【正文】 減少雷電對(duì)接觸網(wǎng)的危害，保證鐵路電網(wǎng)安全運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)為：牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牽引變電所損耗小、間距大、數(shù)目少，機(jī)車粘著性能和牽引性能良好，大大降低了建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。接觸網(wǎng)是電氣化鐵路中主要供電裝置之一，是沿鐵路線上空架設(shè)，其功用是通過(guò)它與電力機(jī)車受電弓直接接觸將電能傳送給電力機(jī)車的一種特殊形式的輸電線路，是一種無(wú)備用的戶外供電裝置，經(jīng)常受冰、雨、雪、風(fēng)等惡劣氣候條件的影響，一旦損壞將中斷行車，給鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。 應(yīng)注意節(jié)約有色金屬及其他貴重材料，以降低成本。在檢修前，應(yīng)做好臨時(shí)安全措施并做好記錄。接觸網(wǎng)上的額定電壓：為 25kv，由于較長(zhǎng)距離的供電，在輸電電線路和接觸網(wǎng)中產(chǎn)生的電壓和電能損耗，使接觸網(wǎng)未端電壓降低。 接觸網(wǎng)的供電方式 1單邊供電 2雙邊供電 3越區(qū)供電 （ 3） 接觸網(wǎng)的組成 圖 接觸網(wǎng)組成 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 接觸懸掛 接觸懸掛包括接觸線、吊弦、承力索以及連接零件。 （ 4）接觸懸掛的結(jié)構(gòu)及零部件應(yīng)力求輕巧簡(jiǎn)單，做到標(biāo)準(zhǔn)化。 定位裝置 定位裝置包括定位管和定位器。 接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施 6 根據(jù)供電設(shè)計(jì) 規(guī)范的規(guī)定：接地裝置可接鋼軌，在采用軌道電路的區(qū)段，接地裝置可采用集中接地或單獨(dú)接地；直接接至扼流變壓器線圈中點(diǎn)或串接火花間隙后接至鋼軌。有的古塔還將此類鐵鏈沉入井，實(shí)現(xiàn)良好接地。 1750 年，美國(guó) 方法。 (風(fēng)箏試驗(yàn)的圖略，見文獻(xiàn) )作者認(rèn)為，我們這些防雷工程師應(yīng)當(dāng)永遠(yuǎn)銘記這三位高電壓和防雷先驅(qū)： 富蘭克林 羅蒙諾索夫 利赫曼 歷史發(fā)展的辯證法常常是經(jīng)歷多少年后，再以更發(fā)展的形式重復(fù)某一事件。 最大放電電流 Imax：給保護(hù)器施加波形為 8/20μ s 的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊 1 次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。 插入損耗 Ae：在給定頻率下保護(hù)器插入前和插入后的電壓比率。 1 在線阻抗：指在標(biāo)稱電壓 Un 下流經(jīng)保護(hù)器的回路阻抗和感抗的和。 防雷器的類型主要有保護(hù)間隙、閥型防雷器和氧化鋅防雷器。過(guò)電壓分為操作過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。80 年代末期，在電力網(wǎng)中才采用了電話的保護(hù)裝置 ——導(dǎo)雷器，實(shí)際就是保護(hù)間隙串聯(lián)一個(gè)熔斷器，或只裝間隙。 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 圖 導(dǎo)電器 注： 1— 火花間隙 上世紀(jì) 90 年代初期， 制出了磁吹間隙，用來(lái)保護(hù)直流電力設(shè)備。上述保護(hù)裝置，實(shí)際上主要是用來(lái)防止感應(yīng)雷造成的事故。如圖 所示 30 年代初，前蘇聯(lián)莫斯科電力系統(tǒng)曾用電感線圈保護(hù)幾個(gè) 33kV 變電所，但因閥型避雷器裝于電感線圈外側(cè)，電感與變壓器入口電容諧振，使變電所雷害事故率翻一番，而且電感線圈本身還發(fā)生不少絕緣事故，因而后來(lái)拆除了這些電感元件。我們過(guò)電壓保護(hù)與接地國(guó)標(biāo)修訂組調(diào)查分析表明，經(jīng)過(guò)電感線圈供電的發(fā)電機(jī)，其平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF(雷害 )290 年，即提高防雷可 靠 性 3～ 10倍。 圖 防雷吸波器 T— 變壓器； S— 水電阻器或?qū)w電阻器； L— 電抗線圈； C C2— 電容器 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 鋁電解避雷器 1907 年在美國(guó)出現(xiàn)了鋁電解避雷器，利用它在不同電壓下能通過(guò)或閥截電流的特性遮斷工頻續(xù)流，它曾用于 100kV 高壓電網(wǎng)。10％ )。其 2ms 方波或工頻續(xù)流通流能力從開始的 150A，發(fā)展到 80 年代初的 1500A 左右，我國(guó)高壓避雷器的 2ms 方波通波能力發(fā)展情況如下。這是一種利用金屬氧化物對(duì)電壓敏感特性來(lái)吸收交、直流電路中雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，以保護(hù)電力、電子器件的裝置。因?yàn)榍罢邭垑好拷档?8％左右，可使設(shè)備的絕緣水平降低一級(jí) (6％～ 8％ )，相應(yīng)的設(shè)備造價(jià)可下降 4％～ 6％。例如， 80 年代初，華北 500kV 超高壓電網(wǎng)首先從瑞典 ASEA 公司引進(jìn) 500kV MOV，同期機(jī)械工業(yè)部同水利電力部共同觀察、分析、談判后決定，西安電瓷廠和撫順電瓷廠分別從美國(guó) GE 和日本日立公司引進(jìn)生產(chǎn)專利，不久即造出接近世界水平的 500kV MOV。續(xù)流在 ～ 個(gè)周波內(nèi)熄滅電弧。 避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線和耦合地線 如前所述， 1750 年，富蘭克林提出以針尖放出電荷緩慢中和雷云中的電荷的避雷針用來(lái)防雷。這是在試驗(yàn)室和實(shí)際應(yīng)用中多年逐步定量化的，而且其精確性已基本滿足了工程設(shè)計(jì)的需要。 自動(dòng)重合閘裝置 (AП B)和備用電源合閘裝置 (ABP) 20 年代中期，美國(guó) Still 提出，利用斷路器重合閘消除瞬時(shí)短路包括雷擊引起電力線路 短路跳閘來(lái)保證電力供應(yīng)，到 30 年代各國(guó)已廣泛采用。高壓線路雷擊跳閘故障，重合閘能在幾分之一秒重合，成功率達(dá) 85％左右，即將事故減少到 15％左右。 電磁兼容 (EMC) 電力線和電信線發(fā)展初期，雖然兩者難免互相交 *和平行接近，但因電力線電壓低、電流小，一般是各行其道，相安無(wú)事。從避雷針到出現(xiàn)簡(jiǎn)單間隙、電容、線圈，經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的 158 年。直到出現(xiàn)幾千萬(wàn)和上億千瓦的聯(lián)合電力系統(tǒng) (如華北 500kV 網(wǎng)架連接的系統(tǒng)裝機(jī)容量已近 4000 萬(wàn)千瓦 )，其一次雷擊足以導(dǎo)致大地區(qū)的災(zāi)難，如美國(guó)有名的紐約大停電，才迫使人們利用幾千萬(wàn)元的高壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行不斷的研究，使防雷系統(tǒng)日臻完善。主要是 80 年代末、 90 年代初， TC81 等委員會(huì)才開始系統(tǒng)地提出一系列建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楫?dāng)一建筑物內(nèi)的微電子元件、電子設(shè)備的雷害，影響人們生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)日趨嚴(yán)重時(shí)，這一課題才受到重視。允許偏差為土 10mm。它的主要作用是利用變壓器內(nèi)的電磁關(guān)系，將軌道中的牽引電流經(jīng)吸上線吸引到回流線上，使回流線通過(guò)大小相等，方向與接觸網(wǎng)電流相反的牽引電流。 接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施 16 2 接觸網(wǎng)雷害分析 接觸網(wǎng) 是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，絕大部分裸露干自然環(huán)境中且沒有備份、需要采用必要的大氣過(guò)電壓防護(hù)措施。根據(jù)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，目前開通的 26 萬(wàn)多 Km電氣化鐵道中部分線路雷擊事故比較頻繁，所以應(yīng)重視接觸網(wǎng)的防雷設(shè)計(jì)，以運(yùn)輸安全為目標(biāo)，以系統(tǒng)優(yōu)化、綜合防護(hù)、防雷減災(zāi)的原則進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)。 日本鐵路防雷現(xiàn)狀 日本由于其特殊的地理?xiàng)l件和氣象條件，在電氣 化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中根據(jù)雷擊頻度及線路重要程度，將國(guó)土的防雷等級(jí)劃分為 A、 B、 C 區(qū)域并規(guī)定了相應(yīng)的防雷措施： A級(jí)區(qū)的雷害嚴(yán)重且線路重要，需要進(jìn)行全 面防雷保護(hù)、全線接觸網(wǎng)架設(shè)架空避雷線，同時(shí)在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)、電纜接頭或連接處、架空地線終端設(shè)置避雷器，B 級(jí)區(qū)雷害比較嚴(yán)重且線路重要，對(duì)部分特別需要的場(chǎng)所沿接觸網(wǎng)架設(shè)架空避雷線，同時(shí)在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)、電纜接頭或連接處、架空地線終端設(shè)置避雷器，除 A、 B 級(jí)以外的區(qū)域?yàn)?C 級(jí)區(qū)，一般在牽引變電所出口、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)、電纜接頭或連接處設(shè)置避雷器： 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 國(guó)內(nèi)接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)概況 我國(guó)電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)主要依據(jù) 《鐵 路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范 》 （ TB 1000920xx）和《鐵路防雷、 電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定》（鐵建設(shè) [20xx]39號(hào)）的相關(guān)規(guī)定 。 (3)強(qiáng)雷區(qū)設(shè)置獨(dú)立避雷線，保護(hù)角為 0～ 45。 當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)支柱時(shí)，雷電流沿支柱入地并在支柱上產(chǎn)生沖擊過(guò)電壓，該值與支柱的沖擊接地電阻和雷電流幅值及支柱等值電感相關(guān)（為非線性的正比），同時(shí)雷電通道產(chǎn)生的電磁場(chǎng)迅速變化，在線路上產(chǎn)生與雷電流極性相反的感應(yīng)電壓，該值與接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度、雷電流平均值成正比。一般情況下，一次雷擊有多次放電，持續(xù)時(shí)間約為 ～ 。 雷電反擊過(guò)電壓 雷擊支柱頂部產(chǎn)生接觸網(wǎng)雷電反擊過(guò)電壓，其中不僅有雷電流通過(guò)支柱，而且在支柱頂產(chǎn)生 電位，同時(shí)空氣中迅速變化的電磁場(chǎng)還在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓；按圖 l 表示客運(yùn)專線典型接觸網(wǎng)支柱懸掛方式，根據(jù) DL/T 6201997《交 流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合 》計(jì) 算方法，計(jì)算耐雷電反擊過(guò)電壓水平 。 通過(guò)以上計(jì)算可知，在平原地區(qū)每 100Km 的電氣化鐵道線路，每年由于承力索遭受雷擊引起跳閘的次數(shù)約為 15 次，這給客運(yùn)專線的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。 (3)廣深線架設(shè)避雷器太少，造成雷擊跳閘率過(guò)高。 保證雷擊過(guò)電壓及時(shí)通過(guò)接地引下線泄漏至大地中，從而有效防止直擊雷。 圖 接觸網(wǎng)采用架空地線防護(hù)示意 圖 接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施 22 避雷器設(shè)置 的分析 對(duì)于一般高雷區(qū)通常采用局部關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置避雷裝置進(jìn)行接觸網(wǎng)防雷。 目前接觸網(wǎng)常用的避雷器為帶脫離器的氧化鋅避雷器，系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的有效值為 kV，額定電壓有效值為 42 kV．持續(xù)運(yùn)行電壓有效值為 34 kV，陡波沖擊電流殘壓為 138 kV，雷電沖擊電流殘壓為 120 kV，操作沖擊電流殘壓為 98 kV。 綜上所述，接觸網(wǎng)上安裝避雷器的保護(hù)距離和發(fā)揮的作用有限，只能作為牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)措施的一種補(bǔ)充。在吸收國(guó)外高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和成熟經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)組織有關(guān)部門進(jìn)行理論研究及綜合試驗(yàn)。防雷與線路所在地形、氣象條件密切相關(guān)，不同的地域差異較大，同一地域中線路經(jīng)過(guò)的不同地形也有一定差別，因此應(yīng)在防雷設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮這些因素，同時(shí)也應(yīng)清楚認(rèn)識(shí)到，由于雷擊發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)以及雷擊強(qiáng)度的隨機(jī)性，對(duì)雷擊的防范難度很大，要達(dá)到阻止和完全避免雷擊事故的發(fā)生是不可能的，只能將雷電災(zāi)害降低到最低限度，大大減小被保護(hù)的接觸網(wǎng)和牽引變電設(shè)備遭受雷擊損害的風(fēng)險(xiǎn)。 他們 學(xué)習(xí)上對(duì)我嚴(yán)格要求，在學(xué)術(shù)上對(duì)我精心指導(dǎo)，在科研上給我提供優(yōu)越的環(huán)境和條件，在生活上對(duì)我無(wú)微不至的關(guān)懷，這些我都將永遠(yuǎn)銘記在心。 謹(jǐn)己此文表達(dá)我對(duì)他們無(wú)言的感謝和深深的愛！ 接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施 26 參考文獻(xiàn) [1] 段睿智 .接觸網(wǎng)與電子設(shè)施防雷技術(shù) [C].上海 ：國(guó)防科技大學(xué)出社 .20xx. 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