京沪高铁接触网防雷问题的探讨

苏冬冬 上海铁路局调度所

1 概况

京沪高速铁路是客运专线铁路网规划四纵、四横快速客运网中的南北向主骨架，它北起北京南站，南至上海虹桥站，正线全长1 318 km。全线244座桥梁占线路总长约80.5%，22座正线隧道占线路总长约1.2%，其余为平均高度6 m左右的高路堤和路堑。正因为京沪高铁地势较高，在华东地区的雷雨季节很容易遭受雷电侵袭，由于铁路运输的特殊性，雷击一旦引起接触网发生损坏、故障往往恢复时间很长，必将严重影响正常的铁路运输。如何避免或减少接触网在雷雨季节的跳闸，减少对运输的影响，是值得我们研究的重要课题

2 接触网防雷现状

京沪高铁设计规划书中规定：京沪高速全线为高雷区，按照设计规范要求并进一步提高接触网运行的安全可靠性，拟在下列重点位置设置避雷器：1）供电线上网点处；2）隧道出入口处。避雷器采用氧化锌避雷器，避雷器的接地一般纳入综合接地系统。可以看出高铁接触网线路的防雷措施并无很严格的规定，设计规范规定的避雷装置的设置地点很有限，对于一般高雷区只采用局部关键点设置避雷装置进行接触网防雷。

虽然设置避雷器对提高接触网的防雷击水平有一定作用，但必须认识到接触网安装避雷器的不足之处和防雷保护作用的局限性。实际运行状况表明，接触网线路的防雷保护措施和效果并不理想，如何有效的对接触网线路进行防雷，尽可能减少接触网线路因雷击造成的危害和损失是值得我们研究的课题。

3 接触网遭受雷击危害及造成影响

雷击发生时，会在接触网线索上产生过电压即雷击过电压。当雷击过电压超过线路绝缘水平时，接触网线路发生绝缘闪络。当接触网线路发生绝缘闪络时，雷击闪络必然转化为稳定的工频电弧，造成接触网线路跳闸，严重时将会发生接触网断线事故。根据京沪高铁相关规定，在接触网跳闸后，不管重合成功还是强送电成功，都需要对本线和邻线进行限速，必将会对列车运行秩序造成影响；当故障跳闸造成线路停电，送电不成功或形成故障的，将中断供电，将对运行秩序造成更大影响，甚至需要取消列车的运行。我们对高铁遭雷击跳闸做了统计，如表1所示。

表1 跳闸统计

据不完全统计，2011年7月～8月京沪高铁（徐虹段）共计跳闸230次，其中214次因为雷击引起，占跳闸总数93%，其中因雷雨跳闸未重合闸成功8起，直接或间接中断供电219 min，造成高铁大面积晚点，部分列车停运，给运输生产带来很严重后果。

4 接触网防雷改进措施

4.1 对避雷器的选型和装设进行改进

4.1.1采用先进的避雷器和避雷器在线监测技术

目前氧化锌避雷器或串联间隙氧化锌避雷器是线路防雷保护的首选防雷产品。但在运行中，避雷器的电阻片因动作次数而老化引起失效，内部受潮或其它缺陷可能导致避雷器运行故障。为保证避雷器安全可靠运行，近年来避雷器在线监测器逐步推广使用。避雷器在线监测器是将避雷器放电计数器与泄漏电流检测功能整合在一起的监测装置，通过巡视监测装置的计数器动作次数和避雷器运行漏电流值，可以及时掌握避雷器的动作情况和运行性能。

4.1.2 避雷器安装失效脱离器

在避雷器故障时，脱离器动作，使故障避雷器立即与其保护的线路断开，从而保证线路及时恢复供电。

4.1.3 增加接触网避雷器的设置点和降低接地电阻

因接触网无避雷器的距离过长，避雷器保护动作时间滞后，以及接触网的绝缘承受雷击过电压时间过长，再加上雷电波在传输过程中的折射、反射引起电压升高，综合导致设备损坏。为此，在电气化铁路设计中，对避雷器的设置点，应充分考虑距离因素，减少接触网设备承受雷击过电压时间，减少雷击设备故障发生。通过对历年雷击跳闸数据分析，可以判断出雷击发生的范围，从中确定多雷区和易击点区段，适当增加避雷器设置点，可以显著降低雷击跳闸率。

4.2 优化接触网结构布局

接触网架设点多线长，接触网上安装的避雷器保护范围有限，只能防止其保护范围内的接触网绝缘闪络，无法保护接触网线路的全长；接触网用氧化锌避雷器大都采用带串联间隙的结构，其复合绝缘子长度短，污秽条件下的工频电压耐受能力低可能会增加污闪事故率，如大密度安装避雷器则每年的预防性试验和维修工作量极大，维修费用也将大大增加。在避雷器遭受到雷击，绝缘击穿造成接地时，避雷器外部往往并无明显的损坏痕迹，给故障的排查和抢修造成不便，客观上延长了故障处理的时间，增加接触网避雷器在雷击的情况下并不能很好的起到应有的作用。经过比较，优化接触网结构，全线架设避雷线还是可取的。

在架空输电线路上多采用保护角来表示避雷线对导线的保护程度，保护角是指避雷线同外侧导线的连线与垂直线之间的夹角，如图1：角α越小，导线就越处在保护范围的内部，保护也越可靠。在高压输电线路的杆塔设计中，一般取α=20°～30°，就认为导线已得到可靠保护。

图1 避雷线的保护角

结合架空输电线路上采用保护角的原理，在接触网线路上方全线架设避雷线，避雷线采用柱顶方式安装，安装示意图如图2所示。

图2 避雷线安装示意图

支柱本体高度EF=8.0 m，横腕臂（承力索）高度AF=6.78 m，承力索与正馈线的水平距离大约4.0 m，如图2，我们取AB=2 m，则：

当 α =20°时 ，CA=ctanα*AB=ctan20°*2=2.747*2=5.494m

当 α =30°时 ，CA=ctanα*AB=ctan30°*2=1.727*2=3.454m

则EG=AF+CA-EF

当 α=20°时，EG=AF+CA-EF=6.78+5.494-8.0=4.274m

当 α=30°时，EG=AF+CA-EF=6.78+3.454-8.0=2.234m

EG的取值范围是2.234～4.274

由计算数据可知：在既有支柱上焊接2.234～4.274 m高的杆架设避雷线，即可防护包括支柱上设备和包括沿线接触网在内的所有设备。

架空地线间架与接地引线连接，通过支柱底部接地孔接地。保证雷击过电压及时通过接地引下线泄露至大地中，从而有效防止直击雷。

5 结论

由于雷击发生的时间地点以及雷击强度的随机性，对雷击的防范难度较大，防雷应根据实际运行情况深入研究有效的措施进行改进，防止接触网雷击跳闸，以大大降低接触网故障，运输安全才势必会更有保障。本文在接触网支柱顶部架设避雷线效仿高压输电线路的做法，结构比较简单，实现起来很方便。