铁路接触网防雷技术研究

电气化铁路以其牵引力大、速度快、能耗少、效率高、价格低、无污染等优点逐渐成为铁路运输的发展方向。雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所，可能引起所内电气设备的损坏，造成更大的损失。因此做好接触网的防雷工作，减少接触网雷击故障不仅可以提高接触网本身的供电可靠性，而且可以使牵引变电所安全运行得到保障。这对提高电气化铁路运输安全和效率具有十分重要的意义。

我国面积广阔，电气化铁路也是横跨东西纵跨南北，因为地势有差别，所以铁路经过的地方也是有着千差万别的地理气候，情况比较复杂。尤其是高铁的建设，高速铁路一般采用的是高架桥的方式，因此小区域内的相对高点就是接触网，这样一来接触网受到雷击的几率就大大地上升。如果接触网遭受雷击，那么就会导致绝缘闪络而发生断裂，线路也会发生掉闸等各种安全事故，如果情况很严重，列车就会停运，一旦列车停运就会给铁路的运输造成很大的影响。所以一定要将接触网的防雷工作做好，使电气化铁路能够在安全稳定以及不间断供电的环境下运行。

雷电通常以雷云之间放电、和雷云对大地放电两种形式存在，雷云之间的放电虽然很强烈，但一般不影响大地上的建筑物和设备。雷云对大地放电会对地上的建筑、设备、树木造成极大的破坏。接触网雷击主要有直击雷、感应雷和雷电入侵波三种。直击雷指雷云直接对接触网供电设备放电，强大的放电电流会产生热效应和机械效应，直接将设备击毁；感应雷指雷云通过静电感应或电磁感应在接触网附近的支撑装置、接触悬挂、附加导线上产生感应电势差，过电压会导致绝缘子闪络，电气绝缘击穿，甚至引起火灾和爆炸，造成设备的严重损伤；在附近发生雷击时，会产生雷电波，会沿着附近的线路入侵建筑物或变电所，同样会引发接触网故障。据统计，由于雷击产生的电气化铁路接触网跳闸故障高达 30%到 60%，高速铁路的比例会更高。高速电气化铁路一般建在开阔地区，多采用高架桥的方式。在线路两侧基本没有遮蔽物，铁路明显突出于地面很多，对雷电而言，是天然的放电目标。因此，在雷雨天气铁路接触网受雷击引起跳闸是比较常见的故障。在2014 年，铁路部门统计了 34 条电气化铁路雷击故障情况，由于雷击引发跳闸故障有 1214 次。在桥梁和山区等复杂地形，雷击引发接触网故障频次较高。在雷击故障统计中，接触网最经常发生雷击的部位有接触网附加线、支撑装置的平腕臂、斜腕臂绝缘子、站场软横跨承力索端部绝缘子、接触悬挂下锚绝缘子、避雷器等，特别是正馈线和斜腕臂绝缘子超过雷击闪络的 50%以上。在接触网发生雷击后，主要会造成以下常见故障：

1.接触网绝缘子损坏。接触网绝缘子分为水平悬式绝缘子和棒式绝缘子两种。水平悬式绝缘子的雷电冲击耐压值是 300k V，棒式绝缘子是 270k V。虽然在安装初期，绝缘子耐压值较高，但由于接触网为裸露安装运行，受周边环境影响较为明显。随着接触网运行时间的不断增长，绝缘子也会随之老化，绝缘子老化严重时会产生裂缝、破碎，绝缘性能严重下降，在发生雷击时，容易发生绝缘击穿故障。

2.接触网支撑线索损毁。直击雷或感应雷电压非常大，通常到达几万伏以上，会在接触网支撑线索两端形成很高的电压，如果电能不能快速释放，就会由于产生强大电流，支撑线索将会被大电流产生的热量所烧毁。

3.支柱顶帽和肩架金具损毁。支柱和肩架金具通常位于铁路接触网的最高部分。由于高于其他设备，更容易被雷击中，造成较为严重的损毁。

4.避雷器击穿。避雷器的如果接地良好，在一定程度上保护其他部件不受雷击的影响，但铁路接地系统会随着运行时间增加接地效果下降，导致接地电阻变大，无法满足设计要求，感应雷产生过电压后，避雷器的最大残压值明显提高，会造成绝缘子击穿。

1.避雷线防雷措施

（1）通过增设避雷线起到防雷效果，将承力索、接触线、回流线、正馈线等接触网设施覆盖在避雷线的保护范围内，将雷电流迅速泄入大地，降低雷击引起的过电压，以达到降低接触网的雷击概率。通过对比某高铁段2015年至2018年雷击跳闸次数，在未增设避雷线前，平均每年跳闸约50次，2018年开展防雷措施整治增设避雷线后，雷击次数为35次，呈明显下降趋势，且该高铁36个供电臂，现阶段已增设4个供电臂的避雷线，如避雷线全部增设完成，雷击跳闸次数会进一步下降。

（2）在选择避雷线可以考虑选择PW线。由于PW线主要充当保护线架设，为二次系统提供接地保护。但是近期高速铁路使用分析可以看出，PW线还可以当作避雷线使用，能够显现出较多应用优势。一是节约成本，利用既有PW线即可，不需再增设避雷线。二是高速铁路PW线主要应用在正馈线上方或者下方，通过滚球法计算接闪器保护范围，核算PW线的保护范围，调整安装高度，使其满足屏蔽雷击作用，起到防雷效果。三是使用PW线作为避雷线时，可每间隔约200-500m设置一处接地，为避免避雷线的雷击电流对其他非接触网设施造成危害，推荐避雷线接地与其他系统相对隔离，采用单独接地。

2.避雷器防雷措施

（1）避雷器属于接闪范畴，氧化锌材质避雷器是高速铁路接触网应用比较广泛的避雷器。该避雷器属于过电压抑制电器，在正常工作状态下，避雷器会利用高电阻和小电流条件发挥出绝缘效果。然而线路在运行期间电压过高，避雷器就会转化为低电阻状态，在保护电气设备时泄放电流，如果雷电过电压消失，避雷器能够自动恢复高电阻状态。

（2）通常情况下避雷器设置在上网点、绝缘关节、分相、上垮桥（上垮建筑物）两侧、长度2km及以上隧道或隧道群两端等处所接触网支柱上，避雷器安装后可以有效降低雷电跳闸率。需要注意的是，在安装避雷器时不能一味按照硬性标准，盲目增设避雷器，避雷器安装位置要具有合理性。

3.提高线路本身的绝缘水平

绝缘部件的作用不仅体现在接触网线路电气绝缘上，还需要承担机械荷载。对于电气绝缘来说，绝缘部件必须实现带电体及接地体的电气绝缘，而绝缘部件本身耐压性能、爬电距离等都会对防雷效果造成影响，增强绝缘部件的绝缘性能也能提升线路的防雷效果。与此同时，还应当注重维护和绝缘子更换，每年对接触网线路周围2km以内的所有污染源进行调查，确定污秽等级，明确绝缘部件的监测监控及清扫维护要求。

4.接地防雷措施与维护

该种防雷措施主要是由引下线和接地体组成，使用此种方法能够使地下形成接地网。高铁区段，接触网接地装置基本连接于综合贯通地线，由于避雷器和隔离开关等形成单独接地体使用比较少，在使用在使用单独接地极时，需要对线路沿线土壤电阻率进行检测，易使用低电阻率土壤，以便接地极埋入后符合技术标准。此外还需加强对接地装置的日常维护，每年雷雨季节前（4月份），应对防雷装置进行一次全面检测，确保接地装置状态及回路处于良好状态，接地电阻值符合技术标准。

电气化铁路应做好接触网防雷措施，保障避雷设施正常运行，要完善我国接触网系统的耐雷水平跳闸率或故障率等具体的指标要求，以更好的促进我国铁路事业向前发展。

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