浅析铁路牵引供电系统防雷技术研究与建议

浅析铁路牵引供电系统防雷技术研究与建议

范建军

神华新朔铁路有限责任公司供电分公司内蒙古鄂尔多斯市 010300

【摘要】近年来，随着我国铁路行业的飞速发展，人们对于铁路的安全性也提出了更高的要求，而牵引供电系统对于铁路的安全性更是具有直接的影响。一旦牵引供电系统发生故障，将严重影响铁路的正常运行。雷击事故作为铁路正常运行的常见且主要安全事故，加强铁路牵引供电系统防雷技术的研究，对于预防此类事故的发生，确保铁路安全正常运行具有重要价值和意义

【关键词】铁路；牵引供电系统；防雷技术

1雷电对列车安全造成的威胁

如果牵引供电系统被雷击中将会导致列车的供电被中断，造成列车被迫停运，甚至会直接导致列车事故，造成人员的伤亡和较大的经济损失。在铁路运输史上，由于雷击造成的列车事故历历在目，其中“7.23”甬台温特大铁路交通事故从开始到结束的七分钟内，雷击累计次数竟然达到近百次。有关专家分析这次事故，当时牵引供电系统的电力荷载能力达不到列车运行需要的电力系统的要求，引发了单相接地系统的跳闸，而且当时铁路沿线的高架桥众多，雷击概率陡然增大，导致绝缘子被破坏严重，短时间内跳闸密集爆发。牵引供电系统雷击防护管理不到位，会引起绝缘子击穿爆炸而导致长达数小时的铁路运输中断，给铁路运输带来巨大的经济损失和安全风险。因此，雷电对铁路运输的威胁是不可忽视的。

2防雷体系及其缺陷   1.防雷体系   牵引供电设备包含了远动系统、接触网以及变电设备(分区所、开闭所、变电所)。牵引供电系统主要是为行车不间断的过程中提供可靠供电进行保证。牵引供电的能力需要适应于线路的运输能力，将列车规定的质量、运行速度以及列车的密度要求满足。虽然变电所具有非常完善的防雷技术，但是其只存在于线路中变电所的入口处，在关键部位，如隧道口两端进行避雷装置的安装。铁路主要是以高架桥的方式进行谷地以及河流的跨越，高架桥上一般是由接触网柱通过桥墩内部的钢筋结构以及接地引下线的方式来实现接地，这种情况中存在着接地电阻不合格的问题，因而为了使因为雷击导致的高架桥上的接触悬挂系统产生过压而造成的绝缘闪络得以防止，就需要将避雷设施安装在大桥的两端。

另外，要使避雷器能可靠地保护变电所内的电气设备，必须设法使避雷器中的雷电流幅值不超过5KA，被保护的设备在一定距离内，雷电侵入波的陡度不超过一定的允许值，如果输电线路没有架设避雷线，当雷直击于变电所附近的导线上时，雷电流的幅值会超过5KA，而且陡度也会超过允许值。因此，在变电所的一段进线上必须架设避雷线，架设避雷线的这段进线称为变电所的进线保护段，长度一般为2KM左右，对于牵引供电系统建议接触网全线装避雷线，由于其保护角较小，而且线路绝缘的耐雷水平较高，加之杆塔的接地电阻要求较小（一般不大于10欧姆），发生在这段导线上的雷击可能性较小。当进线保护段以外的接触网上遭受雷击时，由于导线本身的有阻抗流过避雷器的雷电流幅值受到明显限制，又由于冲击电晕的作用使雷电波的陡度也大为降低，从而防止从进线保护段以外的导线上侵入雷电波造成变电所停电事故。   2.缺陷   铁路中的接触网防雷的设计在将避雷器安装在部分关键位置外，全线几乎不进行避雷线的安装。我国运行铁路线路时，高架桥是非常普遍的，且都具有较广的距离，一部分高架桥中接触网对地的高度是和110kV架空线路具有着类似的对地高度的，在不具有避雷线时，接触网系统具有很高的遭受雷击的危险。进入接触网的直击雷的路径包括雷击保护线、雷击承力索、雷击正馈线等。在测试后能够发现，牵引网中由雷击正馈线造成悬式绝缘子产生雷击闪络的概率要高于腕臂绝缘子产生雷击闪络的几率。根据数据研究表明，正馈线上绝缘子被雷击破坏的几率可以达到T线绝缘子被破坏的的三十倍以上。这种现象产生的原因在于，正馈线在承力索的外侧，并且其位置也比承力索要高，因而在雷暴天气发生时，累计在正馈线上发生雷击的几率要比承力索要大的多。   现在的防雷系统是在关键的线路部位上进行避雷设施的安装使感应雷以及直击雷的袭击得以避免。在很多铁路中都有多个避雷器连续发生动作的情况发生，但是仍然会有跳闸的现象在变电所中发生，究其原因就是具有较大的沿线接地电阻，避雷器具有较高的残压。   在铁路运输时，会有列车牵引导致的电流短路的情况发生，有在钢轨上产生电流泄露的情况。因而在铁路运行时，地面人员会发生触电的情况。为了使这一问题得到避免，可以采取多种技术上的措施进行预防，例如进行综合接地，也就是将接地极打在运行路段，根据地线贯通的要求来埋设接地极，在位置和数量方面都需要符合贯通电阻中要求的接地电阻数值。如果工频电压具有6000公里的波长，那么就需要有20公里的电臂长度。同时，接地供电臂的过程需要将综合接地系统中的电阻降低。包含雷电多发地段，如山谷、河流等，会有几十甚至上百欧姆的接地电阻，如果铁路运行过程中的接地电阻比要求的工频接地电阻小，就很容易导致绝缘子闪络等问题的发生。使避雷器发生爆炸等事故。还需要对列车运行造成的桥梁中冲击电阻的影响进行考虑，使接地钢筋产生电感效应或者火花导致的破坏绝缘子的情况得以避免，这些都要求接地电阻的运行以及接地电阻的表征得到进一步的优化和完善。   铁路沿线的雷电参数和土壤参数都不一样，在雷电的不同危害下，需要具备有针对性的防雷设施，但是铁路中防雷电运行的设计中这方面的研究较为缺乏。

3优化铁路牵引供电系统防雷技术的措施   （1）、绝缘子永久性破坏的保护方法   雷击事件发生后绝缘子有可能会被永久性破坏，这是因为绝缘子在遭受雷击时，它的电压一定会产生闪络现象，绝缘子闪络以后，它的工频就会被逐一烧毁，最后工频完全被破坏后绝缘子也就被永久破坏了。因此，如何在铁路牵引供电防雷系统中解决绝缘子保护的问题是系统的核心问题，其重要性不言而喻。一般而言，系统经常采用如下方法对绝缘子进行保护，即在水平绝缘子和悬式绝缘子两端加装保护间隙，或者采用避雷针安插保护间隙的方法，这样一来就可以准确及时的定位雷击闪络，当雷击闪络发生时系统可以立刻对工频电弧进行有效疏导，最终起到保护绝缘子的作用。通常来说，铁路牵引供电系统防雷的主要措施之一就是在铁路沿线架设避雷线，从而有效减小雷电对铁路牵引供电系统的影响。一般来说，如果没有避雷线，当接触网附近遭到雷击的时候，将会使得铁路牵引供电系统中出现较强的感应电压。而当合理设置避雷线之后，即使受到雷击，那么也会通过避雷线与接触网导线之间的耦合作用，使得绝缘子所承受的感应电压大幅度减小，从而将损失降到最低。在一定程度上，通过对避雷线的合理设置，不仅能够降低接触网受到雷电直击的概率，还能大幅度降低绝缘子因感应过电压而击穿闪络的情况，有效保证了铁路牵引供电系统的运行安全。   当然，这种保护方式也有其弊端，即雷击时会发生跳闸的现象，导致整个牵引供电防雷系统失效。   （2）、降低接地系统的接地电阻   为了更好地保证铁路牵引供电系统运行的安全性和稳定性，进一步提高其防雷效果，还可以通过降低接地系统的接地电阻来实现。一般来说，降低接地系统的接地电阻主要采用支柱单独打接地极或者与沿线贯通地线相连接的方式降低支柱的接地电阻，这样能够大幅度提高铁路牵引供电系统的耐雷水平，同时还能使得雷击杆塔或避雷线后，其引发的绝缘闪络现象减少。   （3）、加强雷电监测实行差异化防雷   防雷系统中的“防”指的是预防，也就是说系统要在雷击发生之前进行预警，要想达到这一目的，首先就要保证整个系统的自动化控制，其次要保证系统能够进行实时监测。防雷系统的自动化控制技术可以由计算机系统来完成;实时监测需要物联网系统来完成，其中传感器的适用性和准确性是系统的关键。因此，需要采用差异化且具有针对性的防护措施对不同地域的实际情况进行系统部署。

结语        在研究铁路牵引供电系统中的防雷技术时能够发现其中的一些问题，根据这些问题进行相应的分析，并确定优化的方案。以期能够在不久的将来，在相关技术人员的共同努力下，能够实现更为完善和优化的铁路牵引供电防雷体系，更好的保障铁路运输重载高效需求，给铁路行业的发展更为广阔的发展空间。

参考文献   [1]李立章，夏守谦，王海庆.牵引供电系统防雷与综合接地技术研究[J].现代工业经济和信息化，2015（2）：32-34，36.   [2]程亮.浅析铁路牵引供电系统存在问题及对策[J].中国科技纵横，2017，16（5）：46-48.   [3]马晓晨.高速铁路牵引供电系统雷电防护体系的设计[J].科技资讯，2017，15（5）：62.

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