高速铁路接触网防雷究研黄家俊.doc

高速铁路接触网防雷研究 韶关西客专抢修车间 黄家俊 摘要：研究目的：我国客运专线建设速度加快，所经地区地理、气象、气候条件差别较大，情况复杂，如果接触网不设避雷线，易遭受雷击引起损坏。为保证接触网运行的高可靠性，在分析德国、日本接触网防雷措施的基础上，结合我国电气化铁道现状，提出广深线接触网系统防雷的改建建议。通过分析和理论计算，对客运专线接触网系统防雷进行研究。 研究结论：针对电气化铁道部分线路遭受雷击较频繁的现状，对广深线接触网遭受雷击跳闸进行了统计分析，建议广深线全线架设架空地线，架空地线采用柱顶方式安装。在强雷区应设置避雷线，对客运专线应切实做好避雷器和避雷线的接地，保障避雷设施正常运行。 关键词：客运专线；接触网系统；防雷 接触网是牵引供电系统的重要组成部分，绝大部分裸露于自然环境中且没有备份，需要采用必要的大气过电压防护措施。如果缺少防护措施或措施不当，可能引起绝缘子损坏、造成线路跳闸，直接影响电气化铁道运营。同时雷击产生的侵入波过电压通过接触网传人牵引变电所，可能引起所内电气设备的损坏造成更大的事故。我国地域广大，因雷击导致人员伤亡、设备损坏的事故屡见不鲜。根据牵引供电系统运营部门统计数据分析，目前开通的3．2万公里电气化铁道中部分线路雷击事故比较频繁，所以应重视接触网的防雷设计，以运输安全为目标，以系统优化、综合防护、防雷减灾的原则进行接触网防雷设计。 1 国外高速铁路防雷设计概况 1．1德国铁路防雷现状 德国铁路经实际测量表明，欧洲中部地区每100 km接触网在1年的时间内可能遭受1次雷电冲击。雷电对接触网的直接冲击会导致雷电冲击过电压，其在设计中考虑过采用过电压保护装置限制雷电过电压，一般应用避雷器。同时他们也认为避雷器只能对过电压进行有限的保护，一般只用于有频繁雷电存在的地段，在其它区段，无论是从经济方面还是防护效益方面一般不考虑设置防雷装置，这也是我们在欧洲的电气化铁道中很少见到接触网避雷装置的原因。 1．2 日本铁路防雷现状 日本由于其特殊的地理条件和气象条件，在电气化铁道接触网设计中，根据雷击频度及线路重要程度，将国土的防雷等级划分为A、B、C区域并规定了相应的防雷措施：A级区的雷害严重且线路重要，需要进行全面防雷保护，全线接触网架设架空避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器；B级区雷害比较严重且线路重要，对部分特别需要的场所沿接触网架设架空避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电 缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器； C级区一般在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处设置避雷器。 2 国内接触网防雷设计概况 我国电气化铁道接触网防雷设计主要依据《铁路电力牵引供电设计规范》(TB 10009--2005)和《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》(铁建设[2007]39号)的相关规定。根据雷电日的数量分为4个等级的区域：年平均雷电日在20天及以下地区为少雷区，年平均雷电日在20天以上、40天及以下地区为多雷区，年平均雷电日在40天以上、60天及以下地区为高雷区，年平均雷电日在60天以上地区为强雷区。 接触网的防雷措施主要是安装避雷器和架设架空避雷线，同时做好必要的接地。具体规定为： (1)吸流变压器的原边应设避雷装置； (2)高雷及强雷区下列位置设避雷装置：分相和站场端部的绝缘关节、长度2000 m及以上隧道的两端、长度大于200m的供电线或AF线连接到接触网上的连接处； (3)强雷区设置独立避雷线，保护角为0-450。 3 客运专线接触网防雷研究 接触网遭受雷击的频度与线路所处地区的年平均雷电日数有关。一般来说年平均雷电日数增大则每平方公里大地1年的雷击次数也随之变大，根据国际大电网会议33委员会推荐计算：接触网侧面限界为3 m，承力索距轨面平均高度为7 m，则单线接触网遭受雷击次数N=0．122×Td×1．3，复线接触网遭受雷击次数N=O．244×Td× 1．3，Td为年平均雷电日数。雷击接触网主要产生过电压。当雷击接触网支柱时，雷电流沿支柱人地并在支柱上产生冲击过电压，该值与支柱的冲击接地电阻和雷电流幅值及支柱等值电感相关(为非线性的正比)，同时雷电通道产生的电磁场迅速变化，在线路上产生与雷电流极性相反的感应电压，该值与接触网导线高度、雷电流平均值成正比。冲击过电压和感应过电压的叠加值随着接触网支柱的接地电阻升高而升高，即引起闪络的雷电流幅值和绝缘子闪络概率随接触网支柱的接地电阻而增加。当雷击接触网支柱时，雷电流沿支柱入地，在接触网支柱上产生的冲击电压为： 式中R——支柱冲击接地电阻，取R=10Ω；。 雷击接触网线材时接触网上产生过电压，如该值达到接触网支持绝缘子的冲击放电电压时形成绝缘子闪络，雷电流经支