李汝軍

0 前言

為減少占地，客運(yùn)專線大量采用高架橋形式，橋梁區(qū)段一般占線路長(zhǎng)度50%以上，客運(yùn)專線接觸網(wǎng)往往成為小區(qū)域內(nèi)的相對(duì)高點(diǎn)，使得客運(yùn)專線接觸網(wǎng)遭受雷害的幾率大大增加。據(jù)北京局統(tǒng)計(jì)，開通頭1年，京津城際接觸網(wǎng)因雷擊跳閘31次，同期既有京滬線京津段因雷擊跳閘僅6次，客運(yùn)專線雷擊故障達(dá)既有線 5倍以上；據(jù)廣州局統(tǒng)計(jì)，僅2010年5月，武廣客運(yùn)專線廣州局管段共計(jì)發(fā)生因雷電活動(dòng)造成避雷器動(dòng)作27次。因此，客運(yùn)專線對(duì)可靠性要求較普通鐵路更為嚴(yán)格，針對(duì)客運(yùn)專線以高架為主的特點(diǎn)，系統(tǒng)地研究加強(qiáng)客運(yùn)專線接觸網(wǎng)防雷能力的具體措施是非常必要的。

1 雷電故障原因分析

分析雷電故障原因如下：

（1）線路高架居多，容易導(dǎo)致雷擊，在大雨季節(jié)，存在更多直擊雷擊和感應(yīng)雷擊。

（2）接地系統(tǒng)電氣完整性可能受到損壞，H形鋼柱接地電阻值較大，當(dāng)雷電直接擊中支柱或保護(hù)線時(shí)，如接地電阻過高，容易造成支柱或保護(hù)線電位高而引起雷電反擊。

（3）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，發(fā)生絕緣子閃絡(luò)的多為斜腕臂絕緣子或正饋線懸垂絕緣子。在大雨季節(jié)，雨水順著絕緣子形成較大水流，降低了絕緣子的濕閃耐壓水平，當(dāng)遇較強(qiáng)雷電流雷擊產(chǎn)生的電位差大于絕緣子的濕閃耐壓水平而發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，容易損壞絕緣子。

2 國(guó)內(nèi)外防雷研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)目前是按照《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10009-2005中規(guī)定進(jìn)行，其中第5.3.1條規(guī)定，應(yīng)根據(jù)雷電日及運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，按下列原則對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行過電壓保護(hù)：

（1）吸流變壓器的原邊應(yīng)設(shè)避雷裝置。

（2）重雷區(qū)及超重雷區(qū)在重點(diǎn)位置應(yīng)設(shè)避雷裝置，如分相和站場(chǎng)端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)；長(zhǎng)度2 000 m及以上隧道的兩端。

（3）供電線或正饋線連接到接觸網(wǎng)上的接線處。

在德國(guó)，接觸網(wǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)表明一年中每100 km長(zhǎng)的線路可能遭受一次雷電沖擊。雷電沖擊的幾率變化很大，且位置不同。雷電對(duì)接觸網(wǎng)的直接沖擊會(huì)導(dǎo)致雷電沖擊過電壓。

接觸網(wǎng)線路采用了保護(hù)裝置限制雷電過電壓，目前應(yīng)用較多的是避雷器，主要用于雷電活動(dòng)頻繁的區(qū)段，但是保護(hù)效果并非完全理想；出于經(jīng)濟(jì)原因，其他區(qū)段一般沒有采用線路避雷器。

日本為雷電多發(fā)地區(qū)，對(duì)防雷有長(zhǎng)期深入的研究。日本針對(duì)不同區(qū)段電氣化鐵路的雷擊頻度及其重要程度，可劃分為3個(gè)區(qū)，即A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)， 采取不同防雷措施，具體劃分情況見表1。

表1 日本新干線防雷分區(qū)劃分表

日本新干線架空敞開段設(shè)置了貫通的獨(dú)立架空地線兼避雷線，加強(qiáng)接觸網(wǎng)防雷能力，避雷線防護(hù)范圍見圖1所示。

圖1 日本新干線避雷線防護(hù)范圍示意圖

日本新干線同時(shí)設(shè)置了并聯(lián)間隙，進(jìn)一步加強(qiáng)接觸網(wǎng)防雷能力，間隙的放電電壓為5 kV。

3 接觸網(wǎng)防雷工程方案

由于客運(yùn)專線對(duì)可靠性要求高，接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障，其影響范圍大、事故恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，因此為提高客運(yùn)專線防雷水平，對(duì)于客運(yùn)專線鐵路，建議采取以下防雷加強(qiáng)措施：

（1）降低接地電阻，確保接地完整性。橋梁區(qū)段利用橋墩作為防雷接地極，防雷接地與綜合接地分離，路基區(qū)段避雷器接地引至路基外獨(dú)立設(shè)置的接地極接地，避雷線每100 m引至路基外獨(dú)立設(shè)置的接地極接地，接地電阻值不大于 10 Ω。且送電前，應(yīng)根據(jù)《鐵路綜合接地系統(tǒng)測(cè)量方法》（TB/T 3233-2010）進(jìn)行接地系統(tǒng)檢查，重點(diǎn)檢查曾經(jīng)雷閃故障支柱附近避雷器工作和接地狀況，以及變電所出線附件的第一個(gè)錨段關(guān)節(jié)區(qū)域。

（2）合理增設(shè)避雷器。安裝避雷器可以降低接觸網(wǎng)雷擊跳閘率，雷電通過具有切斷工頻續(xù)流能力的避雷器入地，對(duì)附近人員、信號(hào)設(shè)施、可燃物資等的威脅會(huì)大大減小。因此，強(qiáng)雷區(qū)城際鐵路全線隧道外區(qū)段所有設(shè)備安裝處、每處錨段關(guān)節(jié)、站場(chǎng)兩端及長(zhǎng)大橋及隧道兩端宜加裝避雷器。

（3）適當(dāng)設(shè)置避雷線。在重要設(shè)備安裝處及雷害多發(fā)區(qū)段（如變電所電纜上網(wǎng)處及空曠地區(qū)高橋區(qū)段）可單獨(dú)設(shè)置避雷線，進(jìn)一步加強(qiáng)接觸網(wǎng)防雷水平。為防止斷線，避雷線宜采用鋼絞線。

在客運(yùn)專線位于年平均雷暴日大于60天的強(qiáng)雷區(qū)時(shí)，以下加強(qiáng)防雷方案可根據(jù)線路實(shí)際情況，酌情選用：

（1）絕緣子采用間隙。在腕臂絕緣子上加裝間隙，接觸網(wǎng)遭受雷擊時(shí)間隙放電泄流，保護(hù)設(shè)備（絕緣子）不被擊穿，減少雷害對(duì)設(shè)備的損害。但是采用間隙方案又存在間隙調(diào)整較為困難，不利于絕緣子清洗車作業(yè)等問題。

（2）正饋線懸垂絕緣子、斜腕臂絕緣子做局部加強(qiáng)。根據(jù)線路實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，在雷害多發(fā)區(qū)段加裝硅橡膠增大爬距裙（見圖 2）。增大爬距裙直徑較大，借助其傘裙較大的特點(diǎn)，可起到改變絕緣子的放電路徑，切斷污水橋短路的目的，同時(shí)兼顧該輔助傘裙所帶來(lái)的增大爬距的效應(yīng)，進(jìn)一步提高雷雨季節(jié)潮濕環(huán)境中的抗雷閃水平。

圖2 圍硅橡膠增大爬距裙示意圖

（3）設(shè)貫通單獨(dú)避雷線。在雷害多發(fā)區(qū)段，沿線架設(shè)貫通避雷線，提高接觸網(wǎng)防雷水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

為保證客運(yùn)專線鐵路接觸網(wǎng)可靠性，除了按一般要求，在分相和站場(chǎng)端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)、長(zhǎng)度2 000 m及以上隧道的兩端、供電線或正饋線連接到接觸網(wǎng)上的接線處安裝避雷器外，建議采取以下加強(qiáng)措施：

（1）在每個(gè)錨段關(guān)節(jié)附近均設(shè)置氧化鋅避雷器。

（2）在所有開關(guān)設(shè)備安裝處均安裝避雷器。

（3）在重要設(shè)施及雷害易發(fā)區(qū)域架設(shè)單獨(dú)避雷線。

（4）將防雷接地與綜合接地分離，橋梁利用部分橋墩作為防雷接地極使用，路基區(qū)段單獨(dú)設(shè)置外引接地極，并做好接地測(cè)試。

另外針對(duì)個(gè)別雷害嚴(yán)重區(qū)域，可酌情采取腕臂絕緣子上加裝間隙、安裝增大爬距裙、架設(shè)貫通避雷線等加強(qiáng)措施，以減少雷害對(duì)設(shè)備的損害。

[1]TB 10009-2005 鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[2]鐵運(yùn)[2007]69號(hào) 接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[3]于增.接觸網(wǎng)防雷技術(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2002，1（73）：89-94.