电气化铁路接触网系统绝缘雷击损坏分析
时间：2020-12-13 08:09:52 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(神华准能大准铁路公司供电段，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要：文章介绍了电气化铁路接触网系统遭受雷击的表 现形式，分析了接触网系统遭受雷击的原因，提出了防止接触网雷击损坏的预防措施。
关键词：接触网系统；
雷击损坏；
分析
中图分类号：U228.2+6 文献标识码：A 文章编 号：1007—6921(2008)16—0119—01
电气化铁路作为交通运输的大动脉，日益为我国国民经济发挥着巨大作用。我国幅员辽阔、 地形复杂，雷电活动强烈，电气化铁路处于高、强雷区，接触网系统时常遭受雷电袭击，造 成牵引变电所跳闸停电、烧断承力索、击毁接触网支柱等供电故障，严重影响铁路行车安全 ，因此加强接触网系统防雷措施具有重要意义。
1 接触网系统遭受雷击的表现
电气化铁路接触网是一种无备用的户外供电装置，经常遭受风、雨、雪、雷击等恶劣气候条 件的影响，一旦受到雷击侵入，将对接触网造成严重的危害性，具体表现在：①雷电击穿 接触网高压绝缘子，使接触网塌网、断线造成严重的弓网事故。②引起牵引变电所开关跳 闸，中断供电使铁路运输瘫痪。③在隧道中，由于接触网与隧道壁距离很近，因而经常出 现雷击造成与隧道壁放电现象。
2 雷击接触网的特点
雷击接触网包括直接雷击和感应雷击等。
直接雷击是指雷电直接作用于承力索、接触线、附加导线或支柱上，使接触网产生直击雷过 电压，过电压叠加后其峰值可达上千千伏甚至更高，导致接触网设备烧损。
感应雷击是指雷电作用于接触网附近，雷击对地放电后，空气中迅速变化的电磁场在接触网 上产生感应过电压。感应过电压一般为数百千伏，引发接触网跳闸事故较多，但是，比直接 雷击危害性较小。
3 接触网系统遭受雷击的原因
3.1 接地电阻较大，造成接触网耐雷水平降低
电气化铁道沿线的土壤电阻率普遍较高，尤其是大准铁路新店子～凉城、丹州营～燕庄间， 多处于岩石区段，因此制作低电阻地网十分困难，而且投入很大；
使用常规方法作成地网后 ，其接地电阻大都随着时间的推移而不断增高，而且随一年四季气候的变化而不断变化。用 常规方法做成的地网，其常规金属接地极很容易被酸、碱、盐和土壤中污染物所腐蚀，在腐 蚀过程中不仅其接地电阻不断增加，而且其寿命都很短，一般不超过5年。
3.2 避雷器件性能不佳
以往电气化铁路接触网所使用的各种避雷器件，其性能指标不仅不高，而且稳定性也很差， 需要进一步提高，像作为主要性能指标的“避雷器失效率”一直以来都是一个问题。避雷器 一旦失效，不仅需要让使用方立即察觉，而且需要保证其呈开路状态，否则将带来无法估量 的损失。
3.3 接触网的接地数量不足
大准铁路全线264km，接触网每根支柱都有接地装置，但多年来，被铁路沿线村民偷盗严 重，大多丢失，已经起不到接地作用，因此接触网的接地数量严重不足。
4 接触网系统绝缘雷击损坏分析
经过实地了解和查看设计110/27.5kV牵引变电所在输入端已安装有工作电压110kV的高 压避雷器；
输出端大部分装有工作电压27.5kV的避雷器。根据多年的运行情况来看，牵引变 电所遭受雷击损坏的设备概率很低，可以说牵引变电所的前后两级避雷器已经很好地起到了 防雷保护的作用。但是各地反应在牵引变电所两端各25km左右的接触网上每年则多次发生因 雷击而造成接触网绝缘子被击穿损坏，从而造成中断行车的事故。
接触网绝缘子所能承受的绝缘耐压约为140kV，而雷电直接击中接触网某点上，雷电流从落 雷点沿接触网向两端传输过程中产生的冲击电压约为1 500kV，是接触网绝缘耐压的10倍多 ，将击穿接触网的绝缘子。
其冲击电压按下式计算：
U=L·di/dt
式中：L为接触网的冲击电感，通常取L＝1.5μΗ/m
di取10kA
dt取10μs
U=L·di/dt
=1500×106×(10×103/10×106)
=1.5×106V
距落雷点不同距离D的冲击电压由下表可知：
因此，我们可以得出一个简单的结论：牵引变电所27.5kV测的避雷器，只能保护牵引变电所 本身的变压器，对于稍远一点的接触网上某点(如离牵引变电所几百米)遭直接雷击，由于 在传输过程中感抗的作用，由(U=L·di/dt)产生的高脉冲电压将击穿接触网支柱的绝缘子 ，根本起不到保护作用。
5 电气化铁路接触网系统防雷方法及预防措施
接触网雷电防护的重点是在铁路沿线设备上安装避雷器，使雷电通过避雷器经泄流线入地， 而达到保护接触网支持装置中拉压管绝缘子和腕臂绝缘子的目的。
根据各地运行情况分析，接触网雷电防护的具体措施是：①27.5kV接触网按不同的距离和间 距安装标称导通电流10KA的无间隙避雷器。根据接触网受雷击原因和概率分析，在距牵引变 电所左右各约25km以内的接触网上，少雷区每隔2km装设一只避雷器；
中雷区每公里装设一 只避雷器；
多雷区(如大红城～鸡鸣驿段)每公里装设二只避雷器；
强雷区(如新店子～凉城 段)每公里装设四只避雷器；
②在隧道出、入口两端各装设一只避雷器；
在接触网关键设备 上(如绝缘锚段关节、锚段关节、隔离开关、分段绝缘器、分相绝缘器、吸上线等处)应装设 一只避雷器。③由于接触网的操作过电压较高，一般是工作电压的2.5～2.8倍，因此避雷 器在选择时，应考虑避雷器标称放电电流值足够大，保护水平(残压峰值)应低于接触网绝缘 子的耐压。④在电气化铁路沿线接触网杆塔每隔100m做一地网与接触网杆塔或水泥柱可靠 接地，并与原有地网并网，使每组地网的接地电阻符合要求。原有地网接地电阻≤10Ω的不 做补充地网。土壤电阻率≤1 000Ω·m以下地区，接地电阻≤10Ω。土壤电阻率>1 000Ω· m以下地区，接地电阻≤30Ω。⑤大准铁路接触网采用直供供电方式，防雷不单独架设避雷 线，而是采用架空地线、回流线、吸上线接地方式。
［参考文献］
［1］ 顾慈祥，冯宝忆.电气设备的防雷技术［M］.上海：上海科学技术出版社,1965 .
［2］ 铁道部电化工程局电气化勘测设计处.电气化铁道设计手册—接触网［S］.北 京：北京铁道出版社，1983.
