电气化铁路防雷技术浅谈

池大维+赵锡瑞

摘 要：牵引供电设备作为电气化铁路的重要组成部分，是铁路维护中的重中之重。但是牵引供电设备以户外装设为主，受天气影响较大，且无后备设备替换。如果防雷措施不完备，电气化设备受到雷击，将直接影响电气化铁路运营。同时雷击产生的高电压、高电流通过接触网传入牵引变电所，可能引起所内电气设备的严重损坏，造成更大的损失。因此，做好电气化铁路的防雷工作，不断运用新的防雷技术及设备，减少接触网雷击故障，对提高电气化铁路运输安全性和效率具有十分重要的意义。

关键词：电气化铁路；牵引供电设备；接触网；避雷器

中图分类号：U225 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.039

1 国内电气化铁路受雷电情况

我国电气化铁路干线主要集中于中东部沿海及南方，而我国多数中东部沿海及南方地区属于多雷区及以上，每年雷暴日均超过20 d以上，2个范围有高度的重合。由此可以得出，我国京沪、京广、京九等几条繁忙大干线每年都会有很长一段时间受到雷雨天气的严重影响，从而给安全运输带来隐患。因此，防雷工作在我国电气化铁路工作中是很重要的一大部分。

2 我国电气化铁路受雷击影响情况

接触网在无特殊有效的防雷措施的情况下，遭雷击闪络的主要是直击雷。根据接触网高度的不同及雷暴的差异，直击雷造成的跳闸占总雷击跳闸的比例为95%～98%，而感应雷造成的跳闸占总跳闸的比例为2%～5%.据相关部门统计，京津城际铁路从2008-08-01开通运行以来，因雷雨天气导致牵引变电所跳闸事件每年均在20件以上。同时根据各铁路局2011-12提供的统计资料，京沪高铁自联调联试以来，接触网因雷雨天气造成变电所跳闸事件204件。其中，北京局管内64件，济南局管内18件，上海局管内122件，因雷击造成了部分绝缘子损坏，给铁路运输带来一定的安全隐患，同时也加大了运营维护的工作量。以下是2个典型雷击案例：①2011-06-07T18：34，武清变电所211#、212#断路器跳闸，重合成功。经现场人员检查发现，永乐—武清区间846#支柱负馈线绝缘子因雷击闪络。②2012-06-09T20：46，清池变电所211#、212#断路器跳闸，重合闸成功。当时是雷雨大风天气，通过巡视发现，沧州站K210+035处37#W01F隔离开关绝缘子有雷击闪络痕迹。

3 国内电气化铁路现有防雷主要措施

国内现有一般电气化铁路供电系统防雷措施有以下几种。

3.1 沿线架设避雷线、避雷器和避雷针

沿线架设避雷线、避雷器和避雷针，以防雷直击设备。避雷线的使用比较广泛，且可以利用原有的保护线或架空地线提高防雷效果。因为当雷击中金属物体时，会使金属导体的温度急剧上升，甚至熔断。根据导体的材料及其允许的温度，即可求出在所需通过的雷电流下导体应具有的最小截面为：

（1）

式（1）中：q为导体的截面，mm；I为雷电流的值，kA；t为雷电流的持续时间，μs；k可根据所选材料及其所允许的工作状态求得。

经试验和计算表明，金属熔化的面积与电流成正比，而熔化的深度与电流的持续时间成正比，由于雷电流作用的时间很短，一般不会使直径大于16 mm的钢筋熔断。同时，现有线路普遍使用的保护线及架空地线均为70 mm2的钢芯铝绞线，钢芯截面积均大于16 mm2，完全可以做避雷线使用，且节省了成本。

3.2 降低杆塔的接地电阻

部分杆塔安装线路避雷器，以提高线路耐雷水平，减少雷击杆塔或避雷线后引起的绝缘闪络。

3.3 采取自动重合闸措施

采取自动重合闸措施，可以保证雷击闪络后通过自动重合闸装置自动合闸，恢复供电。

3.4 在接触网上安装避雷器

在接触网上安装避雷器，当出现雷电过电压时，避雷器动作，雷电流通过避雷器后沿支柱、支柱接地体泄入大地，从而避免了支柱上其他绝缘部件沿着表面闪络。

4 国外电气化铁路现有防雷主要措施

4.1 德国铁路防雷现状

经实际测量德国铁路表明，欧洲中部地区每100 km接触网在1年的时间内可能遭受1次雷电冲击。雷电对接触网的直接冲击会导致雷电冲击过电压。设计者在设计中考虑采用过电压保护装置限制雷电过电压，一般应用避雷器。同时，他们认为避雷器只能对过电压进行有限的保护，一般只用于有频繁雷电存在的地段，而在其他区段，无论是从经济方面考虑，还是从防护效益方面考虑，一般不设置避雷装置。

4.2 日本铁路防雷现状

日本由于其特殊的地理条件和气象条件，在电气化铁道接触网设计中，根据雷击频度及线路重要程度，将国土的防雷等级划分为A，B，C区域并规定了相应的防雷措施：A级区的雷害严重且线路重要，需要在進行全面防雷保护全线接触网架设架空避雷线的同时，在牵引变电所出口、接触网隔离开关位置、电缆接头或连接处、架空点终端设置避雷器；B级区雷害比较严重且线路重要，对部分特别重要的场所沿接触网架设架空避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关位置、电缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器；对于C级区，一般在牵引变电所出口、接触网隔离开关位置、电缆接头或连接处设置避雷器。

5 结论

我国现行电气化铁道接触网防雷设计主要依据《铁路电力牵引供电设计规范》（TB 10009—2005）和《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》的相关规定，只是简单地根据雷电日数将线路分为4个等级，即少雷区、多雷区、高雷区、强雷区。但鉴于以上分析及近年来厄尔尼诺现象严重，极端天气多发，而且新建铁路所处位置地形复杂，仅靠4个等级的划分已难以满足日益提高的铁路运行要求。现在还要对半山坡、高路基、空旷地域、大桥路段等地域进行认真的统计，对于包含这些地段的区域，建议专门沿线路架设避雷线，并在特殊设备位置安装避雷器。对于既有线路，鉴于成本的考虑，可以将保护线改架到支柱顶部兼做避雷线使用。随着铁路运行要求的日新月异，防雷工作日益得到重视，其发展提高是必然趋势，希望电气化铁路防雷工作能够得到更多的支持。

参考文献

[1]中国建筑学会建筑电气分会.电磁兼容与防雷接地[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]中铁电气化局.TB 10009—2005 铁路电力牵引供电设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

〔编辑：刘晓芳〕