浅谈高速铁路牵引供电接触网雷电防护

发表时间:2018/1/24   来源:《建筑学研究前沿》2017年第24期   作者:吴旭峰
[导读] 我国对于高速铁路的运行安全问题有着明确的要求,根据现有的《铁路电力牵引供电设计规范》以及《铁路防雷。

呼准鄂铁路有限责任公司  内蒙古自治区呼和浩特市  010000
  摘要:在高速铁路中,使牵引供电接触网雷电防护得到强化显得尤为重要。本课题首先分析了高速铁路牵引供电接触网雷电防护存在的缺陷,进而对高速铁路牵引供电接触网雷电防护改进措施进行了探讨与研究。
  关键词:高速铁路;牵引供电;雷电防护
  
  
  一、高速铁路牵引供电系接触网设计
  (1)高速铁路防雷设计的概况
  我国对于高速铁路的运行安全问题有着明确的要求,根据现有的《铁路电力牵引供电设计规范》以及《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》,将高速铁路牵引供电系接触网的雷电防护进行了规定:年平均雷电日少于20天的地区为少雷区;年平均雷电日在20-40天的地区为多雷区;年平均雷电日在40-60天的地区为高雷区;年平均雷电日在60天以上的地区为强雷区。针对不同地区雷电日数量的不同,分为不同程度的雷击区域,就能够有针对性地制定防护措施。
  (2)高速铁路受雷击方式的分析与计算
  通常情况下来说,年平均雷电日数量较多的区域,接触网遭受雷击的频率也就越高,两者之间存在着正比的关系。接触网承力索一般距离地面平均高度为7米,其侧面限界一般为3米,单线接触网遭受雷击的次数可以按照以下公式来进行计算:N=0.122×年平均雷电日数×1.3。复线接触网遭受雷击次数可以按照以下公式来进行计算:N=0.244×年平均雷电日数×1.3。在遭受雷击的过程中,接触网所受到的损害程度一般与雷电电压、雷电电流、导线的高度、接地电阻等几个因素相关。综合多个因素进行雷电防护设计,将会大大增加接触网的雷电防护能力。
  二、高速铁路牵引供电接触网雷电防护存在的缺陷
  2.1基于不同地域雷电防护要求的差异性考虑不全面
  在我国,高速铁路沿线雷电与土壤参数之间的差异性非常之大。大量研究表明,对于不相同雷电危害程度的地域,在防雷设计上应该规范、科学,并且应用较强的针对性。而对于我国高速铁路,在设计过程中,沿线雷电强度以及沿线雷电频度的数据都不具准确性,这便不能给雷电防护设计提供具有实质性的参考依据。上述也充分说明了,我国高速铁路对不同地域雷电防护要求的差异性考虑不全面。
  2.2对直击雷防护考虑不周全
  在没有避雷线的情况下,会使得接触网系统遭遇到直击雷的几率大大增加。这便是在高速铁路牵引供电接触网雷电防护对直击雷防护考虑不周全所导致的。由于考虑不周全,会使直击雷通过很多途径入侵至接触网。


例如:承力索遭受雷击,致使腕臂绝缘子闪络;正馈线遭受雷击,致使悬式绝缘子闪络以及保护线遭遇雷击,或者接触网的支柱遭受雷击,在接地系统对接地电阻造成冲击时,不能够满足其要求,便会使腕臂的悬式绝缘子闪络或者AF线的悬式绝缘子闪络。就目前而言,对于直击雷与感应雷的防护,一般是在关键部位进行避雷器的安装,这种安装的防护效果并不好,特别是对直击雷。普遍存在电气化铁路发生多个避雷器跳闸的现象。
  2.3对冲击接地电阻考虑不充分
  高速铁路与普速铁路比较起来,其牵引供电系统有着很多特点,例如:列车牵引电流很大、牵引网短路电流很大机遇钢轨的地泄漏电阻也显得很大等。如果在高速铁路中,对冲击接地电阻考虑不充分,则会造成沿线维护工作人员触电的状况发生,致使和轨道相连的信号设备出现故障,并且使得绝缘物体老化速度加快。
  三、接触网防雷原则
  (一)根据高速铁路客运专线以及客、货混线线路不同的供电方式,有针对性地制定防雷原则及措施;
  (二)根据区间和站场的不同特点对接触网防雷措施进行确定;
  (三)将实际跳闸统计数据与雷区划分结合起来;
  (四)将站场接触网和站房等防雷措施结合起来;
  (五)充分发挥避雷针和避雷线等不同接闪器的优势,并将其结合起来;
  (六)根据不同的地理和气候等自然条件,对防雷设施的密度和强度进行设计,在保证安全的基础上兼顾效益。
  下面提出六点防雷建议:(1)在多雷雨地段、较为空旷的地段、高架桥梁段需加强雷电的防范;(2)在架设绝缘避雷针和避雷线时,需要依据当地区域接触网所受的雷电强度及跳闸数据等实际情况,对避雷器的安密度进行合理调节,同时与放电间隙相结合,预防雷击;(3)在区间接触网的顶端架设避雷线,避雷针数量依照雷电日数来确定;(4)根据计算对避雷针和避雷线的有效防雷范围予以保证;(5)对于支柱两侧的高压带电部分,采取柱顶布置来预防雷击,减少直击雷对接触网高压部分的放电量;(6)通过架设避雷线的绝缘以及避雷针的单独接地,来达到减少支柱直击雷与反击雷对接触网高压部分的放电量的效果。
  四、高速铁路牵引供电接触网雷电防护改进措施
  4.1雷电监测与差异化防雷措施
  雷电监测系统是实时监测雷电的计算机在线系统,在现状之下,将其运用到雷电防护当中,能够对雷电的各种状况进行一定程度上的掌握。近年来,在雷电系统日益完善的状况之下,对于开展高速铁路雷电监测的举措,我国相关部门也势在必得,并且将雷电监测运用到雷电防护中有着非常显著的作用。因为我国高度铁路的杆塔具有十分密集的特点,并且走廊长且窄,所以对雷电监测信号的准确度便有了非常高的要求,因此在开发上需要开发出符合监测高速铁路走廊的雷电监测系统。利用监测系统,对铁路走廊周围雷电活动的情况进行实时监测,对地闪密度、雷电流幅值等参数进行充分统计,对雷击发生的故障信息进行记录,并且需要对走廊沿线雷电活动实时预警措施。另外,通过所统计出来的雷电活动信息,对高速铁路雷电活动的强弱区域进行划分,充分结合所统计与记录出来的各项数据,以供电臂作为单元,对直击雷与感应雷的防护措施进行确认,以此全面实现高速铁路的雷电监测与差异化防雷。
  4.2基于雷击承力索与正馈线的防护
  对于直击雷,在目前我国高速铁路中并没有相应的防护措施。以电力系用大于或等于110KV线路的防雷经验为依据,便可以使用专用的避雷线或者回流线兼作为避雷线实施雷击防护措施。例如:在哈大线中,便有部分区段架设了专用的避雷线;在海南东环线中,便使用回流线兼作为避雷线。如图1,便是回流线在升高之后所形成的雷击保护示意图。
  4.3基于绝缘子破坏的防护
  在雷击发生的状况下,会致使绝缘子发生闪络现象,闪络过后的工频电弧会对绝缘子进行烧蚀,这样绝缘子便会遭受到很大程度上的损害,进而造成巨大的经济损失。因此,对绝缘子破坏进行防护便显得尤为重要。其防护措施主要是:
  (1)在水平绝缘子与悬式绝缘子两端配装保护间隙;
  (2)在水平绝缘子与悬式绝缘子两端配装间隙避雷器。其中,通过对绝缘子两端加入保护间隙,便可以对雷击闪络位置进行定位,对工频电弧进行疏导,使得绝缘子的损坏得到有效避免,以此对绝缘子起到了保护作用,最为关键的是大大降低了雷击事故的发生。
  结语
  在经济的快速发展下,高铁为人们的出行提供了越来越大的便利,满足了人们快捷、舒适的出行要求,同时人们对于铁路安全也提出了更高的要求,所以我们要不断吸取国外先进的技术,采用更为有效的雷电防护措施,避免铁路供电系统遭受雷击从而中断。相信在今后,我国高速铁路牵引供电接触网雷电防护会越来越好。
  
  参考文献
  [1]王永生.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].城市建筑,2015,(6).
  [2]边凯,陈维江,王立天,等.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].中国电机工程学报,2013,(10).
  [3]肖潮.高速铁路牵引供电系接触网雷电防护措施探析[J].科技视界,2015,(17).
  [4]张慎.沪宁区间接触网雷害分析及防雷措施改进建议[J].上海铁道科技,2011(04).
  [5]边凯,陈维江,李成榕,沈海滨.架空配电线路雷电感应过电压计算研究[J].中国电机工程学报,2012(31)

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