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解决方案：大西高铁接触网设备防雷改造探讨

单位：大秦铁路股份有限公司侯马北供电段作者：张俊超李军红

　　1电气化铁路雷害现状

　　1.1雷电对电气化铁路接触网的影响现状

　　通常将雷电引起的电力系统过电压，称为大气过电压。大气过电压对电力系统设备是有害的，所以对它必须加以预防。其中，电力系统防雷的重点是直击雷防护。接触网大多为露天供电装置，雷击故障较为频繁，如果缺少有效防护，可能导致绝缘子损坏，击穿支柱混凝土保护层，或造成线路跳闸等，影响电气化铁路的运输。

　　1.2雷电对大西高铁接触网的影响现状

　　侯马北供电段管辖大西高铁祁县东站-永济北站（含）间11个站场和11个区间的接触网设备，运营里程共计320.795公里，统计管内大西高铁2014年接触网跳闸16次，其中，雷击造成跳闸14次，因侵限树木跳闸1次，因鸟害跳闸1次，分别占总数的87.5%、6.25%和6.25%。由此可见，雷电天气是造成接触网频繁跳闸的诱因。

　　2大西高铁管内雷击跳闸案例

　　（1）2014年7月19日17：38，洪洞西变电所213、214阻抗I段动作，重合成功。214故测装置显示故标里程500km838m。跳闸时当地为雷雨天气，经夜间作业上线检查发现洪洞西-临汾西430#（500km200m）对向下锚处正馈线对绝缘子放电引起跳闸（见图1）。经分析为对向下锚正馈线连接线与棒式绝缘子接地体绝缘距离不足，在雷击过电压下发生放电并烧伤绝缘子。

图1洪洞西-临汾西430#正馈线对向下锚绝缘子放电

　　（2）2014年7月19日15：13：25，七级变电所211、212断路器距离Ⅰ段动作，重合成功。故标里程：673km684m。线下巡视至K673+450处1632#支柱时发现正馈线对向下锚绝缘子受雷击发生闪络（见图2、图3）。

图2运城北-永济北上行1632#对向下锚绝缘子被烧伤

图3运城北-永济北上行1632#对向下锚跳线被烧伤

　　（3）2014年7月22日，管内大西高铁闻喜西至永济北区间雷雨天气，任家山变电所馈线和运城北变电所馈线在当晚总计跳闸11次，均重合成功，巡视后均找到雷击跳闸处所，均为雷击所致（见图4）。

图4闻喜西-运城北下行809#棒式绝缘子闪络

　　3大西高铁管内接触网雷击跳闸分析

　　3.1大西高铁管内雷击跳闸统计分析

　　2014年侯马北供电段管内大西高铁接触网共发生雷击跳闸14次，小组对每次雷击跳闸的雷击闪络部位进行了统计分析（见表1）：

　　表1 2014年侯马北供电段管内大西高铁接触网雷击跳闸闪络部位统计表

　　可见，对向下锚处绝缘子被雷击闪络次数占雷击次数的64.29%。对向下锚处绝缘子闪络是造成大西高铁接触网雷击跳闸次数多的主要问题。

　　3.2大西高铁管内雷击跳闸原因分析

　　3.2.1避雷器数量不足

　　对大西高铁管内所安装避雷器接地电阻进行测量，均满足接地电阻不得大于1Ω的要求。高铁接触网未按照当地雷电天气情况安装足够的避雷器。接触网是露天供电设备，为保证安全运行，应采取必要的防雷措施。《高速铁路设计规范（试行）》中规定："重污染或重雷区以及高路基、高架桥、隧道口等重点地段的接触网应增设氧化锌避雷器。"

　　3.2.2对向下锚高于周围供电设备

　　大西高铁对向下锚处AF线柱顶支柱复合绝缘子选型为FZ-27.5/16-600（A）型，柱顶绝缘子比相邻非对向下锚支柱柱顶高630mm，高于周围供电设备。

　　3.2.3对向下锚高于周围建筑物

　　通过利用接触网安全巡检系统（2C）巡视对向下锚雷击点现场周边环境，确定其是否属于最高点，经统计分析，2014年9次遭受雷击的对向下锚处所均高于周围建筑物。

　　4大西高铁防雷改造方案探讨

　　4.1改造对向下锚

　　针对对向下锚高于周围供电设备的问题，采取在AF线对向下锚处，AF线垂直柱式绝缘子由立式（见图5）改为水平安装（见图6）。在H型钢柱柱顶肩架处加装1个角形绝缘子转换底座（见图7），使得AF线垂直柱式绝缘子由垂直改为水平。

图5改造前对向下锚

图6改造后对向下锚

图7角形绝缘子转换底座照片

　　4.2加装柱顶避雷针

　　针对对向下锚处所均高于周围建筑物的问题，采取对已发生雷击点的顺线路两侧600米距离，按每对支柱装1处1.5米高的避雷针（见图8），形成避雷针"之"字布置方式，并根据现场情况优先设置在易发生雷击位置。也曾考虑接触网线路架设避雷线可有效降低接触网雷击故障率的方案，但工作量较大，且占用维修天窗数量较多，故采取增设避雷针的方案。

图8柱顶避雷针

　　4.3增设避雷器

　　对接触网防雷设备进行全面清查，确保接触网重点位置安装足够的避雷器，使接触网防雷设置布局规范合理，在发生雷击点的高架桥按隔1个锚段增加1组避雷器，避雷器应安装在锚段易受雷击位置。

　　5大西高铁防雷改造实施情况

　　大西高铁管内经过2014年秋季至2015年春季的防雷改造，对338处隧道外的对向下锚处所中的117处进行了改造；在2014年发生雷击跳闸闪络处所（按每处雷击点安装24根避雷针的标准）加装了336根避雷针；加装了60台避雷器。

　　6结论

　　综上所述，对大西高铁接触网发生的雷击跳闸故障数据进行分析，结论如下：接触网线路加装避雷针、改造对向下锚防雷效果较好。2015年统计管内大西高铁接触网跳闸12次，其中，雷击造成跳闸8次，因机车跳闸2次，因鸟害跳闸1次，因大风天气跳闸1次，分别占总数的66.7%、16.7%、8.3%和8.3%。由此可见，雷击跳闸次数由2014年的14次减为8次，所占比例也由年度比例的87.5%减为66.7%。尤其是2015年雷击跳闸的处所均为未进行过防雷改造的处所，2014年经过防雷改造的处所在2015年内均未发生雷击跳闸。

　　7防雷建议

　　在以上方案的探讨及实施验证情况分析的基础上，对高铁接触网设备防雷改造提出以下3点建议。

　　（1）建议高铁接触网施工阶段架设避雷线，提高高铁接触网的防雷水平，从而降低雷电对接触网造成的跳闸、闪络、烧损的影响和损失。

　　（2）建议高铁接触网对向下锚水平方式安装，防止对向下锚高于接触网其他设备，导致对向下锚棒式复合绝缘子闪络及跳线与接地端烧灼的问题频繁发生。

　　（3）在高铁开通运营的情况下，可考虑加装柱顶避雷针的方式来代替避雷线的安装方式，成本较低，便于安装，节省人力、物力的消耗以及减少防雷改造对日常检测（修）计划的兑现产生影响。

　　参考文献

　　[1]邱毓昌、施围、张文元.高电压工程.西安交通大学出版社，2013.

　　[2]周雨杰.接触网设备防雷浅析.铁路供电运行安全与技术研究，2014.

　　[3]中国铁路总公司.高速铁路接触网运行维修规则，2016.