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高速铁路牵引供电系统雷电防护体系研究

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

[导读] 摘要：高速铁路作为我国交通系统的重要组成，高速铁路为城市的运行与人口流动提供很大方面。

        （中国铁路呼和浩特局集团有限公司调度所邮编内蒙古自治区呼和浩特市锡 010057）
        摘要：高速铁路作为我国交通系统的重要组成，高速铁路为城市的运行与人口流动提供很大方面。高速铁路安全运行，牵引供电线系统是重要依靠，雷电等作为供电系统最大安全隐患，为提高高速铁路运行效率与安全，必须加大对雷电防护系统的研究力度。及时处理好雷电防护体系中的问题，根据雷电防护体系特点，完善防护处理方案，目的在于更好的做好雷电防护工作，为高速铁路安全运行提供有利条件。
        关键词：高速铁路；牵引供电系统；雷电防护；绝缘子
        高速铁路牵引供电系统雷电防护体系的设计，很大程度上提高了高速铁路的安全，同时保证供电系统安全运行。雷电是供电系统最大的潜在威胁，一旦供电系统遭受雷电攻击，整个系统运行都会受到影响，高速铁路中的供电系统如果出现问题，列车运行必然会受到影响，乘客安全风险增加。高速铁路为了有效避免这方面现象，积极打造牵引供电系统雷电防护体系，做好雷电防护监督工作，提高整个系统的安全性与可靠性，同时做到科学防灾避害。牵引供电系统雷电防护体系的所有规划设计都必须符合结构安全标准，同时还要实现全方面安全检测，控制好高速铁路牵引供电系统的安全运行。
        一、高速铁路牵引供电系统雷电防护体系
        我国的高速铁路供电主要使用自耦变压器，而牵引网与变电所共同组成为牵引供电系统，科学技术的发展也是的变电所具有较为完善的抗雷击防护技术，但牵引网却缺少良好的防雷措施，未安装避雷线或避雷针，仅在线路变电所的入口与重要位置上安装了避雷线或避雷针[1]。若线路通过隧道时，内部也缺少良好的绝缘能力，需在隧道口两侧科学安装避雷针。高速铁路通过高架桥时也需要在两端俺咋混个避雷针。
        二、高速铁路供电系统中存在的问题
        （一）缺少完善的直击雷防护措施
        设计高速铁路接触网防雷设施是时，主要是以普速铁路接触网与35KV输电网络的相关标准为基础。线路的整体不安装避雷线，少数主要位置会安装相应的避雷器。我国高速铁路的总线路长度中高架长度有着极高比重，如武汉高速铁路桥梁约为总长度的42%，京沪高速铁路桥梁为总长度的86.5%[2]。由于高速铁路高架位置的接触网与地面的高度和110Kv架空线与地面的高度相同，但没有安装避雷线，这就导致接触网受雷击几率相对较高。
        （二）冲击接地电阻设置存在不足
        高速铁路与普通铁路对比可以发现，高速铁路牵引供电系统具有火车牵引电流大、钢轨泄露电阻大一级牵引网短路电流大等特征，这就导致客运铁路钢轨电压远远高于常速既有线路，因此多数维护人员在工作过程中经常会出现触电现象。想要解决这一问题，就需要高绿铁路结合实际需求使用综合接地方法。
        （三）各地区雷击防护标准不同
        受客观因素影响，我国多数高速铁路土壤数据与沿线雷电参数有着较大的差距。结合西方发达国家的高速铁路防雷技术进行分析可以发现，防雷设计与措施需要结合各个地区的雷电危害程度进行优化和调整。而多数高速铁路在设计时没有参照沿线频率、雷电强度等数据信息[3]。
        三、高速铁路牵引供电系统雷电防护体系
        （一）雷击承载力索与正馈线的设计
        高速铁路牵引供电系统的防雷电措施支持存在不足，这对于高速铁路的安全运行也有着一定的影响，需要结合实际需求进行优化与完善，我国有关部门也应针对高速铁路牵引供电系统情况制定合理的防护措施，可以110KV电力系统的防雷电方法参考。如：防雷电措施为使用针对性避雷线、回流线、优化保护线等。结合调查数据信息可以发现，我国多数高速铁路牵引供电系统都具有相应的防雷击措施。

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如改造哈大铁路时加设了专用的避雷针，海南东环线根据实际需求天宫回流线温度以达到防雷击的目的。这些方法都有着较强的应用效果。
        （二）雷击保护线与避雷线过压保护设计
        想要在最大程度上避免雷电造成的危害，需提高保护线高度，这对于承力索、正馈线都具有较高的保护能力。安装避雷线之后，接触网与正馈线的直雷击保护方法会出现相应的改变，防护方式会变为两种：首先，支柱与避雷线受到雷电威胁后，会形成范雷击防护；避雷线雷电威胁后，接触网与正馈线均会形成感应雷防护。从直击雷角度出发展开分析，其有着较大的范围，若架设后的避雷网在直雷击范围内，对于闪络T线绝缘子以及正馈线会产生相应的反击。想要解决反击雷有两种方法，首先，结合实际需求降低部分地区接地电阻值，这可有效降低冲击接地电阻；其次，提高支柱与避雷器独立接地极数量，受客观因素影响，高速铁路牵引电力供应系统不会使用这种方法。
        （三）绝缘子的破坏保护设计
        高速铁路牵引供电系统中，若遭遇超强度雷击，在强电压的影响下绝缘子会出现闪络的情况，并且受到闪络工频影响下，导致绝缘子被烧毁，并且这种损坏属于永久性，为牵引供电系统的维护带来很多难题，同时也会为高度铁路带来一定的经济损失。面对绝缘子的破坏，牵引供电系统防雷体系设计，积极制定保护计划，首先是对悬式绝缘子进行检查，随后是水平绝缘子，明确两端位置空间数据，及时安装保护间隙，部分牵引供电系统会安装间隙避雷针。其次是及时定位雷电冲击下绝缘子出现的闪络位置，将其中的工频电弧有效疏导，加大绝缘子的保护力度，在此基础上，提高雷击事故防御能力[4]。当然牵引供电系统雷电保护体系的设计应用，尤其是其中针对绝缘子的保护处理措施，在一定程度上明显改善了绝缘子抵抗雷击的能力，但是也存在一些不利现象，若没能及时规避或者阻隔雷击，受到绝缘子的影响，牵引供电系统会出现跳闸的情况。
        （四）加大雷电检测与防雷处理力度
        雷电检测是高速铁路牵引供电雷电防护系统的主要内容，在自动检测技术的支持下，所有雷电检测行为均属于全自动模式，并实时展开大面积的监测，及时在计算机上进行在线报告，在此基础上，雷电监测效率明显提高。与此同时，我国气象部门为了更精准的监测雷电动向，结合雷电检测系统具体特点，增强系统监测的实时性与适用性，准确捕捉雷电信息并做出预警处理。雷电参数受到各方面影响存在明显差异，雷电信息捕捉期间，结合具体活动区域，雷电参数变化情况等，重新对雷电区域加以划分，针对不同的雷电参数制定对应防雷处理方案。参考雷电参数，综合分析雷电故障信息，进一步对处理方案加以完善，尤其是感应雷、直击雷方面的预防。尊重雷击差异性特点，对高度铁路牵引供电系统防护进行灵活调整，以此达到最理想状态。
        结束语：
        综上所述，高速铁路牵引供电系统中，为有效预防雷击现象，积极对防雷体系进行完善，从多方面保证防雷体系的稳定性与可靠性，提高高速铁路牵引供电系统的安全性。深入剖析雷电防护系统风险，在直击雷防护、冲击接地电阻设置方面存在一些不足。高速铁路牵引供电系统防雷体系对其正常、安全运行至关重要，通过对运行现状的了解，对防雷体系有更全面的认识。积极从雷击承载力索与正馈线、雷击保护线与避雷线过压保护、绝缘子的破坏保护、加大雷电检测与防雷处理力度等方面全面升级优化，进一步提高高速铁路牵引供电系统防雷体系的预防能力，提高牵引供电系统运行稳定性，保证高速铁路运行安全。
        参考文献：
        [1]张增红.牵引供电系统雷电防护体系的建设研究[J].科技风,2019,375(07):166-166.
        [2]周海杰.浅析高铁牵引供电网雷电防护系统设计[J].科技与创新,2020(8):130-131.
        [3]周利军,高峰,李瑞芳,等.高速铁路牵引供电系统雷电防护体系[J].高电压技术,2013,39(2):399-406.
        [4]刘大卫.高速铁路牵引供电系统雷电防护体系[J].工程技术(引文版),2016,000(002):00122-00122.