铁路接触网雷害特征分析与防护措施研究

技术与市场技术应用２０１９年第２６卷第１０期

铁路接触网雷害特征分析与防护措施研究

郭　昊

（中国铁路太原局集团公司大同地方铁路公司，山西大同０３７０００）

摘　要：为更好地防治铁路接触网雷害事故，基于供电设备雷害机理，分析了铁路接触网雷害主要特征，探讨了铁路接触网防雷工作现存问题，并结合自身工作经验，提出了一系列雷害整治措施与防雷建议，以期有助于铁路接触网防雷工作。

关键词：接触网；雷害机理；特征；防护措施

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．１０．０８０

　供电设备雷害机理及其影响

１．１　雷害基本机理

雷电的产生受到天气现象、地形地貌、地质等许多大自然因素的影响，其活动效应也因地域的不同而千变万化。供电线路雷击导致的跳闸有两种类型：第一是雷直接击中线路，又称直击雷过电压；第二是雷击线路周围地面，因电磁感应导致的，又称为感应雷过电压。

触及网Ｆ线或Ｔ线受到雷击时的耐雷程度比４ｋＡ低，且大于９０％的雷击均会引起接触网绝缘闪络。Ｆ线悬挂一般高于Ｔ线，Ｆ线便对Ｔ线形成了一种负保护角屏蔽效应，因此Ｆ线的雷击率要远远大于Ｔ线。

Ｆ线被雷击而产生绝缘闪络后，钢支柱的上部电位升高，Ｔ线绝缘子的电位压力值之差高于绝缘耐受压力程度，其绝缘子也将发生闪络。引起Ｆ线和Ｔ线绝缘同时发生闪络的最低雷电流幅值会因地面土壤电阻率的增大而减小。

１．２　雷害跳闸闪络放电部位分析

对雷击跳闸闪络放电设备的部位进行分类，放电部位主要是Ｆ线、平腕双臂、斜腕双臂、对象下锚、避雷针等。该统计结果囊括了普速铁路和高速铁路接触网设备的特点，高速铁路供电的方式与普速铁路相比，Ｆ线的总量虽少，但Ｆ线部位跳闸的总次数达到了２９％。

１．３　雷害跳闸的影响分析

雷害影响供电设备的特点主要与牵引变电防护设备的自动跳闸有关。雷雨天气引起的绝缘部件沿面放电一般都能通过变电所保护而完成，且不影响停电时间。在出现直击雷等严重情形下，接触网结构也会因绝缘部件机械性能失调而遭受破坏，或者引发电气绝缘性能降低而导致停电。

通过分析近几年的供电设备跳闸数据信息，因雷雨原因导致跳闸是影响铁路正常运输秩序频率增多、投入人员出动添乘上线确认故障的最主要因素。

　供电设备雷害主要特征

２．１　季节性

铁路雷雨跳闸的季节性特征是５～９月频繁率高，其中８月是跳闸次数最多的月份。

２．２　地域性

雷雨跳闸件数分布的供电设备存在较大的地域差异性。其中高雷区、强雷区较频繁。

２．３　同区域内因地理和运行环境不同体现的差异性进行地理区域统计分析，可以发现，雷击概率较高的是平原地区高架桥上的铁路线路。而部分地区因两侧山体和隧道较多，其雷击概率相对较低。

另外，也存在某条铁路虽地处高雷区或强雷区，但受地理环境、接触网设备安装位置差异性的影响，其雷电危害效应千差万别。

　接触网雷电防护现状

３．１　现有设计规范关于雷电防护的要求

《铁路电力牵引供电设计规范》相关规定，依照雷电日和运行记录，进行接触网大气电压保护需遵循以下原则。

１）应在吸流变压器的周边安装避雷设备。

２）在高雷区及强雷区的重点位置安装避雷器：主要是站场两端绝缘锚段关节、较长隧道的两端、较高的供电线或ＡＦ线与接触网的结合点。

３）在接地电阻满足部分规定的前提下，在高雷区配置相应的避雷线。

３．２　建设工程采用的主要防雷措施

当前的铁路接触网稳定大气电压的措施之一就是安装避雷器，主要安装在接触网供电线、绝缘开关及大隧道两头等一些关键装置点。在新线工程建设项目中，依据电力牵引供电设计规范，配置相应避雷线的方案并没有实现，主要是没有提供区间供电线路防护雷电的措施。

３．３　存在的主要问题

１）避雷器防护效应有极限。分析数据发现避雷器的防护范围只针对一些重点设备，对其绝缘起到一定的防护效果，无法降低跳闸率。部分支柱绝缘子发生雷雨闪络时，其相近的支柱又装有避雷器，因此避雷器防护接触网线路类型的雷电效应有极限。

２）避雷器不适用于接触网线路类型的雷电防护。避雷器一般用于防护隔离开关、电缆头等一些重要设备受到的雷电。铁路线路类型的雷击点是随机发生的，使用避雷器保护线路过电压可以起到保证设备免受雷击侵入波损害的作用，设置避雷器的点应集中，最好低于避雷器与被保护设备之间最高电气距离差。根据实际操作经验，避雷器的普遍质量不是很高，较容易出现故障，而且故障的问题都较隐蔽，如果长时间不处理就很容易发生停电现象。

３）选择避雷器的类型需慎重。目前接触网大多数选择的是无间隙氧化锌避雷器。根据电力标准条例《交流电力系统金属氧化物避雷器使用》相关条款规定，“依据被保护对象的特性，如输电线路和谐振过电压高发的区域等，可适当选择能进

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行串联的避雷装置。”在使用无间隙避雷装置时，需要在设备两头安装并联线路，在系统正常运行时，避雷发生高电阻抵抗，雷电过电压会影响避雷器的动作产生低电阻抵抗，然后雷电能量便会释放出来，接着避雷器就会快速形成高阻抗，直接阻止系统产生对地面续流现象，无间隙避雷装置的作业耗时很短，且具备良好的伏安优势，在与设备内绝缘特性形成良性循环，因此是应用广泛的变电设备防雷保护措施。无间隙避雷器能保护铁路接触网雷害，在绝缘子两端形成并联结构，且因承受系统运行电压较久，老化严重，需定时维护，这与牵引变电所进行比较，其工作量大，实际应用困难。带间隙避雷器型式可以有效保护设备，但不能降低跳闸率，有时还会存在跳闸率增高的风险。

%　防雷工作整治措施

４．１　明确铁路接触网防雷工作意见

将电力系统高压输电线路的雷电防护数据与铁路雷电防护科学研究成果结合起来，依据相关技术标准和要求，提出了接触网雷电防护技术方案“遵守经济技术实施差异化设防规则，以安装避雷线为主，重要区域装置避雷器”。实行增加避雷线作用的优化路线，在推行接触网下锚点、分段和分相用绝缘子上首先选择联合用绝缘子，防止雷击绝缘因损坏而产生的影响，最大程度地扩增接触网防雷优化试验区域。

４．２　推进供电设备防雷安全专项整治

把防雷工作视为专项整治内容之一，对一些线路实行防雷设施的优化。整修变电所连接的地网，保证变电所的防雷接地装置有效电阻值在正常范围内，从而避免供电设备遭受雷害。４．３　完善铁路接触网设备防雷技术标准体系

在前期整治经验上进行改善，开展研究接触网线路雷击跳闸率合理值、雷电防护程度、工程实践措施方案等一系列内容，积极健全铁路供电设备的防雷技术体制。

)　建议

５．１　提高重点雷区既有接触网抗雷水平

保留现有技术，依据“以安装避雷线为主，重要区域装置避雷器”的操作要求，进行数据分析，计算出接触网用于防雷所要强化的范围，落实“在强雷区改善之后变电所每年雷雨天气导致的跳闸率低于５”的工作要求，努力减少气候对行车秩序造成的不便。

５．２　从工程源头保证接触网整体防雷技术能力

当前新建铁路的工程项目，并没有实现规范接触网架空避雷线的技术方法。在接下来的新建工程项目中需严格落实相关要求，实施接触网防雷技术，从源头上提高接触网整体的防雷技术水准。

５．３　推进接触网雷电防护工作

为了大力推动接触网防雷工程的实施力度，需要结合前期科研成果和高铁接触网防雷优化工程的实践成果，联合编写《铁路触网雷电防护技术导则》，明确提出接触网雷电的防护准则、实施方案、雷击跳闸率限值、工程实施条例等，这为推动我国接触网雷电防护和健全铁路接触网雷电防护建设体制奠定了基础。

参考文献&

［１］　徐祯．接触网雷害防护措施及效果分析［Ｊ］．电气化铁道，２０１４（４）：５４－５６．

作者简介：

郭昊（１９９０－），男，吉林梅河口人，西南交通大学电气工程及其自动化专业，本科工学学士，助理工程师。

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３）按照工作面的长度，再决定需要钻孔的数量多少，如果工作面之间的间隔比２００ｍ多，那么最起码需要安排超过５个的钻孔，另外，钻孔与工作面之间的间隔要超过２０ｍ。

４）在进行钻孔作业的过程中，需要凭借煤层的厚度来确定在多高的位置钻孔，通常钻孔的高度需要在煤层底板往上大概１．５ｍ的地方，另外钻孔的方向是跟煤层趋势相同的，钻孔的排列方式是单排。

５）把前３ｍ出现的钻屑扔掉，从这往后每钻孔大于１ｍ就要记一下每次的钻屑量，如果在钻进时出现煤粉量过多及卡钻、吸钻现象比较厉害，就需要使用别的方法，让冲击地压的危害下降。

)　冲击地压的防治措施

要想达成有效防控冲击地压这一目的，就一定要着手于煤层地质及采挖要求，进而拟定较详细的相对应的防冲方法。

煤层的冲击倾向性，无可厚非其作为出现冲击地压现象的首要因素，所以拟订评判它的合理指标，且采挖前使用指标判断各煤层冲击倾向性，为有效的防控冲击地压提供了关键的参考价值。另外上述评判指标一般有４个，主要是弹性及冲击能指数、单轴抗压强度、动态破坏时间，有了这些指标又能把煤层分成强、中、弱、无４种冲击倾向性。再者思量到以上４个指标，最终评价出现有较大的的误差、离散性等瑕疵，一些学者建议注意冲击能速度、临界应力系数、临界软化区域系数３个新指标。

３个新指标让冲击倾向性的判断更加完备美好，跟另外４个互相配合，为增加合理判断冲击倾向性提供了极大的价值。*　结语

在采挖煤矿过程中，决定矿井是否安全的首要条件是冲击地压，而冲击地压又具有会突然爆发和不能确定等特点，所以无形中提高了防控冲击地压的困难程度。钻屑法由于其施工操作简单易行、有较高的判断可靠性等特征，所以被广泛使用于冲击地压的防患范围，熟悉了解掌握钻屑法的工作原理、指标评价形式和实施钻孔作业过程中的注意要点，能够在矿井采挖过程中为增加冲击地压的防控作用提供极大的价值意义。参考文献&

［１］　马艳英，王瑞虎．大数据分析在矿山冲击地压预测中的应用［Ｊ］．山东工业技术，２０１９（９）：３３－３５．

［２］　范黎杰．高应力煤柱区巷道掘进冲击地压防治分析［Ｊ］．能源与节能，２０１９（３）：１０－１２．

作者简介：

冯冉（１９８８－），男，山东邹城人，２０１３年毕业于山东科技大学采矿工程专业，本科，初级工程师，学士学位，研究方向：采煤方向。

翟戈（１９８８－），男，山东淄博人，２０１０年毕业于山东工贸学院采矿工程专业，专科，初级工程师，研究方向：采煤方向。

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