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铁路电力架空线防雷技术探讨范哲言

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：范哲言

[导读] 摘要：随着国民经济的增长，铁路事业也在进一步发展当中，同时对于电力需求也在成倍增加，铁路运输是一项大运量、远距离的客、货运输方式，对于电力的可靠性有着较高的要求，而雷击极大的威胁着铁路运输的可靠性，因此，加强铁路电力架空线路的防雷设计，提高防雷水平对于保障铁路运输安全有着重要意义，文章就如何搞好铁路电力架空线路防雷设计谈谈几点看法，以供参考。

        （唐山供电段河北省唐山市 064000）
        摘要：随着国民经济的增长，铁路事业也在进一步发展当中，同时对于电力需求也在成倍增加，铁路运输是一项大运量、远距离的客、货运输方式，对于电力的可靠性有着较高的要求，而雷击极大的威胁着铁路运输的可靠性，因此，加强铁路电力架空线路的防雷设计，提高防雷水平对于保障铁路运输安全有着重要意义，文章就如何搞好铁路电力架空线路防雷设计谈谈几点看法，以供参考。
        关键词：铁路运输；电力架空线路；防雷设计
        “雷电”给电力系统带来了大量的麻烦并且造成了巨大损失。随着全球气候不断变暖，气候情况变得愈加复杂多变，雷雨天气变得愈加频繁，并且雷暴次数以及强度也有了提升，给铁路电力线路的安全运行造成了很大的麻烦，给电力系统带来了很大的损失。伴随着铁路事业以及社会经济的不断发展，对于电力的需求也越来越高，如何在当前复杂多变的气候条件下处理好雷电对于电力线路的影响，有效的提高输电的安全与稳定在目前具有着十分重要的意义。
        1雷电对铁路电力架空线路的危害及原因
        1.1雷电对铁路电力架空线路的危害
        铁路电力架空线路受到直接雷击或线路附近落雷时,导线上会因电磁感应而产生过电压，即大气过电压，这个电压往往高出线路相电压的2倍及以上，使线路绝缘遭受破坏而引起事故。当雷击线路时,巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差，从而导致线路绝缘闪络。雷击不但危害线路本身的安全，而且雷电会沿导线迅速传到变电站，若变电站内防雷措施不良，则会造成变电站内设备严重损坏。
        1.2造成雷击的原因:
        杆塔的耐雷水平很低；接地电阻大,同一杆塔有多相闪络；闪络杆塔在易受雷击地区，历年落雷频繁；杆塔处于易受雷击地区，历年落雷频繁；一基杆塔或相邻两基杆塔的顶相或同一边相闪络；山区较高的杆塔，相邻两基中相或边相闪络。
        2铁路电力架空线路防雷水平性能指标
        衡量线路防雷性能优劣的重要指标一般有两个：一是线路耐雷水平，二是线路雷击跳闸率。
        1.线路耐雷水平是指雷击线路时，线路绝缘子不会发生闪络的最大雷电流幅值。低于耐雷水平的雷电流击于线路不会引起闪络，反之，则必然会引起闪络。配电线路雷电流超过线路耐雷水平引起绝缘子发生闪络冲击时，由于冲击闪络时间很短不会引起线路跳闸，但若在雷电消失后由工作电压产生的工频短路电流电弧持续存在，将引起线路跳闸。
        2.线路雷击跳闸率是指每100km线路每年(折算到40个雷暴日下)由雷击引起的线路跳闸次数，它是衡量线路耐雷性能的综合指标。线路耐雷水平越高，雷击跳闸率越低，说明线路的防雷性能越好。
        所以如何提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率是防雷设计中非常重要的工作。
        3铁路电力架空线路的防雷方式
        3.1架设避雷针（线）
        避雷针（线）由接闪器、引下线和接地极三部分组成。避雷针常用作铁路变配电所的屋外配电装置等的直击雷保护装置。避雷线又称架空地线，是架空输电线路最常用的防雷设施。避雷线主要作用是对架空输电线路的导线进行屏蔽，达到引雷的目的并泄入大地，是线路导线免遭直接雷击。铁路10KV架空线电杆一般较低，架设避雷线更适用于35KV及以上电压等级的线路，对于无避雷线的铁路35KV贯通线，一般在靠近变电所的一段进线（1~2km）上必须装设避雷装置。

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因为对于全线无避雷线的35KV变电所进线，当雷击于附近的架空线时，冲击波的陡度必然会超过变电所电气设备绝缘所能允许的程度，流过避雷器的电流也会超过5KA，这是绝不允许的。
        3.2避雷器
        避雷器的作用是限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成过电压。它一般装设在各段母线与架空线的进出口处。由于电气设备的冲击绝缘强度都是由伏秒特性曲线表示的，所以避雷器与被保护电气设备的伏秒特性之间应有合理配合。另外，避雷器的绝缘强度要有自恢复能力。避雷器在冲击电压的作用下放电，造成接地短路，过电压瞬间消失，但工频电压作用在避雷器上，开始流过工频短路接地电流。所以避雷器应具有自行切除工频续流，恢复绝缘强度的能力，使供电系统继续正常工作。目前在铁路方面工程上主要采取氧化锌避雷器，它具有无间隙、无续流、残压低、体积小等优点。
        3.3降低杆塔接地电阻
        采取降低铁路电力杆塔接地电阻措施，能够及时有效地降低雷电流对线路的冲击影响，但是对于某些地区土壤电阻率不满足要求的情况下，此种措施实现起来较为困难。
        3.4增强线路绝缘
        通过增加绝缘子厚度以及绝缘子的爬电距离，能够有效提高线路的耐雷水平，在电气化铁道目前常用的硅橡胶等复合绝缘子可以尝试在铁路电力贯通线上应用，其缺点就是增加投资，施工改造难度加大。
        3.5设置备投及自动重合闸装置
        安装了备投及自动重合闸装置的铁路变配电所，在贯通线路发生瞬时故障后，能够使线路迅速恢复供电。目前，铁路电力贯通线为架空线路的比较多，在铁路沿线比较空旷的区域容易遭受雷击，发生绝缘子击穿等故障，但由于线路绝缘具有自恢复功能，多数情况下雷击造成的闪络故障在跳闸后都能自动消除，因此在铁路变配电所保护装置中安装自动重合闸及备自投装置能使贯通线路迅速恢复供电。使停电时间能有效缩短。
        目前，铁路电力线路以10KV贯通线及自闭线为主，在2015新版铁路电力设计规范规定在铁路枢纽、特大型客站、段等负荷高度集中地区，或电源线路较长，或变压器安装容量较大，经济技术比较合理时，宜采用35KV及以上电压的电源。铁路电力贯通线的采用以架空与电缆混合线路，或全电缆线路（主要在客专以及高铁上应用）形式。架空线路防雷过电压保护方式，应根据线路的电压等级，负荷性质、系统运行方式、当地原有线路的运行经验、线路路径的雷电活动的强弱，地形地貌和土壤电阻率等条件，通过技术经济比较确定。6KV~10KV混凝土电杆架空电力线路，在多雷区可架设地线，或在三角排列的中线上装设避雷器。当采用铁横担时宜提高绝缘子等级；绝缘导线铁横担线路可不提高绝缘子等级。6KV及以上无地线线路钢筋混凝土电杆宜接地，金属杆塔应接地，在多雷区接地电阻不宜大于30欧姆，其余地区接地电阻可不受限制。与架空线路相连接的电缆段，长度超过50m时应在其两端装设避雷器或保护间隙；长度不超过50m的电缆，可只在任何一端装设。
        4结语
        在铁路运输生产中，铁路电力工作是铁路运输的重要组成部分，其主要任务是不断提高供电质量和可靠性，满足铁路运输生产需要。铁路电力架空线路在设计上具有一定特殊性，并且其高度高、传输电压大，在运行过程中很容易受到雷击影响，对供电安全性与稳定性影响较大。因此以提高铁路电力线路运行效果为目的，必须要选择合适的方案进行处理，争取不断提高线路耐雷性能，并通过接地技术的合理应用，降低雷击病害对线路运行造成的影响，才能满足铁路运输生产对电力资源的需求。
        参考文献：
        [1]余健明，同向前，苏文成.供电技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
        [2]铁道第三勘察设计院集团有限公司.铁路电力设计规范[M].北京：中国铁道出版社，2016.
        作者简介：范哲言(1993.01—），男，汉族，河北省唐山市人，本科，研究方向：铁路电力。