浅析铁路牵引供电系统防雷技术研究与建议

浅析铁路牵引供电系统防雷技术研究与建议

王伟杰

（中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段杭州310000）

摘要：随着科学技术的不断发展，极大的促进了我国铁路行业的建设与发展，与此同时社会各界对铁路行业提出了更高的要求。目前我国的铁路供电形式是牵引力供电，而牵引力供电系统一旦遭到雷击将会造成极为严重的后果。因此，对于做好铁路牵引供电系统的防雷工作意义重大。本文在对武广高铁（广东段）受雷击影响情况及雷击跳闸规律进行分析的基础上，论述了我国铁路牵引供电系统防雷体系存在的问题，并提出了相应的解决措施。希望对相关人士能够有所帮助。

关键词：铁路工程；牵引供电系统；防雷技术

一、前言

我国在跌路牵引供电系统防雷方面一直都有研究，因为确保铁路牵引供电系统的安全性和稳定性意义重大。曾有学者对铁路牵引供电系统缺乏避雷线的情况下进行了研究，研究结果表明所受到的雷击次数是有避雷线的好几倍，并且还会导致铁路牵引力系统出现故障，进而影响到铁路的安全运行。由此可以看出，做好铁路牵引供电系统方面的防雷技术对于促进我国铁路工程的更好发展十分重要。

二、武广高铁（广东段）受雷击影响情况及雷击跳闸规律

武广高铁（广东段）受雷击影响情况。武广高铁（广东段）所在地区的年最高雷暴日达到90天以上，平均落雷密度高，属于强雷区。自2009年12月26日开通，截至2015年6月已开通运营了5年的时间，累计跳闸433次。在开通初期，由于设备自身缺陷和安装工艺标准把控不严，由于供电设备故障造成的跳闸次数较多。但后期在多次的整治下，设备运行趋于稳定，然而由于雷击造成的设备跳闸依然处于一个较高的水平，仅在2014年一年武广高铁雷击导致的跳闸次数占了全年跳闸次数的77.78%。

同时根据统计的数据分析，由于每年的气候状况差异，雷击跳闸次数也随之变化，但每年总体处在固定水平上下波动。武广高铁（广东段）每年因雷击造成的跳闸次数维持在50至60次左右。

武广高铁（广东段）自开通以来的跳闸数据中，由于雷击造成的跳闸占总跳闸次数的比例高达64%。因此，雷击是造成该区段牵引供电跳闸的主要原因。

三、目前我国铁路牵引供电系统防雷技术问题

1、直击雷防护不当

目前，变电所和牵引网共同构成了我国铁路牵引供电系统。两者的防雷击技术已经成熟，但是后者对于直击雷的防护措施还有待进一步研究与实现。牵引网在设计过程中没有考虑到避雷针与接触网防雷线的连接作用，致使牵引网系统中防直击雷的效果不好。另外在变电所设计过程中，虽然选择了避雷针，但也仅仅将避雷针安置在了变电所的几处关键位置，不能全面的进行直击雷防护。

2、冲击接地电阻不合理

高速铁路不同于普通铁路，其特点是快速绝缘老化、牵引电流大以及钢轨泄漏电阻大，这些特点参数直接影响着铁路牵引供电系统的正常工作。现如今，综合性接地方式是我国铁路接地方式的首选措施，综合性接地方式的特点是对雷击事件较为敏感，一旦铁路遭受到雷击则会导致铁路的接地电阻过高，即使泄漏一小部分也会出现绝缘子闪络的现象出现。

3、缺乏对雷电防护不同需求方面的考虑

我国国土面积居世界第三，浩瀚的地域呈现出不同的地理特征，这就给铁路牵引供电系统防雷技术设计带来了困难。在进行防雷设计时首先要分析不同地域的气候特点和雷电参数，再依据这两方面的特征进行有针对性的防雷系统设计，保证高铁在运行过程中能够应对各种突发的雷击事件。另外，当发生雷击事件时，防雷系统应能够进行自我调整和处理，当系统处理不了时允许将处理权限交由人为操作，增加防雷系统的灵活性。但是目前看来，我国铁路牵引供电系统防雷设计还没有充分考虑到上述问题，无法做到全面的雷击防护。

四、优化铁路牵引供电系统防雷技术的措施

1、绝缘子永久性破坏的保护方法

雷击事件发生后绝缘子有可能会被永久性破坏，这是因为绝缘子在遭受雷击时，它的电压一定会产生闪络现象，绝缘子闪络以后，它的工频就会被逐一烧毁，最后工频完全被破坏后绝缘子也就被永久破坏了。因此，如何在铁路牵引供电防雷系统中解决绝缘子保护的问题是系统的核心问题，其重要性不言而喻。一般而言，系统经常采用如下方法对绝缘子进行保护，即在水平绝缘子和悬式绝缘子两端加装保护间隙，或者采用避雷针安插保护间隙的方法，这样一来就可以准确及时的定位雷击闪络，当雷击闪络发生时系统可以立刻对工频电弧进行有效疏导，最终起到保护绝缘子的作用。通常来说，铁路牵引供电系统防雷的主要措施之一就是在铁路沿线架设避雷线，从而有效减小雷电对铁路牵引供电系统的影响。一般来说，如果没有避雷线，当接触网附近遭到雷击的时候，将会使得铁路牵引供电系统中出现较强的感应电压。而当合理设置避雷线之后，即使受到雷击，那么也会通过避雷线与接触网导线之间的耦合作用，使得绝缘子所承受的感应电压大幅度减小，从而将损失降到最低。在一定程度上，通过对避雷线的合理设置，不仅能够降低接触网受到雷电直击的概率，还能大幅度降低绝缘子因感应过电压而击穿闪络的情况，有效保证了铁路牵引供电系统的运行安全。

当然，这种保护方式也有其弊端，即雷击时会发生跳闸的现象，导致整个牵引供电防雷系统失效。

2、降低接地系统的接地电阻

为了更好地保证铁路牵引供电系统运行的安全性和稳定性，进一步提高其防雷效果，还可以通过降低接地系统的接地电阻来实现。一般来说，降低接地系统的接地电阻主要采用支柱单独打接地极或者与沿线贯通地线相连接的方式降低支柱的接地电阻，这样能够大幅度提高铁路牵引供电系统的耐雷水平，同时还能使得雷击杆塔或避雷线后，其引发的绝缘闪络现象减少。

3、加强雷电监测实行差异化防雷

防雷系统中的“防”指的是预防，也就是说系统要在雷击发生之前进行预警，要想达到这一目的，首先就要保证整个系统的自动化控制，其次要保证系统能够进行实时监测。防雷系统的自动化控制技术可以由计算机系统来完成;实时监测需要物联网系统来完成，其中传感器的适用性和准确性是系统的关键。因此，需要采用差异化且具有针对性的防护措施对不同地域的实际情况进行系统部署。最后还可采取在武广高铁的沿线增设避雷线的方式对该区段的防雷工作进行改进。根据武广高铁（广东段）的防雷改造过程，通过在老唐屋牵引变电所213、214供电臂以及花都至广州南区间采取了增设架空地线（避雷线）的防雷改造，能够使得铁路牵引供电系统遭受雷击的次数相应减少，从而使得了铁路牵引供电系统的防护效果得到了显著的提高。在此基础上，根据避雷线防雷的良好效果，可采用抬高PW保护线或者回流线以兼做避雷线的方式对该区段进行防雷改造，该方案已在江湛线的设计中进行了论证，同时在其他线路也有相应的使用，在降低改造费用的同时也能提高的线路的耐雷水平。

五、结束语

综上所述，在铁路牵引供电系统中，安全性和可靠性起着非常重要的作用，与铁路正常运行是息息相关的。因此，相关部门还需要进一步加大对铁路牵引供电系统防雷技术的研究与应用，对于铁路牵引供电系统中存在的问题采取有针对性的措施加以解决，并且不断研发和创新新技术，将铁路牵引供电系统的防雷工作做得更好，从而有效保障我国铁路系统的安全出行。

参考文献

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