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高速电气化铁路接触网防雷问题的探讨


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 高速电气化铁路接触网防雷问题的探讨 作者:安娜 吴积钦 仇龙刚 来源:《科技创新与应用》2014 年第 16 期 摘 要:目前,我国高速电气化铁路地理区域跨度大,且无备用设备,接触网位于高铁线 路的最上方,极易遭受雷击引起损坏。文章结合接触网遭受雷击的影响及其危害,分析了避雷 针、避雷器、沿线架设避雷线的防雷原理及保护范围,并从接触网系统的可靠性及经济性出 发,提出了应在不同的情况下采取相应的接触网防雷措施的建议。 关键词:接触网系统;高速铁路;耐雷水平 引言 我国高速电气化铁路跨越区域大,多集中于南部和东部沿海等雷电活动强的地区。如,京 沪高铁就跨越了江苏省、上海市和安徽省三地。高铁接触网有 80%左右线路架设于高架桥上, 相比普通的电气化铁路,高铁接触网遭受雷击的概率更大;绝缘防护方面,高铁接触网却依照 普通铁路绝缘水平标准设计,耐雷水平只达到几千安培,出现雷电过电流的概率在 90%以上; 同时接触网是无备用设备,雷击一旦出现将影响供电区段的运行,因此应高度重视接触网的防 雷设计。 1 接触网遭受雷击危害及造成影响 雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的,产生的雷电过电压可高达数百千 伏,如不采取防护措施,将引起电气化铁路接触网系统的故障,影响供电区段的运行。京沪高 铁全线有 244 座桥梁占总长约,其余为平均高度左右的高路堤和路堑。图 1、2 分别为不同高 架桥高度下,京沪高铁沿线直击雷雷击情况及 AF 线悬式绝缘子雷击损坏情况图。 正因为京沪高铁地势较高,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。 2 接触网的防雷方式 目前,人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性,基本措施就是加装避雷针、避雷线、 避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护措施。 2.1 避雷针的防雷原理及保护范围 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 2.1.1 避雷针的防雷原理 避雷针是明显高于接触线的金属支柱,其针头采用圆钢或钢管制成,其作用是吸引雷电于 自身,并将雷电流迅速泄入大地,从而使雷电流安全可靠地引入大地。避雷针一般用于保护发 电厂和变电所,可根据不同情况装设在配电构架上,或独立架设。 2.1.2 避雷针的保护范围 我国使用避雷针的保护范围的计算方法是根据小电流雷电冲击模拟试验确定的,并根据多 年经验进行了校验,保护范围是按照保护概论 99.9%确定的空间范围(即屏蔽失效率或绕击率 0.1%)。对于单支避雷针来说,保护范围由下式决定: Rx-避雷针在 hx 水平面上的保护半径,单位为 m; hx-被保护物的高度,单们为 m; h-避雷针的高度,单位为 m; p-高度影响系数 2.2 避雷线防雷原理及保护范围 2.2.1 避雷线防雷原理 沿线架设避雷线可降低直击雷,对流入杆塔的雷电流有分流作用,降低塔顶电位;耦合导 线,使导线上的感应过电压降低,保护输电线路少受雷击。 架设的避雷线高于接触网系统,当有雷云时,避雷线顶端率先形成向上的迎面先导,故雷 电仅对避雷线放电,若为避雷线提供良好的接地装置,将雷电流顺利引入大地,最终将大大降 低

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