如题所述
第1个回答 2023-02-06
摘 要：电气化铁道的接触网分布极广，所经过地区的地理、地势、气象、气候条件差别较大，情况复杂，没有避雷线，时有被雷击的可能。接触网具有良好的防雷性能是电气化铁道安全运营的基本保证之一。随着我国电气化铁道运营里程的增加、重载及高速铁路的快速发展,评价接触网的防雷性能、减少接触网发生雷击故障具有重要的理论意义和工程应用价值。本文作者论述了目前电气化铁道接触网防雷设施和防雷技术方面的不足，探讨了有关电气化铁道接触网防雷技术的改进措施。
关键词：接触网；过电压；防雷措施
电气化铁道即采用电力牵引的铁路。又称电气化铁路。在电气化铁道上，运行电气列车（由电力机车牵引的列车和电动车组），在铁路沿线设有向电力机车和电动车（以下简称电力机车动车）供电的电力牵引供电系统。
牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。接触网作为牵引供电系统的重要组成部分,绝大部分裸露于自然环境中且没有备份,需要采用必要的雷击防护措施。如果缺少防护措施或措施不当,可能引起绝缘子损坏、造成线路跳闸,直接影响电气化铁道运营。同时雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所,可能引起所内电气设备的损坏造成更大的事故。从我国目前开通的3万多公里电气化铁路的运行情况来看,部分线路的雷击事故较为频繁,据统计广深线双线139.461KM，仅2000年1-12月就发生雷击接触网跳闸45次。如何有效地对接触网进行防雷保护,尽可能减少电气化铁道因接触网雷击断线造成的危害和损失，是值得我们研究的课题。
一、接触网线路的雷击现象
雷击发生时，会在接触网线索上产生过电压即雷击过电压，雷击过电压为几百到几千千伏，雷击过电压一般分两种：一种是雷击接触网线路附近大地或支柱，由于电磁感应所引起的，称为感应雷过电压；一种是雷击于接触网线路上直接引起的称为直击雷过电压。无论是何种雷击过电压，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。由于牵引供电系统是由接触网年、钢轨、大地等组成，当接触网线路发生绝缘闪络时，雷击闪络必然转化为稳定地工频电弧，造成接触网线路跳闸，严重时会发生接触网断线事故。
二、接触网线路的防雷措施
电力输电线路一般采取的防雷措施有：一沿线架设避雷线和避雷针，引导直击雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。二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。三适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网采用不接地或经消弧线圈接地方式，防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧。最后采取自动重合闸措施保证雷击闪络跳闸后通过自动重合闸装置自动合闸，恢复供电。四架设耦合地线，可以分流，又加强了避雷线对导线的耦合，降低雷击跳闸率。五安装线路避雷器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，可以限制过电压的发展。
目前接触网线路采取的措施是通过牵引变电所的自动重合闸装置进行一次重合闸，保证雷击闪络跳闸后自动重合闸，恢复供电。在中雷区及以上的地区，根据铁道部的设计规范要求，装设避雷器进行雷击防护。
1、角隙避雷器
角隙避雷器是由全角形振子、半角形振子及支持绝缘子装置构成。这种避雷器因其结构简单，调整方便，维护工作量小，在早期的电气化铁道接触网的防雷保护中应用较广，但在实际工作中存在一定缺陷：①被风刮起的杂物极易挂到角隙上，短接放电间隙而放电；②避雷器动作时必然形成工频续流，强烈的短路电弧烧损角隙；③在污浊大雾天气下，角隙绝缘性能下降而放电，造成误动作。由此看来，角隙避雷器并非理想的防雷装置。
2、管型避雷器
管型避雷器是早期接触网线路防雷保护装置，实际是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，两极均固定在绝缘件上；另一个装设在避雷器管内，称为内间隙或者灭弧间隙。当雷击过电压内外间隙击穿时，雷电流和工频短路电流经管内壁接地，壁管物质受热气化，有较大压力的气体经内间隙喷出管外，强制间隙熄弧。管形避雷器的选用受安装地点最大、最小短路电流制约，最大短路电流大于避雷器的断流上限时避雷器会爆炸；短路电流小于避雷器的断流下限时就不能熄弧，避雷器可能烧坏。另外管形避雷器多次动作后，管内径会逐渐增大，熄弧能力会下降甚至消失。
3、碳化硅阀形避雷器
碳化硅阀形避雷器在我国使用历史较长，是现行防雷技术中主要的防雷电器。但它有一些固有缺点：如只有雷电幅值限压保护功能，而无雷电陡波保护功能，防雷保护功能不完全；没有连续雷电冲击保护能力；动作特性稳定性差，可能遭受暂态过电压危害；动作负载重使用寿命短等，因此碳化硅阀形避雷器将逐步被淘汰。
4、氧化锌避雷器
氧化锌避雷器是世界公认的当代最先进的防雷电器。无间隙氧化锌避雷器目前在我国被广泛使用，但实践表明，它存在易损坏、爆炸、使用寿命短等缺点，究其原因，暂态过电压承受能力差是其致命弱点。然而串联间隙氧化锌避雷器既有无间隙氧化锌避雷器的保护性能优点，又有暂态过电压承受能力的特点，为此串联间隙氧化锌避雷器应为目前推广使用的防雷装置。
三、接触网防雷措施的探讨
一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。建议：在高雷区、强雷区接触网在下列地点应采用氧化锌避雷器防护：分相合站场端部的绝缘锚段关节，长度2000m及以上隧道的两端，长度大于200m的供电线或自耦变压器供电线连接到接触网上的连接处；在27.5KV电缆的接头及电缆终端处。强雷区设避雷线，保护角为0～45°。但在运行中，避雷器的电阻片因动作次数多而老化引起失效，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的泄漏电流值，可以及时掌握避雷器的动作情况和运行性能。
关键词：接触网；过电压；防雷措施
电气化铁道即采用电力牵引的铁路。又称电气化铁路。在电气化铁道上，运行电气列车（由电力机车牵引的列车和电动车组），在铁路沿线设有向电力机车和电动车（以下简称电力机车动车）供电的电力牵引供电系统。
牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。接触网作为牵引供电系统的重要组成部分,绝大部分裸露于自然环境中且没有备份,需要采用必要的雷击防护措施。如果缺少防护措施或措施不当,可能引起绝缘子损坏、造成线路跳闸,直接影响电气化铁道运营。同时雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所,可能引起所内电气设备的损坏造成更大的事故。从我国目前开通的3万多公里电气化铁路的运行情况来看,部分线路的雷击事故较为频繁,据统计广深线双线139.461KM，仅2000年1-12月就发生雷击接触网跳闸45次。如何有效地对接触网进行防雷保护,尽可能减少电气化铁道因接触网雷击断线造成的危害和损失，是值得我们研究的课题。
一、接触网线路的雷击现象
雷击发生时，会在接触网线索上产生过电压即雷击过电压，雷击过电压为几百到几千千伏，雷击过电压一般分两种：一种是雷击接触网线路附近大地或支柱，由于电磁感应所引起的，称为感应雷过电压；一种是雷击于接触网线路上直接引起的称为直击雷过电压。无论是何种雷击过电压，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。由于牵引供电系统是由接触网年、钢轨、大地等组成，当接触网线路发生绝缘闪络时，雷击闪络必然转化为稳定地工频电弧，造成接触网线路跳闸，严重时会发生接触网断线事故。
二、接触网线路的防雷措施
电力输电线路一般采取的防雷措施有：一沿线架设避雷线和避雷针，引导直击雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。二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。三适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网采用不接地或经消弧线圈接地方式，防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧。最后采取自动重合闸措施保证雷击闪络跳闸后通过自动重合闸装置自动合闸，恢复供电。四架设耦合地线，可以分流，又加强了避雷线对导线的耦合，降低雷击跳闸率。五安装线路避雷器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，可以限制过电压的发展。
目前接触网线路采取的措施是通过牵引变电所的自动重合闸装置进行一次重合闸，保证雷击闪络跳闸后自动重合闸，恢复供电。在中雷区及以上的地区，根据铁道部的设计规范要求，装设避雷器进行雷击防护。
1、角隙避雷器
角隙避雷器是由全角形振子、半角形振子及支持绝缘子装置构成。这种避雷器因其结构简单，调整方便，维护工作量小，在早期的电气化铁道接触网的防雷保护中应用较广，但在实际工作中存在一定缺陷：①被风刮起的杂物极易挂到角隙上，短接放电间隙而放电；②避雷器动作时必然形成工频续流，强烈的短路电弧烧损角隙；③在污浊大雾天气下，角隙绝缘性能下降而放电，造成误动作。由此看来，角隙避雷器并非理想的防雷装置。
2、管型避雷器
管型避雷器是早期接触网线路防雷保护装置，实际是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，两极均固定在绝缘件上；另一个装设在避雷器管内，称为内间隙或者灭弧间隙。当雷击过电压内外间隙击穿时，雷电流和工频短路电流经管内壁接地，壁管物质受热气化，有较大压力的气体经内间隙喷出管外，强制间隙熄弧。管形避雷器的选用受安装地点最大、最小短路电流制约，最大短路电流大于避雷器的断流上限时避雷器会爆炸；短路电流小于避雷器的断流下限时就不能熄弧，避雷器可能烧坏。另外管形避雷器多次动作后，管内径会逐渐增大，熄弧能力会下降甚至消失。
3、碳化硅阀形避雷器
碳化硅阀形避雷器在我国使用历史较长，是现行防雷技术中主要的防雷电器。但它有一些固有缺点：如只有雷电幅值限压保护功能，而无雷电陡波保护功能，防雷保护功能不完全；没有连续雷电冲击保护能力；动作特性稳定性差，可能遭受暂态过电压危害；动作负载重使用寿命短等，因此碳化硅阀形避雷器将逐步被淘汰。
4、氧化锌避雷器
氧化锌避雷器是世界公认的当代最先进的防雷电器。无间隙氧化锌避雷器目前在我国被广泛使用，但实践表明，它存在易损坏、爆炸、使用寿命短等缺点，究其原因，暂态过电压承受能力差是其致命弱点。然而串联间隙氧化锌避雷器既有无间隙氧化锌避雷器的保护性能优点，又有暂态过电压承受能力的特点，为此串联间隙氧化锌避雷器应为目前推广使用的防雷装置。
三、接触网防雷措施的探讨
一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。建议：在高雷区、强雷区接触网在下列地点应采用氧化锌避雷器防护：分相合站场端部的绝缘锚段关节，长度2000m及以上隧道的两端，长度大于200m的供电线或自耦变压器供电线连接到接触网上的连接处；在27.5KV电缆的接头及电缆终端处。强雷区设避雷线，保护角为0～45°。但在运行中，避雷器的电阻片因动作次数多而老化引起失效，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的泄漏电流值，可以及时掌握避雷器的动作情况和运行性能。
