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高速铁路接触网雷击特性及避雷器防护效果的研究

摘要：由于我国既有高铁无后备系统，即雷击引起的永久性故障将导致相应区域的停运，因此，为保证高铁接触网的顺利运行，探索其雷击特性及避雷器的防护效果意义重大。

关键词:高速铁路；接触网；雷击特性；避雷器；防护效果

接触网是牵引供电系统的重要组成部分，大部分裸露在自然环境中且无备用，因此需采取必要的大气过电压防护措施。若缺乏防护措施或措施不当，可能导致绝缘子损坏，致使线路跳闸，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入牵引变电所，可能对所内电气设备造成损坏，导致更大的事故。基于此，本文详细分析了高速铁路接触网雷击特性及避雷器防护效果。

一、高速铁路接触网概述

高速铁路接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的输电线路，高铁列车运行所仰赖的电流是通过机车上端接触网来输送。接触网一旦停电，或列车电弓与接触网接触不良，对列车供电会产生影响。高速铁路接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱、基础等组成。其中，接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索、连接零件。其通过支持装置架设在支柱上，将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。

二、接触网系统的雷害类型

接触网系统常见的雷害类型有直击雷、感应雷过电压，其中，直击雷过电压是雷电击中导线和支柱产生的过电压。而感应雷过电压是指雷击接触网地面后产生的过电压。当雷电击中附加导线和接触网支柱时，会导致雷击点阻抗的电位提升。当导线和雷击点之间的电位差超出绝缘子冲击放电电压时，会引起绝缘子串沿面闪络，引起短路事故。由于附加导线和支柱的电位会大于导线电位。当雷电击中接触线会导致电压过大，这两种情况分别称为雷电绕击与直击。

三、国内外高速铁路接触网防雷现状

为能让高速铁路更好的发展，在对铁路建设前应考虑很多方面，比如牵引的高铁线路具体为怎样的结果，设置线路时，经过的地区雷电灾害情况等，更要特别重视的是有些电路需经过土壤，则要考虑一些自然环境等因素，可以说，防雷设计是系统牵引的关键。高速铁路的出现，早期是在欧洲兴起的，可以说，在雷击情况下，造成接触网反射系统灾害情况，对其的处理较成熟，在评定这类灾害时，以一百千米为准，为制约雷电引起的高电压，避雷器等的使用非常有必要，但避雷器对雷电侵入无法阻止，对接触网的损坏也无多大作用，只是对接触网过电压进行保护。可以说，不管是考虑到哪方面因素，接触网避雷工作的开展非常有必要。

四、高速铁路接触网雷电防护存在的问题

1、避雷器防护效果有限。经统计分析，避雷器只是对重点设备进行小范围防护，对重点设备绝缘起到防护作用，不能有效减少跳闸率。有些支柱绝缘子雷雨闪络，其相邻支柱就安装有避雷器，避雷器对接触网线路类型雷电防护效果有限。

2、避雷器不适宜接触网线路雷电防护。避雷器适用于隔离开关、电缆头等重点设备的雷电防护。铁路线路雷击点具有随机性及分散性，采取避雷器方式进行线路过电压保护，若要使被保护设备不受雷击侵入波的侵害，避雷器需密集设置，不得超过避雷器与被保护设备间的最大电气距离。从运营经验看，避雷器本身故障率高，且故障性质隐蔽，难于查找，易造成长时间停电，影响运输秩序。

3、避雷器选型值得商榷。现有接触网普遍选用无间隙氧化锌避雷器，无间隙避雷器应用于高速铁路接触网防雷保护时，并联于绝缘子两端，避雷器长期承担系统运行电压，可能出现老化故障，需定期检测维护，与应用于牵引变电所情况相比，运维工作量大，且实施困难。带间隙避雷器型式保护机理有利于保护某项设备，但并不能达到减少跳闸率的目的，甚至有增加系统跳闸率的可能。

五、高速铁路避雷器的安装情况

对于高铁接触网，常见避雷措施包括安装避雷器、架设避雷线。避雷器是用于保护电气设备免受雷击时高瞬态过电压危害，并限制续流时间，也常限制续流幅值的一种电器，有时也称为过电压保护器、过电压限制器。避雷器类型有管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等，每种类型避雷器的工作原理不同，但其工作实质相同，都是为了保护线缆与设备不受损害。因此，在安装避雷器时，工作人员需明确接地的重要性，并严格遵守以下规定：①对处于强雷或高雷区域的高铁，工作人员需在隧道两端、绝缘关节处、接触网与供电线列接触处设置相应的避雷装置；②工作人员需在吸流变压器边缘处设置相应的避雷装置；③对处于强雷地区的高铁，工作人员需设置独立的避雷线。

在我国现行实施的《高速铁路设计规范》中，对避雷器的安装提出了以下要求：用于防雷的牵引网接地装置相对应的贯通地线接入点，与与其他设备相对应的贯通地线接入点间距离应≥15m。对于高铁接触网，涉及的防雷设备通常是安装在接触网上的避雷器。这类设备主要用于削弱综合接地系统的影响，减少电压反击的可能性。由此可见，防雷设备需能降低通过地体传输的电压，使其