右［1］。從沿線地形上看，來自北部灣的暖濕氣流登陸后向北，在貴港至平南一線遇到山脈的阻擋，起到氣流自然抬升作用，造成該地雷電活動頻繁。

由廣西年平均雷暴日數(shù)分布圖（圖1）可見，雷暴日與地形之間存在一定的聯(lián)系。各條日線與廣西區(qū)內(nèi)山勢走向基本一致。

圖1 廣西年平均雷暴日數(shù)分布圖

2.1.2 土壤電阻率影響 文獻(xiàn)［2］中研究結(jié)果表明，土壤電阻率與雷暴的形成有密切聯(lián)系。查閱文獻(xiàn)［3］［4］，貴港土壤中鐵錳結(jié)合占比較高，梧州土壤中含鐵量高于平均值8倍左右。與土壤電阻率相關(guān)的16個指標(biāo)中，影響從高到低前三名分別為全鐵、Cl、全氮。貴港、梧州地區(qū)的土壤中含鐵量較高，導(dǎo)致了土壤電阻率較低。在同一地區(qū)土壤導(dǎo)電率低的，雷擊概率高；土壤導(dǎo)電率均勻的，相對高度較高的位置雷擊概率大。同時(shí)，帶電導(dǎo)線因其自身帶有電荷的原因，雷擊的概率較高。

2.2 雷電災(zāi)害的時(shí)間分布圖2為梧州市多年月平均雷電時(shí)數(shù)變化曲線，可見，1、2、10、11、12月雷電活動較少，主要雷電活動自3月份起逐月上升，至5月到達(dá)最高值后逐漸回落，形態(tài)為單峰型。其原因是春季冷空氣南下與海洋上形成的暖濕氣流極易形成強(qiáng)對流天氣，夏季受到臺風(fēng)、太陽直射北移等天氣影響，造成雷電保持在相對較多水平；而到了秋、冬季受到冬季風(fēng)影響，暖濕氣團(tuán)較弱，因此造成雷電數(shù)量較少。

圖2 梧州市多年月平均雷電時(shí)數(shù)變化曲線

圖3為梧州市日雷電時(shí)間變化曲線，可見在下午至傍晚，雷電活動較為頻繁。其原因?yàn)樘栞椛鋸?qiáng)度在午后達(dá)到最高峰，這時(shí)對流旺盛。地表蒸發(fā)較強(qiáng)，極易產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣。分析2019年南廣線賓郁段雷擊數(shù)據(jù)，在27次雷擊中，11時(shí)-20時(shí)雷擊次數(shù)多達(dá)22次，與日雷電時(shí)間變化曲線相符。

圖3 梧州市7月日雷電時(shí)間變化曲線

3 南廣鐵路賓郁段雷擊情況分析

按照國際通行算法，接觸網(wǎng)平均雷擊次數(shù)計(jì)算公式為：

其中，T d為年平均雷電日數(shù)。在計(jì)算復(fù)線其雷擊為2 N，如上所述，途徑區(qū)段平均雷電日數(shù)90 d。按照南廣線賓郁段接觸網(wǎng)支柱高度10 m，代入上式可知，每年的雷擊次數(shù)約為46次。因環(huán)保、節(jié)約占地等因素影響，高速鐵路的橋隧比在逐年升高。南廣鐵路賓郁段橋隧比達(dá)到線路總長的46%，其中隧道長度就占線路總長的37%。減去隧道占比后，理論計(jì)算南廣線賓郁段的雷擊次數(shù)應(yīng)約為29次。實(shí)際雷擊次數(shù)，2017年為27次，2018年為26次，2019年為26次。與理論值基本相符。

對2017-2019年雷擊數(shù)據(jù)分析（見圖4），三年中，最早的一次發(fā)生在2019年2月11日。雷擊次數(shù)最多的為6月，共21次。其次為5月和7月，均為18次，8月雷擊7次，4月6次，9月5次，3月3次，2月1次。1月、10月、11月、12月未發(fā)生雷擊。與途徑區(qū)段的雷擊時(shí)間分布上基本相符。

圖4 2017-2019年雷擊時(shí)間分布

在空間分布上，如圖5所示雷擊區(qū)域分布在140 km-156 km，219-227 km，243-259 km，330-354 km。以上四個范圍雷擊占了總雷擊次數(shù)的67%，分別對應(yīng)了貴港市內(nèi)、桂平至平南間、平南縣城范圍、梧州南至郁南區(qū)間，其分布與圖1雷暴日線分布基本一致。在山脈走向的因素影響下，與市內(nèi)高大建筑引雷及城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生的上升氣流作用疊加，導(dǎo)致在建筑相對集中的以上四個處所雷擊次數(shù)較多［5］。

圖5 2017-2019年雷擊空間分布

4 接觸網(wǎng)防雷措施

目前電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷措施主要有在關(guān)鍵部位設(shè)置避雷器和架設(shè)避雷線兩種。常見氧化鋅閥組式避雷器的防雷原理主要是釋放雷電流的過電壓，避免接觸網(wǎng)接地短路。但由文獻(xiàn)［6］可知，一臺避雷器僅能保護(hù)附件的3～5根支柱面受雷擊影響。但由于這種方法防護(hù)范圍有限及造成設(shè)備數(shù)量成倍增加，反而導(dǎo)致了接觸網(wǎng)設(shè)備的可靠性降低。因此，針對接觸網(wǎng)防雷最有效的措施是增設(shè)避雷線。

2019年筆者所在單位有針對性地在梧州南至郁南區(qū)間架設(shè)了避雷線取得較好效果。架設(shè)前，該區(qū)段2015年遭雷擊16次，2016年、2017年、2018年、2019年遭雷擊分別為5次、10次、10次和12次，而2020年僅遭雷擊2次，說明電氣化鐵路架設(shè)避雷線對防雷效果有明顯的改善。

5 結(jié)論

接觸網(wǎng)雷擊與山脈走向、小范圍內(nèi)氣候有較直接影響；土壤電阻率的降低使當(dāng)?shù)芈淅讕茁试龃笠矔黾咏佑|網(wǎng)的雷擊次數(shù)。根據(jù)接觸網(wǎng)平均雷擊次數(shù)計(jì)算公式所得落雷數(shù)與實(shí)際值比較基本一致，但在計(jì)算線路長度時(shí)需將隧道區(qū)段減去。針對雷擊接觸網(wǎng)目前最有效的防護(hù)手段仍是架設(shè)避雷線，在實(shí)驗(yàn)區(qū)段架設(shè)避雷線后，雷擊次數(shù)有明顯下降。