高速铁路牵引供电接触网雷电防护

随着我国经济的快速发展，人们对铁路交通的要求也越来越高，高速铁路应运而生。高速铁路牵引供电接触网作为铁路的重要组成部分，其质量的优劣将直接影响到铁路运输安全。牵引供电接触网又称无接触悬挂系统，是指没有固定支撑的架空导线。其主要作用是为铁路机车车辆提供电力支持。高速铁路接触网系统具有运行速度快、规模大、结构复杂、电压高、电流大等特点，使其成为雷电防护中的薄弱环节。

 

 

一、高速铁路牵引供电接触网系统

 

高速铁路牵引供电接触网系统主要由接触悬挂系统、隔离开关、接触导线、定位器等设备组成。接触网悬挂系统：主要由支柱和锚段关节组成。接触网绝缘子：主要有固定于支柱上的固定绝缘子和固定在锚段关节上的绝缘子两类。接触网的绝缘子经跨线连接于隔离开关。接触导线：主要由钢轨、吊弦和接触线组成，也称吊弦，它与钢轨直接接触。定位器：用于提高架空线路的定位精度，在供电臂上安装与牵引网固定在一起。绝缘子串：用于保护绝缘子不受外界环境影响而不被击穿，主要作用是当雷电过电压、感应过电压或外部短路时，将电弧熄灭。

 

二、电气化铁路接触网系统雷击原因分析

 

雷电是自然界中最普遍、最强烈的放电现象，它是发生在空中的放电现象。其主要包括雷电直击、雷电绕击、雷击放电以及雷电感应等。从物理角度分析，雷击接触网的主要原因是雷电绕击接触网，以及感应雷过电压。对于绕击接触网而言，在被保护接触网线路上出现的过电压为绕击波和感应波叠加而成；对于感应雷过电压而言，则是由雷击点附近的雷电流和通过被保护线路上的感应过电压组成。

 

结合我国高速铁路接触网系统特点及运行维护工作经验，分析雷电绕击接触网原因主要有以下几点：

 

1、防护水平低。

目前我国高速铁路运行时间较短，运营管理经验不足，对于雷击问题不够重视；

 

2、防雷设计不合理。

防雷设计考虑不周，没有充分考虑到接触网系统的特殊性和复杂性；

 

3、缺乏专业技术人员。

没有建立完善的雷电防护体系，缺乏专业的技术人员和专业技术设备；

 

4、雷击防护设施不完善。

避雷器安装位置不合理或数量不够、避雷器失效；

 

5、线路绝缘水平低。

线路绝缘水平低，导致雷击跳闸率高。

 

针对以上原因，高速铁路接触网系统应采取以下雷电防护措施。

 

三、高速铁路牵引供电接触网雷电防护

 

（一）优化雷电防护装置

对接触网避雷器进行优化，可以有效地提高接触网防雷水平。

 

对于高速铁路而言，在雷电防护装置的选型方面应坚持以下原则：

 

（1）加强对接触网线路的绝缘，降低线路上的雷击电流。

在确保绝缘水平的前提下，尽可能减小避雷器与接触导线之间的间距，增加避雷器与接触导线间的距离；

 

（2）通过增加避雷器数量，提高避雷器接地电阻。

随着高速铁路牵引网结构型式越来越复杂，避雷器接地电阻值会不断增大，降低了其对防雷的作用。因此，通过增加避雷器接地电阻可以有效降低避雷器体电阻和接地网电阻，进而提高雷电防护效果。

 

（3）减小避雷器安装间距。

根据试验结果可知，在同等雷击条件下，防雷保护距离越短，防雷效果越好。因此，在保证其他防雷措施效果良好的前提下，应尽可能缩短避雷器与接触网导线之间的间距。

 

（4）优化防雷装置安装方式。

为了进一步提高防雷效果，在对接闪器进行优化时，可以考虑采用环形接闪器。在实际工程中经常出现环形接闪器与导线之间间隙不够大的情况。因此可以通过增大间隙来提高防雷效果。

 

（二）采用双避雷针保护措施

双避雷针是指在一根避雷针上安装两个避雷针，之间的距离一般为3m~5m。当一个避雷针绕击时，另外一个避雷针将感应过电压进行分流，降低过电压幅值；当两个避雷针绕击时，因线路感应过电压幅值较低，会使接地电阻大幅下降，进而降低接地阻抗。双避雷针一般采用钢筋混凝土结构，当两个避雷针绕击时，在同一接触网线路上将感应过电压进行分流，降低过电压幅值。同时，由于两个避雷针之间距离较小，绕击几率较小。由于接触网系统具有较大的电容和电感，当遭受雷电绕击时将会产生较大的感应过电压。

 

为了提高接触网系统的耐雷水平和保护效果，应在接触网导线两侧安装双避雷针。当遭受直击雷时，一个避雷针将感应过电压进行分流；当遭受绕击时，另一个避雷针将感应过电压进行分流。同时两个避雷针之间的距离也应控制在3m~5m之间。

（三）增加避雷线的长度

为了有效降低雷电绕击接触网的概率，需要将避雷线接地。根据《高速铁路设计规范》（TB 10003-2009），对接触网的接地要求为：

 

①为保证绝缘水平，防止雷电流通过避雷线时产生的反击过电压影响绝缘，接触网的接地网应采用人工接地。

 

②为防止雷电流由避雷线入地，对接触线、地线、相序补偿装置等的保护是必要的。在对避雷线接地装置进行设计时，一般考虑以下两种方式：

 

一是将避雷线接地装置设置在接触网支柱上；

 

二是在绝缘子串上安装耦合地线。

避雷线接地装置是将接触线、地线、相序补偿装置等设备用电缆连接起来，构成一个电气回路。在实际工程中，接触网支柱多为钢筋混凝土柱，无法将电缆等设备直接与支柱可靠连接，因此需在支柱上敷设避雷线。由于避雷线接地装置及避雷线均会对绝缘子串造成一定影响，因此需要对其进行改造。

 

（四）加强接地系统建设

 

在我国高速铁路接触网系统中，应采取接地装置加强防雷保护，有效降低雷电绕击接触网的概率。为提高接地体的有效性，在设计过程中，应采取以下措施：

 

1)在设计时充分考虑高速铁路接触网的接地电阻要求。如果接地电阻超过设计标准，则应对接地体进行改造，从而降低接地电阻。

 

2)加强接地网施工过程管理，保证施工质量。对于接地引下线进行严格把关，保证施工质量；

 

3)充分考虑接地装置的敷设方式。一般情况下，应以地下敷设为主，当采用地上敷设时，应尽量避免架空方式。

 

4)对接触网引下线进行重新设计。根据不同地段的地质条件和现场条件等情况进行综合考虑，尽量选择与其他线路距离较近的地点作为接地体。对于地下敷设的引下线，应尽可能利用原有的接地装置进行敷设；对于架空敷设的引下线应尽量采用扁钢或角钢等非圆钢材料进行连接。

 

5)加强接地系统建设。为了防止雷电绕击接触网，还需在其周围布置接地网，形成一个有效的保护屏障。

 

 

（五）采用“三防”措施

目前，我国高速铁路沿线的牵引供电接触网系统主要采用“三防”措施：即防雷、防电、避雷。其中防雷措施主要采用避雷线和避雷器；防电措施主要采用避雷器；避雷线和避雷器均安装在钢轨上，所以需要在钢轨上焊接导线连接件，再将牵引供电接触网系统与此连接件连接在一起。

 

这些措施虽然可以起到一定的防护作用，但是仍然存在一些不足之处，如避雷线和避雷器均采用金属材料制成，虽然在一定程度上能够对雷电进行防护，但是却增加了牵引供电接触网系统的造价成本。

 

因此，结合我国高速铁路牵引供电接触网系统特点，需要对牵引供电接触网系统采取相应的雷电防护措施。

 

四、总结

高速铁路牵引供电接触网系统中雷电防护措施，还应从防雷保护方案的选择、避雷器的安装及安装位置，以及在接地系统中安装接地体的要求等方面考虑，随着高速铁路建设步伐的加快，供电线路雷击事故日益增多，为了减少雷击故障对高速铁路的影响，在接触网系统中采用合适的防雷保护方案至关重要。

 

内容来源：《中国电业与能源》2023年13期。