铁路接触网防雷技术的研究

周俊丞

摘要：由于接触网都为露天安装，所以其可靠性要求非常高，接触网一旦停电，或列车电弓与接触网接触不良，对列车的供电会产生很大影响，甚至引发安全事故。接触网设备周边环境的变化和极端恶劣天气对接触网影响较大，特别是由于雷击引发的接触网跳闸故障给电气化铁路的安全运行带来非常大的影响，因此，防治雷击引发接触网设备跳闸成为电气化铁路发展的重要技术。

关键词：铁路；接触网；防雷技术

引言

铁路接触网遭受雷击时，会出现线索上的过电压引发绝缘闪络，进而导致接触网出现跳闸情况，严重可造成接触网断线，引发触电等严重危险问题。一旦出现跳闸情况，首先是设备本身受雷击造成损害，其次本线及邻线首列列车均需限速运行，相关设备管理单位需出动巡视检查设备。如跳闸造成线路断线接地或者绝缘设备被击穿等情况，则接触网供电中断，严重影响铁路运输秩序，造成铁路经济损失及不良的社会影响。

1 雷电对接触网造成的危害

在所有的自然灾害当中，雷电属于较为严重的一种，它不但可以导致森林火灾、对建筑造成破坏，还可以危及人畜的生命安全等。据有关统计，由于雷电而导致的各方面的直接性经济损失高达10亿左右，而间接性的经济损失也不在少数。另外，在导致电网安全的原因当中，雷击也是其中一种，有关资料表明，在一些发达国家所出现的电力安全问题当中其中大约有三分之一以上都是由于雷电而导致的，这主要是由于通常情况下接触网都是处于外界且大都没有采用相应的防护措施。假如没有对接触网进行有效的防护，非常容易损坏绝缘子而导致出现线路跳闸的情况，从而在一定程度上影响了高速铁路的正常运行。

2 接触网雷击案例分析

在我国铁路接触网雷击故障中，大多数都是由于雷击而造成设备烧损或者跳闸，随着铁路的快速发展，接触网的应用越来越高，因此防雷技术也要进一步的提升，来保护铁路的安全运行。由于铁路线路较长，并且多在空旷之地，受到雷击的概率较高。

以某铁路线路为例，改线路的地理环境大多处于平原地区，并且气候多雷雨天气，在电气化方面，整条铁路都采用直接供电的方式，在接触网建设上，综合地理环境及气候条件，根据接触网遭受雷击公式计算得出接触网的承力索距钢轨高度应为7.4m，其侧面的限界为3.1m。计算的公式为N=0.122×Td×1.3，Td为年平均雷电数。该线路自开通以来，经受了20多次的雷击，故障多表现在设备绝缘子被雷击穿，导致设备烧损或者跳闸，随着防雷技术的逐渐改进，该线路在全年运行中雷击的次数越来越少。

3 铁路接触网防雷技术

3.1 避雷线防雷措施

（1）通过增设避雷线起到防雷效果，将承力索、接触线、回流线、正馈线等接触网设施覆盖在避雷线的保护范围内，将雷电流迅速泄入大地，降低雷击引起的过电压，以达到降低接触网的雷击概率。通过对比某高铁段2015年至2018年雷击跳闸次数，在未增设避雷线前，平均每年跳闸约50次，2018年开展防雷措施整治增设避雷线后，雷击次数为35次，呈明显下降趋势，且该高铁36个供电臂，现阶段已增设4个供电臂的避雷线，如避雷线全部增设完成，雷击跳闸次数会进一步下降。

（2）在选择避雷线可以考虑选择PW线。由于PW线主要充当保护线架设，为二次系统提供接地保护。但是近期高速铁路使用分析可以看出，PW线还可以当作避雷线使用，能够显现出较多应用优势。一是节约成本，利用既有PW线即可，不需再增设避雷线。二是高速铁路PW线主要应用在正馈线上方或者下方，通过滚球法计算接闪器保护范围，核算PW线的保护范围，调整安装高度，使其满足屏蔽雷击作用，起到防雷效果。三是使用PW线作为避雷线时，可每间隔约200-500m设置一处接地，为避免避雷线的雷击电流对其他非接触网设施造成危害，推荐避雷线接地与其他系统相对隔离，采用单独接地。

3.2 运用合成绝缘子

当前，高速铁路输配电线路里面所运用的绝缘子主要有玻璃绝缘子、瓷绝缘子以及合成硅橡胶绝缘子，从抗烧蚀性能层面而言合成绝缘子具备非常强的技术优势。在合成绝缘子被工频电弧灼烧侵蚀的时候，硅橡胶由于温度的提升被分解为气体，使得电弧脱离绝缘子的外表。采用增加绝缘子串片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间距等措施，也能提高线路耐雷水平、降低建弧率。目前有研究发现大部分10kV导线上安装的P-15型号的针式绝缘子建弧率很高，易造成雷击引起的工频电弧烧伤和雷击断线；也有研究表明将线路上型号为P-10的针式绝缘子更换为型号为X-45的悬式绝缘子，线路的耐雷水平可以提高64.2%；对于线路上型号为X-70的绝缘子，它的片数每增加1片，冲击闪络电压能够提高将近1倍。由于杆塔结构尺寸等因素，会有相当大的局限性，实施前应依据线路实际杆塔结构，分析这一措施的可行性。

3.3 降低接地电阻

铁路周围土壤的电阻率均相对较大，难以制造较低电阻的地网，同时需要耗费非常的费用。对于削弱接地电阻的相关问题，其运用的措施主要有：提升地网的面积、增加垂直的接地体、采取降阻剂、分散的接触网支柱设立单独的接地极等等。能够按照现实状况针对支柱接地实施监管，使得其接地电阻一直处在所限定的范围内。

3.4 在重雷区适当增大空气间隙

在考虑绝缘配合过程中，需要对空气间隙和接触网导线支柱的冲击放电电压进行考虑和计算。风速的计算一般都是采用的10m/s，遇到恶劣的气象条件时就需要采用15m/s。空气间隙、棒式绝缘子、绝缘子串50%的冲击电压都有一定的规律。我们可以从这些规律可以看出地间间隙太小的情况下就会出现不匹配现象，就需要适当的增大绝缘间隙，将接触网空气间隙适当的增大。

3.5 提高线路本身的绝缘水平

绝缘部件的作用不仅体现在接触网线路电气绝缘上，还需要承担机械荷载。对于电气绝缘来说，绝缘部件必须实现带电体及接地体的电气绝缘，而绝缘部件本身耐压性能、爬电距离等都会对防雷效果造成影响，增强绝缘部件的绝缘性能也能提升线路的防雷效果。与此同时，还应当注重维护和绝缘子更换，每年对接触网线路周围2km以内的所有污染源进行调查，确定污秽等级，明确绝缘部件的监测监控及清扫维护要求。

4 结语

接触网是牵引供电系统的重要组成成分，在当前的建设中，接触网大部分处于裸露状态且后备能力较弱。高速铁路接触网的防护措施缺乏或效用较低，都将会直接导致绝缘子的损坏，可能会导致跳闸情况发生。其不仅不利于铁道运营，对系统内的相关电气设备造成损坏，严重的还会对相关人员的安全造成威胁。所以加强接触网防雷技术的研究是十分必要的。

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