论文部分内容阅读
摘 要：近年来，随着我国铁路事业的繁荣，高速铁路的规模越来越大，对于高速铁路来说，牵引供电系统的正常运行十分重要，然而，在牵引供电系统运行的过程中，雷击问题成为引起供电系统故障的主要问题之一，基于此，本文首先阐述了当前高速铁路牵引供电系统雷电防护存在的问题，并分析了高速铁路雷击导致绝缘子闪络的原因，最后提出了加强高速铁路牵引供电系统雷电防护的措施。
关键词：高速铁路；供电牵引系统；雷电防护；措施
前言：对于在高速铁路上运行的列车来说，其所面临的安全性及可靠性要求要更高，这就要求牵引供电系统要能够正常的运行。如果牵引供电系统遭受到雷击，那么对列车的供电就会被迫中断，从而导致列车停运，严重时甚至会导致列车事故发生，造成人员伤亡。从结构上来看，我国的高速铁路多为高架桥，这也导致其遭受雷击的可能性增加，进而导致供电系统发生各种各样的故障，影响正常运行，由此可见，关于高速铁路牵引供电系统雷电防护措施的研究具有十分重要的现实意义。
一、当前高速铁路牵引供电系统雷电防护存在的问题
（一）对直击雷防护考虑不足
从电压等级上来看，牵引供电系统与电力系统中的35kV相当，因此，在设计接触网防雷时，以35kV输电线路和普速铁路接触网的规范为参考依据，在整个接触网防雷线中，未进行避雷线的架设，对于关键设备，加设避雷器。高速铁路的结构主要以高架桥为主，从对地高度上来看，高架桥接触网与110kV架空线路是相等的，由于缺乏避雷线的保护，导致接触网很容易受到直击雷危害。从入侵途径上来看，直击雷主要从三个地方侵入接触网，第一是雷击承力索，侵入之后，腕臂绝缘子会发生闪络；第二是雷击正馈线，侵入之后，悬式绝缘子会发生闪络，第三是雷击保护线，两种绝缘子均有可能发生闪络现象。
（二）对冲击接地电阻考虑不足
与普速铁路相比，高速铁路具备许多独特的特点，比如列车牵引电流大、钢轨—地泄漏电阻大等，以客运专线为例，常速既有线路的要比钢轨电位低很多，这样一来，高速铁路沿线的维护工作人员在进行工作时，极易发生触电，同时绝缘的老化速度也非常快，这些问题的存在导致高速铁路牵引供电系统的正常运行受到比较大的影响，为了解决上述问题，高速铁路采用了综合接地方式，在进行综合接地时，部分地段需要打接地极，同时，对于接地电阻有着严格的要求。然而在实际的高速铁路中，当发生雷击时，在雷电流的冲击之下，泄流仅仅是在有限的部分发生，进而导致接地电阻过高，造成绝缘子出现闪络。
（三）对不同地区雷电防护要求的差异性考虑不足
不同的地区具有不同的雷电和土壤参数，我国在建设高速铁路时，跨度比较大，线路比较长，在一条高速铁路的沿线，往往会具备多种雷电和土壤参数，不同参数的雷电所具备的危害程度不同，因此雷电防护设计要具备针对性。然而在实际的高速铁路雷电防护设计中，并未充分的考虑到这种差异性，导致最终设计完成的雷电防护措施不完善，无法起到全面防护雷电的作用。
二、高速铁路雷击导致绝缘子闪络的原因
牵引供电系统遭受雷击之后，会发生绝缘子闪络故障，不过，出现绝缘子闪络之后，所造成的影响并不相同，轻则引起跳闸，重则引起绝缘子本体破坏，当闪络出现跳闸时，一般会自动重合，进而恢复供电，但是发生绝缘子本体破坏之后，这种破坏就是永久性的。在牵引网中，绝缘子有两种，一种是棒式绝缘子，比如腕臂绝缘子，还有一种是悬式绝缘子，包括正馈线的绝缘子和接触网下锚处的绝缘子。当承力索遭受雷击时，会发生闪络的绝缘子为腕臂绝缘子和悬式绝缘子（位于接触网下锚处）；当正馈线遭受到雷击时，会发生闪络的绝缘子为正馈线的悬式绝缘子；当发生反击时，这两种类型的绝缘子都可能会发生闪络。一般来说，当高速铁路遭受雷击时，多是正馈线悬式绝缘子发生闪络而引起牵引供电系统跳闸，腕臂绝缘子很少发生闪络，绝缘子本体发生破坏的现象也比较少。之所以会这样，是由两方面原因决定的，第一，从位置上来看，接触网和承力索的外上方是正馈线，由此，发生雷击时，正馈线首当其冲，承力索和接触线遭受雷击的可能性比较小，再加上其所具备的雷电感应过电压比较大，因此，正馈线绝缘子比较容易发生闪络；第二，与悬式绝缘子相比，棒式绝缘子承受雷电过电压的能力比较高，不易发生闪络。
三、高速铁路牵引供电系统雷电防护措施
（一）雷击承力索和正馈线的防护
从我国当前的高速铁路雷电防护来看，在直击雷的防护方面还没有制定任何的措施，为了有效的防止直击雷的危害，就需要制定相应的防护措施，在制定防护措施时，以电力系统110kV线路的防雷措施为参考依据，一般来说，主要的防护措施有采用专用避雷线、提升保护线和回流线等，目前，很多高速铁路线路都已经进行了相应的改造，已经取得了一定的效果，比如哈大线部分区段在进行改造时，选择了架设专用避雷线的方式；海南东环线在进行改造时，将回流线的高度升高，用此来兼做避雷线。
（二）雷击保护线或避雷线后的过电压保护
保护线升高之后，对承力索和正馈线起到了一定的保护作用，从而有效地减少了雷击的危害。在完成避雷线的架设之后，接触网和正馈线直击雷的防护方式发生了变化，主要变为两种防护：第一种，当避雷线、支柱遭受雷击之后，地电位抬高引起的反击雷的防护；第二种，当避雷线遭受雷击之后，在接触网和正馈线产生感应雷的防护。直击雷具有一定的范围，架设完避雷网之后，当雷电击在范围之内时，雷电流的幅值就会比较大，这时，正馈线和T线的绝缘子会对闪络产生反击。一般来说，可以通过两种措施来有效的提升反击雷的防护能力，第一是将局部地区的接地电阻降低，这样一来，冲击接地电阻就会发生降低；第二是将支柱和避雷器的独立接地极增加。不过，在高速铁路牵引供电系统中，第二种方法并不适合。
（三）绝缘子破坏的保护
当雷击产生过电压时，绝缘子会发生闪络，随后产生的工频电弧会烧蚀绝缘子，进而造成绝缘子产生永久性的破坏，这样一来，就需要更换新的绝缘子，从而造成比较严重的经济损失。因此，为了避免绝缘子发生永久性的损坏，就需要合理的进行保护，一般来说，保护的方式两种，一种是在绝缘子的两端加装保护间隙，一种是使用带间隙避雷器。当采用第一种保护方式时，雷击闪络的位置能够被准确的定位，从而对产生的工频电弧进行有效地疏导，避免烧蚀的产生，保护绝缘子不受到破坏，不过，此种方式的缺点是线路所具备的耐雷能力降低，当雷击发生时，发生跳闸的频率比较大。
（四）雷电监测与差异化防雷
在对雷电进行监测时，应用的为计算机在线系统，这是一种比较先进的监测手段。对于雷电的监测，气象部门监测系统已经发展的比较完善，高速铁路在建立雷电监测系统时，可以充分的借鉴气象部门的经验，同时结合自身的特点，使构建的雷电监测系统具备极强的适用性，从而对雷电信息准确的预警。另外，不同区域的雷电参数不同，还要有针对性的制定不同地区的防雷措施，实现差异化防雷。
结论：通过牵引供电系统防雷措施的制定和完善，高速铁路牵引供电系统所具备的雷电防护能力有效的得到了增加，进而保证了高速铁路列车运行的安全性及可靠性。■
参考文献
[1]边凯，陈维江，王立天等.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].中国电机工程学报，2013，（10）：191-199+1.
[2]程宏波，何正友，胡海涛等.高速铁路牵引供电系统雷电灾害风险评估及预警[J].铁道学报，2013，（05）：21-26.
[3]何正友，程宏波.高速铁路牵引供电系统健康管理及故障预警体系研究[J].电网技术，2012，（10）：259-264.
[4]戚广枫.高速铁路牵引供电安全技术发展及展望[J].中国铁路，2012，（11）：18-21.
[5]瞿建平.高速铁路牵引供电系统关键技术及其标准制定[J].铁道技术监督，2014，（04）：1-4.
关键词：高速铁路；供电牵引系统；雷电防护；措施
前言：对于在高速铁路上运行的列车来说，其所面临的安全性及可靠性要求要更高，这就要求牵引供电系统要能够正常的运行。如果牵引供电系统遭受到雷击，那么对列车的供电就会被迫中断，从而导致列车停运，严重时甚至会导致列车事故发生，造成人员伤亡。从结构上来看，我国的高速铁路多为高架桥，这也导致其遭受雷击的可能性增加，进而导致供电系统发生各种各样的故障，影响正常运行，由此可见，关于高速铁路牵引供电系统雷电防护措施的研究具有十分重要的现实意义。
一、当前高速铁路牵引供电系统雷电防护存在的问题
（一）对直击雷防护考虑不足
从电压等级上来看，牵引供电系统与电力系统中的35kV相当，因此，在设计接触网防雷时，以35kV输电线路和普速铁路接触网的规范为参考依据，在整个接触网防雷线中，未进行避雷线的架设，对于关键设备，加设避雷器。高速铁路的结构主要以高架桥为主，从对地高度上来看，高架桥接触网与110kV架空线路是相等的，由于缺乏避雷线的保护，导致接触网很容易受到直击雷危害。从入侵途径上来看，直击雷主要从三个地方侵入接触网，第一是雷击承力索，侵入之后，腕臂绝缘子会发生闪络；第二是雷击正馈线，侵入之后，悬式绝缘子会发生闪络，第三是雷击保护线，两种绝缘子均有可能发生闪络现象。
（二）对冲击接地电阻考虑不足
与普速铁路相比，高速铁路具备许多独特的特点，比如列车牵引电流大、钢轨—地泄漏电阻大等，以客运专线为例，常速既有线路的要比钢轨电位低很多，这样一来，高速铁路沿线的维护工作人员在进行工作时，极易发生触电，同时绝缘的老化速度也非常快，这些问题的存在导致高速铁路牵引供电系统的正常运行受到比较大的影响，为了解决上述问题，高速铁路采用了综合接地方式，在进行综合接地时，部分地段需要打接地极，同时，对于接地电阻有着严格的要求。然而在实际的高速铁路中，当发生雷击时，在雷电流的冲击之下，泄流仅仅是在有限的部分发生，进而导致接地电阻过高，造成绝缘子出现闪络。
（三）对不同地区雷电防护要求的差异性考虑不足
不同的地区具有不同的雷电和土壤参数，我国在建设高速铁路时，跨度比较大，线路比较长，在一条高速铁路的沿线，往往会具备多种雷电和土壤参数，不同参数的雷电所具备的危害程度不同，因此雷电防护设计要具备针对性。然而在实际的高速铁路雷电防护设计中，并未充分的考虑到这种差异性，导致最终设计完成的雷电防护措施不完善，无法起到全面防护雷电的作用。
二、高速铁路雷击导致绝缘子闪络的原因
牵引供电系统遭受雷击之后，会发生绝缘子闪络故障，不过，出现绝缘子闪络之后，所造成的影响并不相同，轻则引起跳闸，重则引起绝缘子本体破坏，当闪络出现跳闸时，一般会自动重合，进而恢复供电，但是发生绝缘子本体破坏之后，这种破坏就是永久性的。在牵引网中，绝缘子有两种，一种是棒式绝缘子，比如腕臂绝缘子，还有一种是悬式绝缘子，包括正馈线的绝缘子和接触网下锚处的绝缘子。当承力索遭受雷击时，会发生闪络的绝缘子为腕臂绝缘子和悬式绝缘子（位于接触网下锚处）；当正馈线遭受到雷击时，会发生闪络的绝缘子为正馈线的悬式绝缘子；当发生反击时，这两种类型的绝缘子都可能会发生闪络。一般来说，当高速铁路遭受雷击时，多是正馈线悬式绝缘子发生闪络而引起牵引供电系统跳闸，腕臂绝缘子很少发生闪络，绝缘子本体发生破坏的现象也比较少。之所以会这样，是由两方面原因决定的，第一，从位置上来看，接触网和承力索的外上方是正馈线，由此，发生雷击时，正馈线首当其冲，承力索和接触线遭受雷击的可能性比较小，再加上其所具备的雷电感应过电压比较大，因此，正馈线绝缘子比较容易发生闪络；第二，与悬式绝缘子相比，棒式绝缘子承受雷电过电压的能力比较高，不易发生闪络。
三、高速铁路牵引供电系统雷电防护措施
（一）雷击承力索和正馈线的防护
从我国当前的高速铁路雷电防护来看，在直击雷的防护方面还没有制定任何的措施，为了有效的防止直击雷的危害，就需要制定相应的防护措施，在制定防护措施时，以电力系统110kV线路的防雷措施为参考依据，一般来说，主要的防护措施有采用专用避雷线、提升保护线和回流线等，目前，很多高速铁路线路都已经进行了相应的改造，已经取得了一定的效果，比如哈大线部分区段在进行改造时，选择了架设专用避雷线的方式；海南东环线在进行改造时，将回流线的高度升高，用此来兼做避雷线。
（二）雷击保护线或避雷线后的过电压保护
保护线升高之后，对承力索和正馈线起到了一定的保护作用，从而有效地减少了雷击的危害。在完成避雷线的架设之后，接触网和正馈线直击雷的防护方式发生了变化，主要变为两种防护：第一种，当避雷线、支柱遭受雷击之后，地电位抬高引起的反击雷的防护；第二种，当避雷线遭受雷击之后，在接触网和正馈线产生感应雷的防护。直击雷具有一定的范围，架设完避雷网之后，当雷电击在范围之内时，雷电流的幅值就会比较大，这时，正馈线和T线的绝缘子会对闪络产生反击。一般来说，可以通过两种措施来有效的提升反击雷的防护能力，第一是将局部地区的接地电阻降低，这样一来，冲击接地电阻就会发生降低；第二是将支柱和避雷器的独立接地极增加。不过，在高速铁路牵引供电系统中，第二种方法并不适合。
（三）绝缘子破坏的保护
当雷击产生过电压时，绝缘子会发生闪络，随后产生的工频电弧会烧蚀绝缘子，进而造成绝缘子产生永久性的破坏，这样一来，就需要更换新的绝缘子，从而造成比较严重的经济损失。因此，为了避免绝缘子发生永久性的损坏，就需要合理的进行保护，一般来说，保护的方式两种，一种是在绝缘子的两端加装保护间隙，一种是使用带间隙避雷器。当采用第一种保护方式时，雷击闪络的位置能够被准确的定位，从而对产生的工频电弧进行有效地疏导，避免烧蚀的产生，保护绝缘子不受到破坏，不过，此种方式的缺点是线路所具备的耐雷能力降低，当雷击发生时，发生跳闸的频率比较大。
（四）雷电监测与差异化防雷
在对雷电进行监测时，应用的为计算机在线系统，这是一种比较先进的监测手段。对于雷电的监测，气象部门监测系统已经发展的比较完善，高速铁路在建立雷电监测系统时，可以充分的借鉴气象部门的经验，同时结合自身的特点，使构建的雷电监测系统具备极强的适用性，从而对雷电信息准确的预警。另外，不同区域的雷电参数不同，还要有针对性的制定不同地区的防雷措施，实现差异化防雷。
结论：通过牵引供电系统防雷措施的制定和完善，高速铁路牵引供电系统所具备的雷电防护能力有效的得到了增加，进而保证了高速铁路列车运行的安全性及可靠性。■
参考文献
[1]边凯，陈维江，王立天等.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].中国电机工程学报，2013，（10）：191-199+1.
[2]程宏波，何正友，胡海涛等.高速铁路牵引供电系统雷电灾害风险评估及预警[J].铁道学报，2013，（05）：21-26.
[3]何正友，程宏波.高速铁路牵引供电系统健康管理及故障预警体系研究[J].电网技术，2012，（10）：259-264.
[4]戚广枫.高速铁路牵引供电安全技术发展及展望[J].中国铁路，2012，（11）：18-21.
[5]瞿建平.高速铁路牵引供电系统关键技术及其标准制定[J].铁道技术监督，2014，（04）：1-4.