根据有关的数据调查显示，高速铁路的架桥平均高度如果超过了16m，其受到雷击的概率要远大于没有架桥的高速铁路，几乎是没有架桥高速铁路的2倍，追究其根本原因，是因为高度的增加导致供电系统受到直击雷与感应雷的概率加大，并且，直击雷与感应雷所引起的绝缘子闪络次数所占的比例也不断的增加，但是，有些区域又必须设有高架桥，故而，为了减少雷击对高速牵引供电的损害，就需要采取一种良好的解决措施，即高速铁路的综合接地技术。

 

　　在本次高速牵引供电系统的防雷与综合接地技术的研究中，笔者首先对国内外的牵引供电系统的防雷措施进行介绍，然后对我国高速铁路现有的防雷体系的弊端进行分析，最后重点介绍牵引供电系统的综合接地技术。
 

　　由于牵引供电系统的大部分暴露在大自然环境中的，所以，很容易受到大自然环境的干扰，尤其是雷击对整体牵引供电线路的干扰程度最大的，由于牵引供电系统接触网线路是没有备份的，故而，必须要采取一定的防护措施来保护供电系统，防止因雷击而产生的过电压使牵引供电系统受到损害。

 

　　通常情况下，牵引供电系统防雷措施不到位而受到雷击的伤害有以下几种，常见绝缘子遭受雷击击穿引发变电所事故及跳闸，接触网中断供电、再则避雷器爆炸以及断路器、互感器等设备的故障损坏，因此造成牵引供电系统停电故障而引发铁路停车事故。根据统计，我国现阶段比较容易受到雷击事故的线路是新开通的高速电气化铁路的部分线路，而且受到雷击的频率还很高，故而，加强高速牵引系统的防雷措施的实施刻不容缓，并且，防雷措施的重要性以及复杂性也要有所提高。
 

　　国外权威机构曾经研究表明，在所有供电系统中，铁路的高速牵引供电系统最容易受到雷害的侵袭，一旦铁路的高速牵引供电系统遭到了雷电的侵害，那么，整个铁路高速牵引供电设备、信号系统、通信系统以及电力设备都会受到严重的损坏。

 

 

　　欧洲国家由于雷击次数少，故而，其铁路的防雷措施很简单。德国铁路实际测量结果表明，接触网每年每一百公里可能遭受1次雷击，由于雷击次数少，所以采用自动重合闸的手段完全能够满足可靠供电的要求。在防雷措施方面，瑞典NelsonTheethayi等人研究了在铁路架空牵引系统中在多导线传输系统中关于导线高度和接地对雷击相互作用的影响以及铁路感应雷对电力系统变压器的影响。DevPaul主要研究在轻轨传输直流牵引供电系统过电压保护中选择避雷器参数的方法。

 

 

　　日本在电气化铁路防雷设计中，根据雷击频度和线路重要程度将国土防雷等级划分为A、B、C三个区域，并规定了相应的防雷措施，具体的防护措施如表1-1所示。而日本的防雷体系则相对复杂和完善，值得借鉴。

 

表1-1日本的分区防雷措施
 

 

 

　　高速牵引供电系统设备包括变电设备、接触网和远动系统，高速铁路牵引供电方式采用带自耦变压器AT方式，高速铁路牵引变电所包括开闭所、分区所、AT所、接触网开关控制站。由于变电所的防雷技术研究较早，故而变电所的防雷技术较为成熟完善，而牵引接触网的防雷技术相比于变电所的防雷技术，就复杂很多了。在高速牵引的防雷系统中，对牵引接触网的重点关键位置（例如隧道口的两端、大桥的两端以及变电所的出口等）安装避雷器，起到防雷作用。

 

　　隧道口两端安装避雷装置的原因是，隧道内部的绝缘相对于外部的绝缘弱，并且，隧道内部的接触网与隧道壁的距离较近，故而，一旦隧道不远处的牵引接触遭受到了雷击，容易发生接触网对隧道壁的放电现象，因此，为了防止这种现象的产生，需要在隧道口的两端都要安装避雷器以防止雷击。高速铁路在河流的跨越以及山谷的穿行，都是需要通过加设高架桥的方式来保持高铁的正常运行。因此，要在高架桥的重点地段的接触网装设避雷装置，以防止雷击产生过电压导致绝缘闪络的发生。

 

　　我国现阶段有关高速牵引供电防雷的研究有很多，例如何金良、铁道部科学研究院机辆所夏宝哲等人主要研究氧化锌避雷器在交流铁路的应用；铁一院刘长利等研究了高速铁路长大隧道内接触网安全防御措施；中铁电化集团于增针对几条电气化铁路的接触网设计，对雷电机理、耐雷水平等进行分析。
 

　　目前高速铁路牵引供电接触网雷击侵入方式主要有三种，分别是雷击承力索导致的腕臂绝缘子闪络、雷击正馈线导致的悬式绝缘子闪络以及局部出现接地电阻不满足要求导致的悬式绝缘子闪络，具体的雷击示图如图3-1所示。

 

 

图3-1直击雷侵入的三种方式

 

　　我国现阶段通过在高速铁路牵引供电接触网安装避雷装置，虽然理论上可以对牵引供电系统接触网起到一定的防雷保护作用，但是，由于环境空旷、地形复杂，实际防雷效果尤其是对直击雷的保护，效果更是不佳，所以，就会产生这样的一个现象，每次雷击过后，避雷器连续动作，引发变电所发生跳闸。导致这种现象发生的原因可能有两方面，一方面是牵引接触网线的有时出现沿线接地电阻过大，另一方面是避雷装置的残压过高。
 

　　与普通的铁路相比，高速铁路的牵引供电系统具有的特点是，列车牵引电流要更大、牵引网的短路电流更大以及钢轨--地泄露的电阻更大等等，正是由于以上的特点，才使得高速铁路的钢轨电位要比普速铁路要高，容易导致高速铁路牵引接触网设备、信号设备发生故障或高速线路的绝缘加速老化等现象的发生。

 

　　因此，为了解决以上的问题，就需要采取更加完善的接地网措施，综合接地的方式就是一个很好的接地措施，为确保高速铁路综合接地良好，一般综合接地的电阻不大于1Ω，符合正常运行要求。
 

　　我国高速牵引供电系统的防雷措施弊端除了直击雷保护考虑不周以及冲击接地电阻考虑不周全外，还有一个弊端，那就是不同地区的防雷差异性考虑的不够全面。由于我国领土面积广，高速铁路线路长，跨越大，跨越不同的雷区，故而，要因地制宜的进行高速牵引供电系统的防雷保护，可参照上述日本分区防雷措施的要求，我国也可以在设计高速牵引供电系统防雷措施时进行差异化、区域针对性的设计，依据地区的雷电强度、频率以及线路长度的数据进行详细的设计。在设计过程中，根据不同区域的雷电流幅值分布、雷电活动次数，被保护物体与周围地形之间的屏蔽关系，以及被保护物体的重要程度，综合考虑经济性与可靠性要求，对线路不同区段采用不同的防雷措施。

 

　　高速牵引接触网并非完全贯穿，两个变电所之间的牵引网通过电分相分开，将变电所与电分相称为一个供电臂，则自耦变压器供电系统中供电臂的距离约为二十公里左右，因此在进行差异化防雷设计时，可以以供电臂为单元开展工作。
 

　　在高速牵引变电所设置避雷针作直击雷防护，27.5kv进线处设氧化锌避雷器，接地网接入综合接地系统。变电所内采用复合接地体接地，水平体接地采用铜绞线，水平接地体应埋设在冻土层以下，连接部分应采用放热焊接，垂直接地体采用铜棒及离子接地极，地网埋好后实测接地电阻达不到要求时采用引外接地。增加电解离子接地极或降阻剂等措施。

 

　　安装避雷器是防雷的重要措施，确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件是制定合适的接触网防雷措施的前提。在支柱接地电阻相同的情况下，安装避雷器可大大提高线路耐雷水平。由于高速铁路环境空旷，遭受雷击频率较高，原设计在实际运行中存在着满足不了实际现场的要求，所以特别要增加避雷装置以提高防雷效果，例如我段大西高铁运行一年后，根据现场实际，在进入雷雨季节前，增加安装了引雷针避雷设备，以提高高速牵引供电防雷效果，确保大西高铁的行车安全。
 

　　随着高速铁路的加快发展，过去的分散式的接地方式已经不能满足当今的发展需求了，故而，经过国内外的研究、测试以及论证，得出结论为综合接地技术是能够在高速牵引供电系统防雷措施中起到良好的效果，目前，我国的郑西、武广、合宁、合武以及我段涉及管辖大西（太原-西安）等地区的高速牵引供电系统已经应用了该技术，并且取得了良好的成效。
 

　　高速牵引供电综合接地系统是一个很复杂的、很综合性的工程，故而，牵引供电综合接地系统内包含牵引线周围的建筑物、构建物的防雷接地、防静电接地、屏蔽接地、防过压接地以及强弱电设备的接地等等，总而言之，就是高速铁路沿线范围内的所有系统与设备的接地以及防雷，具体的综合接地示意图如图4-1所示，而接触网接地示意图如图4-2所示。

 

图4-1综合接地示意图

 

图4-2接触网接地示意图
 

　　按照有关规定的接地原则，除非对设备、地线有特殊的要求，否则，高速铁路两侧的电力、信号、通信、车辆的专业设备、电气化以及其他金属的构建物的地线都要使用一个总的接地体。

 

　　高速牵引综合接地系统的整体范围包含七个要点，第一个要点是电气化，高速铁路应沿线路两侧分别敷设贯通地线，建（构）筑物接地装置与综合接地系统的距离小于20m时，其接地装置应与综合接地系统等电位连接。牵引网中的防雷接地装置在贯通地线上的接入点与其他设备在贯通地线的接入点间距不应小于15m。距综合接地系统20m范围内的牵引变电所、开闭所、AT所和分区所均应单独设置接地装置，并与综合接地系统等电位连接；第二个要点是信号，沿线设备的安全地线以及屏蔽地线都要与综合贯通的地线相连；第三个要点是通信，通信电缆的地线，电缆槽的支架等要接入综合接地系统；第四个要点是不便与综合接地系统连接的第三方设备应采取可靠的绝缘、隔离措施；第五个要点是电力，铁路沿线20m范围内电力电缆中间头和终端头、变压器、开关等设备的接地应就近接入综合接地系统；第六个要点是线路两侧20m范围以内的铁路建（构）筑物的接地装置应纳入综合接地系统车站信号楼，考虑就近原则不需要与综合接地线相连，否则必须连接综合接地线，而且要防止电磁的干扰，距离牵引变电所的半径二百米的圆形范围内的综合接地线都要采取阻燃UPVC塑料绝缘管进行防护，弱电系统的接入点与综合接地线的距离要不小于二十米；第七个要点是，距牵引供电设备支柱及牵引供电设备带电部分5m范围以内具备接入综合接地条件的金属结构应纳入综合接地系统；不能接入综合接地系统的金属结构须装设接地装置，接地装置，接地电阻一般不大于10Ω。
 

　　综合全文的叙述，可以得出以下结论，综合接地系统可以减小接地电阻，降低钢轨电压，为沿线设备提供公共参考地电位；根据供电系统的结构特点，在进行防雷保护以及雷电过电压保护措施时，首先要保障铁路电网的安全运行，其次要考虑各个设施的接地安装，最后要降低各种设备对电源电磁的干扰，只有这样，才能有效的解决原来高速铁路供电系统中存在的问题，为我国高速牵引线供电系统的防雷措施作出贡献。

 

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