浅谈高速铁路接触网防雷措施及建议宋春宇

浅谈高速铁路接触网防雷措施及建议宋春宇

宋春宇

（中国铁路上海局集团有限公司徐州供电段江苏徐州221000）

摘要：随着我国高速铁路飞速发展，其中高铁接触网起发挥着极为重要的作用，本文按照雷电危害形式，结合我国高速铁路接触网施工与运营维护特点，对高铁接触网因雷电而导致的危害做了分析。探讨了接地、避雷线、避雷器等防雷、引雷技术，以此为高铁接触网防雷设计提出个人见解。

关键词：高速铁路；接触网防雷；避雷器；避雷线；接地；绝缘子

引言

我国高速铁路发展迅猛，高速铁路多采用高架桥形式，如京津城际高架率达86%、京沪高铁达80%、武广高铁也达33%等。电气化铁道接触网主要露天设置，且无备用，雷电冲击波电压、电流幅值可瞬间达到一亿伏、三十万安，所以高架形式使得接触网受雷电危害影响的概率大为增加。基于接触网防雷现状，应研究并采取合理的防雷、引雷措施，从而降低雷电对高速铁路接触网产生的破坏性影响。

1.大气过电压的形式与特点

雷电有雷云间放电、雷云与大地间放电两种形式。雷云间放电较为强烈，但其危害性较小；雷云对大地间放电，则会对人和大地上的导电线路、建筑物、树木等产生极大破坏作用。

（1）直击雷。电气设备、线路等被雷电直接击中，使得强大的雷电流经其放电入地，被直击对象因雷电流产生的热效应和机械效应而被破坏并可能引发事故。

（2）感应雷。雷电会对电气设备、线路等产生静电与电磁感应，使其存在大气过电压导致绝缘子闪络、电气绝缘击穿，甚至引起火灾、爆炸，从而造成人员伤亡、设备毁损。

（3）雷电侵入波。接触网线路遭受直击雷或感应雷引起雷电波沿线路入侵变电所或其他建（构）筑物，同样易产生直击雷、感应雷的那些危害。

针对以上不同形式，可采取相应措施来进行防雷、引雷。

2.避雷设备

接触网避雷装置主要以避雷线和避雷器为主。

2.1避雷线

即架空地线，是为保护接触网及其设备避免雷击而安装的引雷入地的导线，用金属导线架设在接触网线路上方，良好接地可有效地将雷电的放电电压引入大地。

2.2避雷器

为防止感应雷过电压和雷电侵入波对接触网及其设备的损坏，可设置避雷器。常用的避雷器有阀型、管型和金属氧化物避雷器三种。目前高速铁路接触网多采用氧化锌避雷器，它是一种无火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器即所谓的压敏避雷器。

2.3接地

接地形式按用途可分为工作接地、保护接地、防雷接地、静电接地，将雷电流可靠地引入大地的关键环节就是接地。

3.防雷技术

防雷的办法可利用绝缘子的绝缘性能实现，引雷则可借助绝缘子接地跳线、避雷器（线）通过接地体实现。

3.1利用绝缘子

绝缘子在接触网中起着电气绝缘和承载机械荷载的双重作用。在电气上应使带电体与接地体、带电体与带电体之间保持电气绝缘。实际运行中，应通过绝缘子耐压等级、爬电距离、本体结构、伞裙结构形式来选取绝缘子，定期进行清扫，实现可靠绝缘、安全防雷。同时安装避雷器（线）防止绝缘闪络与工频电弧的建立；还可利用保护间隙与绝缘子并联来疏导工频电弧。目前，高速铁路接触网线路采用的绝缘子多为硅橡胶复合绝缘子。按照刚性支撑要求，应采用双重绝缘型的棒式绝缘子。

3.2安装避雷器

氧化锌避雷器是目前广泛采用的避雷器，主要由若干块氧化锌压敏电阻（也称阀片）构成，非线性伏安特性较好。加工成形时其每一块压敏电阻就有一定的开关电压即压敏电压，正常工频电压下（此时是小于开关电压的）阀片电阻极大、流过的电流极小（微安或毫安级），相当于绝缘；但在大气过电压作用下（此时大于开关电压），阀片电阻极小被击穿呈导通状态，等同于短路，流过避雷器的电流可达到数千安，火花间隙也被击穿，该避雷器的阀片可安全泄放雷电流，截断工频续流，保护绝缘子，保证了高铁接触网的正常供电。

当雷电过电压消失，线路恢复工频电压后，阀片又呈现很大的电阻，恢复高阻抗状态，使火花间隙绝缘迅速恢复而切断工频电流，保证线路恢复正常运行。

其与传统的避雷器不同之处就是无放电间隙，并具有极强的通流能力、优良的保护特性、极高的密封性能等特性，所以在高速铁路接触网上得到大量的使用。当然，当雷电流被泄放时会有一定残留电压加在被保护设备上，该电压应不大于设备绝缘允许耐压值，否则设备绝缘会受到威胁，所以绝缘也应配合妥当。

3.3架设避雷线

当接触网线路、设备着雷时，雷击接触网线路时，在避雷线上将产生远大于线路电压的过电压。而避雷线可以保护住接触网线路，使雷尽可能落在避雷线上，并通过支柱上的金属部分和埋设在地下的接地装置，将雷电流导入大地。

电力系统要求避雷线与其所保护范围内的最外侧导线连线与垂线之间夹角保持在200～300度之间为佳。《铁路技术管理规程（高速铁路）》规定，高速铁路接触网采用链形悬挂。一般的，承力索距轨平面高度平均为6867mm，避雷线安装高约8300mm。如果安设避雷线于承力索上方，电力系统关于跨中避雷线与导线高度距离按照公式SL≥0.012L+1计算，高铁接触网跨距L一般为55m，通过计算可知SL≥1660mm，其安设高度比承力索高2000mm即可实现防雷，且便于施工、维护。雷电若击中铁路附近地面，避雷线和接触网承力索、接触线同时感应出过电压，有效增加三线间的耦合系数，这使得绝缘子两侧电位差减小，绝缘避免遭受烧蚀。

实践运用证明，在高铁接触网上方架设避雷线可以有效缓解雷电造成的设备侵害，如：京沪高铁上海局管段2016年起将原有的加强线撤除，取而代之的在接触网支柱顶端采用增高肩架的形式加装避雷线，避雷线投运后有效的保护了接触网受雷电侵害，极大降低了接触网雷击跳闸甚至故障的概率，未加装避雷线的2011-2016年，年均雷击跳闸25-30次（京沪高铁上海局管内），每个接触网供电臂年均遭受雷击跳闸5次，自加装避雷线至今，京沪高铁上海局管段未发生过雷击跳闸，效果非常明显。

3.4选择接地方式

采用综合贯通地线实现工作接地，接触网接地应该一并接入，每隔约1500m吸上线与信号横向连接点完全接地一次，以便泄放雷电流且与综合贯通地线接口处任一点的过度电阻均不应大于1Ω。

接触网带电体附近5m范围内的金属结构物应安全可靠接地，对避雷器应采取一端接入综合接地系统、一端接回流线或保护线（PW线）方式。为使所有并行线路和回流线路中均衡分配回流，贯通地线与横向连接线的连接点、PW线或NF线的引下线与扼流变压器或空芯线圈中性点的连接点应设置在同一里程。

4结论

根据高铁接触网架设地域的雷电日与落雷密度及其他条件如所在区域附盐密度等来研究设计，从而确定防雷装置的采用。现场根据年平均雷电日来选择避雷设备。多雷、高雷区，应全线架设避雷线年平均（雷电日在40日以上的）；多雷、少雷区的雷电多发区及接触网主要设备安装处，应在承力索上方单独架设避雷线（雷电日小于40日）。对于感应雷，40日以上区域，各锚段均设避雷器；40日以下的，雷害多发区增设避雷器，在接触网敏感位增设避雷器。同时，在有条件的地区应重点加装避雷线，可以有效地防止高速铁路接触网设备遭受雷电侵害。

参考文献：

[1]TB100092005铁路电力牵引供电设计规范[S]

[2]TB10621-2009高速铁路设计规范[S]

[3]3DLT621-1997《交流电气装置的接地》

[4]钱立新世界高速铁路，北京：中国铁道出版社，2003