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解决方案：浅谈高铁接触网雷害防治工作

单位：西安铁路局西安供电段作者：王得鹏

　　接触网设备是电气化铁路运输的重要组织部分，具有线路长、露天高空布置、高电压、无备用等特点。我段管内高速铁路多建于高架桥梁之上，供电设备特别是正馈线高出轨面6.5米左右，高架桥高度约十到二十米，且区间正线区段周边没有高大建筑物或其它防雷设施，极易遭受雷击，造成接触网跳闸，进而引发牵引变电所设备故障。

　　1.雷电危害的基本知识

　　1.1雷电的产生原理

　　雷电是雷和闪电的合称，是指空中带电的云在放电时所发的强光和声音。由于大气中的云体之间、云地之间正负电荷互相摩擦产生剧烈的放电，产生高温、使大气急剧膨胀，产生震耳欲聋的巨响叫做雷。云体之间、云地之间，因带电性质不同形成很强的电场的放电现象，叫做闪电。产生雷电的条件是雷雨云中有积累并形成极性，雷雨云起电的机制有很多，主要有：感应起电、温差起电、对流起电、破碎起电、水滴冻结起电。总的来说，雷云起电可能是某一机制、也可能是多种机制的效应而产生。

　　1.2雷电的分类

　　1.2.1直击雷：雷云直接对地面建筑物或人放电。

　　1.2.2感应雷：雷云通过静电感应或电磁感应，在附近的金属体上产生感应电压。

　　1.2.3雷电电磁脉冲：雷电电磁脉冲对信号及通信系统造成干扰，并损坏敏感电子元件。

　　1.3雷电对接触网的影响

　　高铁接触网受雷击的影响主要有直击雷和感应雷。

　　2.我段雷害跳闸情况数据统计分析

　　目前雷害已成为造成我段高铁牵引供电设备故障的主要危害之一，现将雷害给高铁接触网设备带来的危害总结如下：

　　我段管内高铁线路开通以来因雷害造成接触网跳闸设备故障23件。

　　按发生线别分：郑西高铁20件，大西高铁3件（郑西高铁2010年2月开通，大西高铁2014年7月开通）。

　　按发生时间分：6月份4件，7月份2件，8月份12件，9月份4件，10月份1件。

　　按影响性质分：21次瞬间重合成功，1次重合失败，1次重合未启动，共造成停电延时48分钟。

　　从以上各类数据分析可以看出，一是雷害数量和雷害给高铁供电设备运行带来的影响有所减弱，尤其对郑西高铁设备的影响，这主要得益于郑西高铁正馈线绝缘子更换改造有关；二是雷害主要集中在每年的6月至9月份，占雷害跳闸总数的96%。

　　3.雷害引发设备故障典型案例

　　3.1 2010年9月01日18时52分23秒，华山北变电所213、214断路器跳闸，过电流、阻抗Ⅰ段保护动作，重合成功。跳闸原因：因雷击造成郑西高铁华渭区间216#支柱正馈线瓷瓶闪络、折断。

华渭区间上行216#

　　3.2 2010年09月01日18时45分08秒，姚家寨变电所213、214断路器跳闸，阻抗Ⅰ段保护动作，重合成功；18时45分18秒，姚家寨变电所213、214断路器跳闸，阻抗Ⅰ段保护动作，重合闸未启动；18时55分郑西电调强送213成功，18时56分强送214成功。跳闸原因：因雷击造成郑西高铁华渭区间2145#、2151#支柱正馈线瓷瓶闪络。

　　3.3 2015年7月14日23时46分，大西高铁七级变电所213开关跳闸，重合成功，阻抗I段保护动作，电压7.568kV、电流2595A、电抗16.04Ω、阻抗角67.7°、距所距离3.0km；214开关跳闸，重合成功，阻抗I段保护动作，电压7.554kV、电流2625A、电抗15.56Ω、阻抗角67.4°、距所距离3.0km。跳闸原因：大西高铁永大区间上行126#柱（K689+136米）斜腕臂棒式绝缘子由于雷击闪络造成跳闸。

　　3.4 2015年7月14日21时39分03秒，临潼东变电所221开关跳闸，重合成功，阻抗I段保护动作，电压10.07kV、电流1560A、电抗47.17Ω、阻抗角68.1°、距所距离19.74km；21时39分03秒，222开关跳闸，重合成功，阻抗I段保护动作，电压10.12kV、电流4520A、电抗16.3Ω、阻抗角70.6°、距所距离6.93km。跳闸原因：大西高铁渭南北大西场至湾里线路所726#柱AF线下锚复合绝缘子由于雷击闪络造成设备跳闸。

　　4.高铁接触网遭受雷击位置及原因分析

　　通过对管内高铁因雷击造成的设备跳闸故障分析统计，发现：

　　4.1雷击闪络位置

　　我段管内高铁因雷击造成正馈线绝缘子闪络12处；供电线绝缘子闪络1处；斜腕臂绝缘子闪络7处；平腕臂绝缘子闪络1处；正馈线对向下锚绝缘子闪络1处。

　　郑西高铁雷击造成绝缘闪络主要发生在斜腕臂棒式绝缘子和正馈线绝缘子处，大西高铁雷击造成绝缘闪络主要发生斜腕臂棒式绝缘子和正馈线对向下锚处。

　　4.2跳闸原因分析

　　4.2.1我段管内郑西高铁正馈线绝缘子全部采用景德镇南瓷绝缘子有限公司生产的悬棒式绝缘子，型号为QBJX-25/70Q-490，瓷瓶结构高度502mm，空气绝缘距离330mm，爬电距离≥1400mm。

　　该型号绝缘子设计要求要爬电距离满足1400mm，而结构高度仅为502mm，产品只有通过增大伞径来满足要求，导致伞裙与伞裙之间的间隙变小，悬棒空气绝缘距离变短。在雷雨天气下，易因伞裙间电气绝缘不足造成绝缘子闪络跳闸，引发绝缘子烧伤损坏。2013年底，我段组织人力将郑西全线5926只正馈线悬式棒形绝缘子全部更换为长度为650mm的四片瓷绝缘子，更换后的绝缘子防雷效果明显得到了提高。

　　4.2.2大西高铁正馈线线对向下锚接续采用柱顶方式，特别是高桥区段的柱顶结构为周边最高点，是雷击闪络的多发处所。

　　4.2.3管内高铁大部分是高架桥，高桥地段的接触网设备均未考虑防雷措施，仅通过在分相、绝缘关节、上网点等处所的开关处安装避雷器远远不能满足高铁防雷的需要。

　　5.接触网设备常见的防雷措施

　　防雷装置通常由接闪器或避雷器、引下线和接地装置组成。接触网线路防雷的接闪器通常为避雷线方式。

　　5.1架设避雷线

　　架设避雷线的目的是为了利用避雷线的屏蔽作用，保护下方的设备不受直接雷击，并和良好的接地装置配合，将雷电流迅速泄入大地，降低雷击引起的过电压。

　　5.2安装避雷器

　　在下列地点应设置避雷器：

　　①分相及绝缘关节处

　　②长度2000m及以上隧道或隧道群两端

　　③电缆或长度200m以上架空供电线、正馈线上网点

　　④自耦变压器供电线上网点

　　⑤需要重点防护的设备

　　5.3防雷装置维护

　　每年雷雨季节前，应对防雷装置（含接地电阻测量）的完好情况进行一次检查测试，确保装置处于良好技术状态。尤其是降低接地电阻，是防止线路雷击反击跳闸的基本技术措施。每年4月份，对管内回流回路、吸上线连接情况等进行专项检查；按周期对管内接地电阻进行摇测，保证接地电阻值符合要求。

　　5.4加强绝缘清扫

　　绝缘配置是影响线路耐雷水平的重要参数，严重污染降低了绝缘子的绝缘性能，影响到线路的耐雷水平。为减小绝缘子绝缘性能降低带来的影响要按周期进行绝缘清扫，特别是重污区段绝缘清扫。

　　6.结论

　　按照《建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB50343-2004）》关于地区雷暴日等级划分，我段管内地区处于多雷区（年平均雷暴日＞20天，≤40天）和高雷区（年平均雷暴日＞40天，≤60天），不属于强雷区（年平均雷暴日＞60天），按目前的设规，只有在强雷区才架设独立的避雷线。但是从多年运营实践来看，虽然我段处于多雷区和高雷区，但因雷击引发的接触网设备故障也相当频繁，而目前的接触网防雷设计多数满足不了防雷要求，接触网上避雷器不能有效地防止绝缘子闪络，不能有效抑制雷击过电压引起的跳闸，所以我们有必要从根本上提高高铁接触网的防雷设计标准，在接触网上方架设独立的架空避雷线是可以优先考虑的防雷方式。