【摘要】如何提高接触网线路雷电防护水平，降低线路雷击跳闸率及避免雷击危害，确保行车安全是接牵引供电系统防雷的一项重要工作，针对柳南客运专线的防雷不足，并结合广西地区的气象和地理条件应从架设避雷线、增设避雷器等方面提高接触网的防雷水平。
　　【关键词】接触网；防雷；避雷线
　　柳南客运专线又称柳南城际铁路，自 2013年12月30日开通运行后，牵引供电系统运行基本稳定，但广西是雷雨多发的南部省区，南宁和柳州地区的年平均雷暴日分别为84.6d和67.3d，因此，每年进入雷雨季节后，非常容易引起跳闸故障。虽然绝大部分故障重合成功，并未对运输造成重大的影响，但是雷击引起的绝缘设备闪络烧伤，是接触网安全运行的隐患。
　　1、柳南客运专线接触网防雷现状
　　柳南客运线路在设计和施工中根据以往的高铁设计经验，只在一些关键部位装设了避雷器和部分锚段关节处架设了避雷线作为主要的防雷措施，但未充分考虑广西地区为雷电活动频繁且地形比较复杂的区域，因此该线路接触网在防雷方面存在以下缺陷。
　　1.1接触网未全部装设架空避雷线
　　整个柳南客运专线全长226km，设计时速为250km/h，桥隧比例达到了50%，远远高于普速铁路。高架桥上的接触网对面的高度通常都在16～36m之间，且大多数接触网途经空旷的田野地带，周围的高大建筑物比较少，高架桥就基本上成为了相对的高大建筑，非常容易受到雷电灾害的影响。但该线路根据以往的高铁设计经验，并未全部架设架空避雷线，当雷电击中承力索、AF线时会造成腕臂绝缘子、AF线悬式绝缘子及其他设备损坏甚至炸裂。
　　1.2防雷重点处避雷器设置不足
　　目前柳南客运专线的高铁接触网只在较长的供电线连接到接触网上的部位、分相两端、超过2000m的隧道两端安装了避雷器，在绝缘锚段关节两侧的转换柱、中心锚节柱附近、中心锚节柱与转换柱中间等部位都没有设置避雷器，但这些关键点是接触网防雷的重点处所，往往遭受雷击的概率比其他地方大。
　　2、可采取的防雷措施
　　基于以上对柳南客运专线接触网防雷不足的分析，按照《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2005）的要求，结合广西自治区的气象和地理条件，应从以下几方面加强柳南客专线接触网的防雷效果。
　　2.1增设架空避雷线
　　架空避雷线的保护效果取决于架空避雷线的安装高度。根据目前柳南客专线接触网支柱、AF线等设备的结构特点，架空地线只有在既有支柱上加装，安装高度及保护范围采用滚球法进行计算。
　　首先用单根避雷线的计算法计算避雷线的安装高度。根据滚球法的参数要求，因接触网架空避雷线安装的高度小于第一类防雷建筑物的半径hr（即h　　根据柳南客专线接触网直线段中间支柱腕臂安装示意图（图2所示），以及图1中滚球法的意义可知，架空避雷线的保护范围只要能成功保护到承力索、AF线，则接触网的其他部件肯定在保护范围内。因此在具体计算时，将接触网视为第一类防雷建筑物，取滚球半径hr=30m；AF线肩架宽度，即架空避雷线在AF线安装高度hx处的xx’平面上的保护宽度bx取1.2m；AF线安装高度即保护物的高度hx取7.0m，带入式（1）有，解得h=8.2m，即架空避雷线的安装高度为8.2m。而接触网支柱高度为7.8m，则可以计算出需要在支柱顶0.4m处装设架空地线。
　　接下来通过两根等高避雷线计算法验证承力索是否在保护范围之内。由于承力索位于上、下行两根避雷线中间，因此根应根据以上步计算所得的架空避雷线的安装高度来验证是否满足承力索的保护范围。据滚球法，承力索的保护范围应按两根等高避雷线进行计算，如图3所示，两根避雷线之间保护范围最低点的高度按下式计算：
　　如果通过式（2）计算得两根避雷线之间保护范围最低点 的高度高于承力索的最高点则说明架空避雷线的安装高度符合要求。根据柳南客运专线接触网的结构，普通中间柱承力索的安装高度为7.1m，锚段关节处非支承力索抬高0.5m，按最高7.6m进行考虑。取上、下行两根避雷线之间的距离D=11m。将hr=30m，h=8.2m，代入式（2）计算得h0=7.7m，大于承力索的最高点，说明架空地线的安装高度定为8.2m，完全能满足避雷要求。
　　计算好安装高度后应考虑避雷线的装设方案。按照防雷装置设计与安装要求规定，本方案采用镀铝锌钢绞线LXGJ-50。同时，为减小增设的架空避雷线对既有支柱容量的影响，架空避雷线的额定张力推荐采用5kN。安装时在原支柱柱上采用抱箍形式将避雷线肩架安装于田野侧，避免避雷线断线后进入行车区域。为使避雷线与综合接地系统及弱电设备相对隔离，避雷线采用绝缘安装（如图2所示）以及单独接地。路基区段接地引至路基外20m连接至不大于10Ω的独立接地极，桥梁区段如桥梁墩台不高，且桥下状况较好，推荐采用引下独立接地极。如独立接地极引下困难，可单独双引下连接至桥墩顶部预留的接地端子，同时拆除该桥墩与桥梁之间的接地连接接地极的水平接地体采用镀锌扁钢，垂直接地体采用镀锌角钢。根据日本新干线铁路架空避雷线接地经验，推荐采用每隔200m进行接地设置。接地引下线采用双根70mm2绝缘铜电缆，避免与综合接地系统的直接相连。
　　2.2适当增加避雷器的设置
　　安装避雷器能够有效提高避雷器附近的接触网耐雷水平，降低接触网雷击跳闸率。因此，在绝缘关节两侧转换柱，中心锚节柱附近，中心锚节柱与转换柱中间增加避雷器的布置数量。在布置避雷器时，间距应按照200～300m布置。同时在馈电线上网点应增设带间隙的避雷器，未设置避雷器的隧道两端均增设避雷器。避雷器的接地引下线采用双根70mm2绝缘铜电缆，并接引至不大于10Ω的独立接地极。
　　3、结语
　　柳南客运专线处于多雷、强雷区，易遭受雷电危害。通过架设架空避雷线，增设避雷器相结合的方式对接触网设备进行了防雷保护可有效的减少雷电灾害对电气化铁道的安全隐患。文中的防雷设计方案也为今后高铁在多雷、强雷区的防雷设计与施工提供了一定的参考依据。
　　参考文献
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　　[4]TB10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S].北京.
　　作者簡介
　　赵文飞（1982—），男，甘肃永昌人，工学学士，助理讲师，主要从事电气化铁道技术专业课程的教学和研究工作。