高速鐵路牽引供電接觸網雷電防護
發(fā)布時間：2023-11-10 08:43:29
摘要：本文結合高速鐵路牽引供電接觸網系統特點及運行維護工作，總結了高速鐵路牽引供電接觸網系統雷電防護措施，并對我國高速鐵路牽引供電接觸網系統雷電防護技術提出建議，以供參考。引言：隨著我國經濟的快速發(fā)展，人們對鐵路交通的要求也越來越高，高速鐵路應運而生。高速鐵路牽引供電接觸網作為鐵路的重要組成部分，其質量的優(yōu)劣將直接影響到鐵路運輸安全。牽引供電接觸網又稱無接觸懸掛系統，是指沒有固定支撐的架空導線。其主要作用是為鐵路機車車輛提供電力支持。高速鐵路接觸網系統具有運行速度快、規(guī)模大、結構復雜、電壓高、電流大等特點，使其成為雷電防護中的薄弱環(huán)節(jié)。高速鐵路牽引供電接觸網系統主要由接觸懸掛系統、隔離開關、接觸導線、定位器等設備組成。接觸網懸掛系統：主要由支柱和錨段關節(jié)組成。接觸網絕緣子：主要有固定于支柱上的固定絕緣子和固定在錨段關節(jié)上的絕緣子兩類。接觸網的絕緣子經跨線連接于隔離開關。接觸導線：主要由鋼軌、吊弦和接觸線組成，也稱吊弦，它與鋼軌直接接觸。定位器：用于提高架空線路的定位精度，在供電臂上安裝與牽引網固定在一起。絕緣子串：用于保護絕緣子不受外界環(huán)境影響而不被擊穿，主要作用是當雷電過電壓、感應過電壓或外部短路時，將電弧熄滅。雷電是自然界中最普遍、最強烈的放電現象，它是發(fā)生在空中的放電現象。其主要包括雷電直擊、雷電繞擊、雷擊放電以及雷電感應等。從物理角度分析，雷擊接觸網的主要原因是雷電繞擊接觸網，以及感應雷過電壓。對于繞擊接觸網而言，在被保護接觸網線路上出現的過電壓為繞擊波和感應波疊加而成；對于感應雷過電壓而言，則是由雷擊點附近的雷電流和通過被保護線路上的感應過電壓組成。結合我國高速鐵路接觸網系統特點及運行維護工作經驗，分析雷電繞擊接觸網原因主要有以下幾點：1.防護水平低。目前我國高速鐵路運行時間較短，運營管理經驗不足，對于雷擊問題不夠重視；2.防雷設計不合理。防雷設計考慮不周，沒有充分考慮到接觸網系統的特殊性和復雜性；3.缺乏專業(yè)技術人員。沒有建立完善的雷電防護體系，缺乏專業(yè)的技術人員和專業(yè)技術設備；4.雷擊防護設施不完善。避雷器安裝位置不合理或數量不夠、避雷器失效；5.線路絕緣水平低。線路絕緣水平低，導致雷擊跳閘率高。針對以上原因，高速鐵路接觸網系統應采取以下雷電防護措施。對接觸網避雷器進行優(yōu)化，可以有效地提高接觸網防雷水平。對于高速鐵路而言，在雷電防護裝置的選型方面應堅持以下原則：（1）加強對接觸網線路的絕緣，降低線路上的雷擊電流。在確保絕緣水平的前提下，盡可能減小避雷器與接觸導線之間的間距，增加避雷器與接觸導線間的距離；（2）通過增加避雷器數量，提高避雷器接地電阻。隨著高速鐵路牽引網結構型式越來越復雜，避雷器接地電阻值會不斷增大，降低了其對防雷的作用。因此，通過增加避雷器接地電阻可以有效降低避雷器體電阻和接地網電阻，進而提高雷電防護效果。（3）減小避雷器安裝間距。根據試驗結果可知，在同等雷擊條件下，防雷保護距離越短，防雷效果越好。因此，在保證其他防雷措施效果良好的前提下，應盡可能縮短避雷器與接觸網導線之間的間距。（4）優(yōu)化防雷裝置安裝方式。為了進一步提高防雷效果，在對接閃器進行優(yōu)化時，可以考慮采用環(huán)形接閃器。在實際工程中經常出現環(huán)形接閃器與導線之間間隙不夠大的情況。因此可以通過增大間隙來提高防雷效果。雙避雷針是指在一根避雷針上安裝兩個避雷針，之間的距離一般為3m~5m。當一個避雷針繞擊時，另外一個避雷針將感應過電壓進行分流，降低過電壓幅值；當兩個避雷針繞擊時，因線路感應過電壓幅值較低，會使接地電阻大幅下降，進而降低接地阻抗。雙避雷針一般采用鋼筋混凝土結構，當兩個避雷針繞擊時，在同一接觸網線路上將感應過電壓進行分流，降低過電壓幅值。同時，由于兩個避雷針之間距離較小，繞擊幾率較小。由于接觸網系統具有較大的電容和電感，當遭受雷電繞擊時將會產生較大的感應過電壓。為了提高接觸網系統的耐雷水平和保護效果，應在接觸網導線兩側安裝雙避雷針。當遭受直擊雷時，一個避雷針將感應過電壓進行分流；當遭受繞擊時，另一個避雷針將感應過電壓進行分流。同時兩個避雷針之間的距離也應控制在3m~5m之間。為了有效降低雷電繞擊接觸網的概率，需要將避雷線接地。根據《高速鐵路設計規(guī)范》（TB 10003-2009），對接觸網的接地要求為：①為保證絕緣水平，防止雷電流通過避雷線時產生的反擊過電壓影響絕緣，接觸網的接地網應采用人工接地。②為防止雷電流由避雷線入地，對接觸線、地線、相序補償裝置等的保護是必要的。在對避雷線接地裝置進行設計時，一般考慮以下兩種方式：一是將避雷線接地裝置設置在接觸網支柱上；二是在絕緣子串上安裝耦合地線。避雷線接地裝置是將接觸線、地線、相序補償裝置等設備用電纜連接起來，構成一個電氣回路。在實際工程中，接觸網支柱多為鋼筋混凝土柱，無法將電纜等設備直接與支柱可靠連接，因此需在支柱上敷設避雷線。由于避雷線接地裝置及避雷線均會對絕緣子串造成一定影響，因此需要對其進行改造。在我國高速鐵路接觸網系統中，應采取接地裝置加強防雷保護，有效降低雷電繞擊接觸網的概率。為提高接地體的有效性，在設計過程中，應采取以下措施：1)在設計時充分考慮高速鐵路接觸網的接地電阻要求。如果接地電阻超過設計標準，則應對接地體進行改造，從而降低接地電阻。2)加強接地網施工過程管理，保證施工質量。對于接地引下線進行嚴格把關，保證施工質量；3)充分考慮接地裝置的敷設方式。一般情況下，應以地下敷設為主，當采用地上敷設時，應盡量避免架空方式。4)對接觸網引下線進行重新設計。根據不同地段的地質條件和現場條件等情況進行綜合考慮，盡量選擇與其他線路距離較近的地點作為接地體。對于地下敷設的引下線，應盡可能利用原有的接地裝置進行敷設；對于架空敷設的引下線應盡量采用扁鋼或角鋼等非圓鋼材料進行連接。5)加強接地系統建設。為了防止雷電繞擊接觸網，還需在其周圍布置接地網，形成一個有效的保護屏障。目前，我國高速鐵路沿線的牽引供電接觸網系統主要采用“三防”措施：即防雷、防電、避雷。其中防雷措施主要采用避雷線和避雷器；防電措施主要采用避雷器；避雷線和避雷器均安裝在鋼軌上，所以需要在鋼軌上焊接導線連接件，再將牽引供電接觸網系統與此連接件連接在一起。這些措施雖然可以起到一定的防護作用，但是仍然存在一些不足之處，如避雷線和避雷器均采用金屬材料制成，雖然在一定程度上能夠對雷電進行防護，但是卻增加了牽引供電接觸網系統的造價成本。因此，結合我國高速鐵路牽引供電接觸網系統特點，需要對牽引供電接觸網系統采取相應的雷電防護措施。本文介紹了高速鐵路牽引供電接觸網系統中雷電防護措施，還應從防雷保護方案的選擇、避雷器的安裝及安裝位置，以及在接地系統中安裝接地體的要求等方面考慮，隨著高速鐵路建設步伐的加快，供電線路雷擊事故日益增多，為了減少雷擊故障對高速鐵路的影響，在接觸網系統中采用合適的防雷保護方案至關重要。
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