高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)
發(fā)布時(shí)間：2023-11-10 08:43:29
摘要：本文結(jié)合高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)及運(yùn)行維護(hù)工作，總結(jié)了高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電防護(hù)措施，并對(duì)我國(guó)高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)提出建議，以供參考。引言：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)鐵路交通的要求也越來越高，高速鐵路應(yīng)運(yùn)而生。高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)作為鐵路的重要組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到鐵路運(yùn)輸安全。牽引供電接觸網(wǎng)又稱無接觸懸掛系統(tǒng)，是指沒有固定支撐的架空導(dǎo)線。其主要作用是為鐵路機(jī)車車輛提供電力支持。高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)具有運(yùn)行速度快、規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電壓高、電流大等特點(diǎn)，使其成為雷電防護(hù)中的薄弱環(huán)節(jié)。一、高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)主要由接觸懸掛系統(tǒng)、隔離開關(guān)、接觸導(dǎo)線、定位器等設(shè)備組成。接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)：主要由支柱和錨段關(guān)節(jié)組成。接觸網(wǎng)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(guān)節(jié)上的絕緣子兩類。接觸網(wǎng)的絕緣子經(jīng)跨線連接于隔離開關(guān)。接觸導(dǎo)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(wǎng)固定在一起。絕緣子串：用于保護(hù)絕緣子不受外界環(huán)境影響而不被擊穿，主要作用是當(dāng)雷電過電壓、感應(yīng)過電壓或外部短路時(shí)，將電弧熄滅。二、電氣化鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷擊原因分析雷電是自然界中最普遍、最強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，它是發(fā)生在空中的放電現(xiàn)象。其主要包括雷電直擊、雷電繞擊、雷擊放電以及雷電感應(yīng)等。從物理角度分析，雷擊接觸網(wǎng)的主要原因是雷電繞擊接觸網(wǎng)，以及感應(yīng)雷過電壓。對(duì)于繞擊接觸網(wǎng)而言，在被保護(hù)接觸網(wǎng)線路上出現(xiàn)的過電壓為繞擊波和感應(yīng)波疊加而成；對(duì)于感應(yīng)雷過電壓而言，則是由雷擊點(diǎn)附近的雷電流和通過被保護(hù)線路上的感應(yīng)過電壓組成。結(jié)合我國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)及運(yùn)行維護(hù)工作經(jīng)驗(yàn)，分析雷電繞擊接觸網(wǎng)原因主要有以下幾點(diǎn)：1.防護(hù)水平低。目前我國(guó)高速鐵路運(yùn)行時(shí)間較短，運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)于雷擊問題不夠重視；2.防雷設(shè)計(jì)不合理。防雷設(shè)計(jì)考慮不周，沒有充分考慮到接觸網(wǎng)系統(tǒng)的特殊性和復(fù)雜性；3.缺乏專業(yè)技術(shù)人員。沒有建立完善的雷電防護(hù)體系，缺乏專業(yè)的技術(shù)人員和專業(yè)技術(shù)設(shè)備；4.雷擊防護(hù)設(shè)施不完善。避雷器安裝位置不合理或數(shù)量不夠、避雷器失效；5.線路絕緣水平低。線路絕緣水平低，導(dǎo)致雷擊跳閘率高。針對(duì)以上原因，高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)采取以下雷電防護(hù)措施。三、高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)雷電防護(hù)對(duì)接觸網(wǎng)避雷器進(jìn)行優(yōu)化，可以有效地提高接觸網(wǎng)防雷水平。對(duì)于高速鐵路而言，在雷電防護(hù)裝置的選型方面應(yīng)堅(jiān)持以下原則：（1）加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)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(dǎo)線之間的間距，增加避雷器與接觸導(dǎo)線間的距離；（2）通過增加避雷器數(shù)量，提高避雷器接地電阻。隨著高速鐵路牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式越來越復(fù)雜，避雷器接地電阻值會(huì)不斷增大，降低了其對(duì)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(wǎng)電阻，進(jìn)而提高雷電防護(hù)效果。（3）減小避雷器安裝間距。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在同等雷擊條件下，防雷保護(hù)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(yīng)盡可能縮短避雷器與接觸網(wǎng)導(dǎo)線之間的間距。（4）優(yōu)化防雷裝置安裝方式。為了進(jìn)一步提高防雷效果，在對(duì)接閃器進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以考慮采用環(huán)形接閃器。在實(shí)際工程中經(jīng)常出現(xiàn)環(huán)形接閃器與導(dǎo)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(gè)避雷針，之間的距離一般為3m~5m。當(dāng)一個(gè)避雷針繞擊時(shí)，另外一個(gè)避雷針將感應(yīng)過電壓進(jìn)行分流，降低過電壓幅值；當(dāng)兩個(gè)避雷針繞擊時(shí)，因線路感應(yīng)過電壓幅值較低，會(huì)使接地電阻大幅下降，進(jìn)而降低接地阻抗。雙避雷針一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩個(gè)避雷針繞擊時(shí)，在同一接觸網(wǎng)線路上將感應(yīng)過電壓進(jìn)行分流，降低過電壓幅值。同時(shí)，由于兩個(gè)避雷針之間距離較小，繞擊幾率較小。由于接觸網(wǎng)系統(tǒng)具有較大的電容和電感，當(dāng)遭受雷電繞擊時(shí)將會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)過電壓。為了提高接觸網(wǎng)系統(tǒng)的耐雷水平和保護(hù)效果，應(yīng)在接觸網(wǎng)導(dǎo)線兩側(cè)安裝雙避雷針。當(dāng)遭受直擊雷時(shí)，一個(gè)避雷針將感應(yīng)過電壓進(jìn)行分流；當(dāng)遭受繞擊時(shí)，另一個(gè)避雷針將感應(yīng)過電壓進(jìn)行分流。同時(shí)兩個(gè)避雷針之間的距離也應(yīng)控制在3m~5m之間。為了有效降低雷電繞擊接觸網(wǎng)的概率，需要將避雷線接地。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10003-2009），對(duì)接觸網(wǎng)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(shí)產(chǎn)生的反擊過電壓影響絕緣，接觸網(wǎng)的接地網(wǎng)應(yīng)采用人工接地。②為防止雷電流由避雷線入地，對(duì)接觸線、地線、相序補(bǔ)償裝置等的保護(hù)是必要的。在對(duì)避雷線接地裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般考慮以下兩種方式：一是將避雷線接地裝置設(shè)置在接觸網(wǎng)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(bǔ)償裝置等設(shè)備用電纜連接起來，構(gòu)成一個(gè)電氣回路。在實(shí)際工程中，接觸網(wǎng)支柱多為鋼筋混凝土柱，無法將電纜等設(shè)備直接與支柱可靠連接，因此需在支柱上敷設(shè)避雷線。由于避雷線接地裝置及避雷線均會(huì)對(duì)絕緣子串造成一定影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行改造。（四）加強(qiáng)接地系統(tǒng)建設(shè)在我國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，應(yīng)采取接地裝置加強(qiáng)防雷保護(hù)，有效降低雷電繞擊接觸網(wǎng)的概率。為提高接地體的有效性，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采取以下措施：1)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮高速鐵路接觸網(wǎng)的接地電阻要求。如果接地電阻超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)對(duì)接地體進(jìn)行改造，從而降低接地電阻。2)加強(qiáng)接地網(wǎng)施工過程管理，保證施工質(zhì)量。對(duì)于接地引下線進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，保證施工質(zhì)量；3)充分考慮接地裝置的敷設(shè)方式。一般情況下，應(yīng)以地下敷設(shè)為主，當(dāng)采用地上敷設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量避免架空方式。4)對(duì)接觸網(wǎng)引下線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。根據(jù)不同地段的地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)條件等情況進(jìn)行綜合考慮，盡量選擇與其他線路距離較近的地點(diǎn)作為接地體。對(duì)于地下敷設(shè)的引下線，應(yīng)盡可能利用原有的接地裝置進(jìn)行敷設(shè)；對(duì)于架空敷設(shè)的引下線應(yīng)盡量采用扁鋼或角鋼等非圓鋼材料進(jìn)行連接。5)加強(qiáng)接地系統(tǒng)建設(shè)。為了防止雷電繞擊接觸網(wǎng)，還需在其周圍布置接地網(wǎng)，形成一個(gè)有效的保護(hù)屏障。目前，我國(guó)高速鐵路沿線的牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)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(dǎo)線連接件，再將牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)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(hù)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?qū)纂娺M(jìn)行防護(hù)，但是卻增加了牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)的造價(jià)成本。因此，結(jié)合我國(guó)高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)，需要對(duì)牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)采取相應(yīng)的雷電防護(hù)措施。本文介紹了高速鐵路牽引供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)中雷電防護(hù)措施，還應(yīng)從防雷保護(hù)方案的選擇、避雷器的安裝及安裝位置，以及在接地系統(tǒng)中安裝接地體的要求等方面考慮，隨著高速鐵路建設(shè)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(duì)高速鐵路的影響，在接觸網(wǎng)系統(tǒng)中采用合適的防雷保護(hù)方案至關(guān)重要。
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