【導(dǎo)讀】本論文主要闡述接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施。接觸網(wǎng)是電氣化鐵道系統(tǒng)必不可少的主。要設(shè)施之一，特點(diǎn)是沒有備用線路，發(fā)生任何事故，都將中斷鐵道運(yùn)營。穿越山陵曠野，遭受雷電襲擊的機(jī)率大，容易受雷擊導(dǎo)致電氣設(shè)備損壞。這樣的簡單方式對防止雷電過電壓是不夠的。安全運(yùn)行，減少雷擊損失。這不僅對鐵路運(yùn)輸具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，也對加快社會物質(zhì)流。動和經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐具有重要的意義，也是工程實(shí)際中需要研究解決的熱門課題。我國客運(yùn)專線建設(shè)速度加快，所經(jīng)地區(qū)地理、氣象、氣候條件差別較大，情況復(fù)雜，如果接觸網(wǎng)不設(shè)避雷線，易遭受雷擊引起損壞。為保證接觸網(wǎng)運(yùn)行的高可靠性在分析德國、通過分析和理論計(jì)算，對客運(yùn)專線接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷進(jìn)行研究。行了統(tǒng)計(jì)分析，建議廣深線全線架設(shè)架空地線架空地線采用柱頂方式安裝。置避雷線對客運(yùn)專線應(yīng)切實(shí)做好避雷器和避雷線的接地，保障避雷設(shè)施正常運(yùn)行。

　　

【正文】 計(jì)算：接觸網(wǎng)側(cè)面限界為 3m，承力索距軌面平均高度為 7m，則單線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù) N=Td，復(fù)線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù) N=Td， Td 為年平均雷電日數(shù)。 雷擊接觸網(wǎng)王要產(chǎn)生過電壓。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。沖擊過電壓和感應(yīng)過電壓的疊加值隨著接觸網(wǎng)支柱的接地電阻升高而升高即引起閃絡(luò)的雷電流幅值和絕緣于閃絡(luò) 概率隨接觸網(wǎng)支柱的接地電阻而增加。當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)支柱時(shí)，雷電流沿支柱入地在接觸網(wǎng)支柱上產(chǎn)生的沖擊電壓為： dtdLLRIU ?? （ 1） 其中， R 為支柱沖擊接地地租， L 為支柱等值電感。 雷擊接觸網(wǎng)線材時(shí)接觸網(wǎng)上產(chǎn)生過電壓，如該值達(dá)到接觸網(wǎng)支持絕緣子的沖擊放電電壓時(shí)形成絕緣子閃絡(luò)，雷電流經(jīng)支柱、接地線、鋼軌等入地，過電壓隨之降低。 雷電流的概率分布 雷電中有多個(gè)帶電中心，且有 90%的雷電為負(fù)極性，其余為正極性。一般情況下 ，一次雷擊有多次放電，持續(xù)時(shí)間約為 ～ 。 雷電流幅值及其累積概率分布 DL /T6201997《 流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合 》中 規(guī)定： 雷電流幅值的概率： (l)除下 (2)所述地區(qū)以外的我國一般地區(qū)雷電流幅值超過嘶概率可按式 (2)求得： 88lg IP ?? （ 2） 式中 P——雷電流幅值概率 ； I——雷電流幅值 (kA)。 (2)陜南以外的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)憾類地區(qū)的平均年雷暴日數(shù)一般在 20 d 及以下） 雷電流幅值較小可由式 (3)求得 44lg IP ?? （ 3） 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 接觸網(wǎng)遭受雷擊過電壓的分析 接觸網(wǎng)雷擊包括直接雷臺，雷電反擊和感應(yīng)雷擊過電壓等。 直接雷臺 雷擊接觸網(wǎng)承力索產(chǎn)生直擊雷過電壓同樣與雷電流幅值成正比，即雷擊過電壓約為100 倍的電流幅值，雷擊承力索將產(chǎn)生幾百到幾千 kV 過電壓 。 雷電反擊過電壓 雷擊支柱頂部產(chǎn)生接觸網(wǎng)雷電反擊過電壓，其中不僅有雷電流通過支柱，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 流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合 》計(jì) 算方法，計(jì)算耐雷電反擊過電壓水平 。 圖 客運(yùn)專線典型接觸網(wǎng)支柱懸掛示意圖 （ 單位 mm） 感應(yīng)雷擊 距接觸網(wǎng)有限遠(yuǎn) S65 m處，雷擊對地放電時(shí)．在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生的過電壓與雷電流幅值成正比，其比值為 。 接觸網(wǎng)耐雷擊水平計(jì)算 (l)雷擊支柱時(shí)耐雷擊水平 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 當(dāng)承力索平均高度 hm=7m，平腕臂對地高度 hm=， 支柱高度 hZ=，支柱沖擊接地電阻 R=10 ， Lt= 時(shí)， LI= kA. 根據(jù)式 (2)可計(jì)算出雷電流超過 I 的 概率 P=%。 (2)雷擊承力索時(shí)耐雷擊水平 )(?? （ 3）建弧率 ? )( ???? ?E? 式中 E——絕緣子串的平均運(yùn)行電壓（有效值）梯度， KV/m。 )21( PGPNN T ??? ? 通過以上計(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)行帶來了隱患。 接觸網(wǎng)遭受雷擊跳閘統(tǒng)計(jì)分析及防雷建議 現(xiàn)場實(shí)例 從運(yùn)營部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析， 論文以 廣深線 為例說明， 雙線 ，僅 2021 年112 月間共發(fā)生雷擊接觸網(wǎng)跳閘 45 次，其中廣深線平湖牽引變電所雷擊跳閘占事故總跳閘的 比例高達(dá) %。 跳閘分析 (1)回流線安裝高度過低，在設(shè)計(jì)中，一般回流線架設(shè)高度在上下腕臂底座之間、比承力索架設(shè)高度低且回流線接地每隔 1～ 2Km 一 處接地電阻 為 10 ，其只能起到架設(shè)耦合地線的防雷作用。 (2)當(dāng)支柱或架空地線遭受雷擊時(shí)，雷擊過電壓將首先擊穿附加線間架與混凝土的保護(hù)層，經(jīng)支柱向大地泄露。 (3)廣深線架設(shè)避雷器太少，造成雷擊跳閘率過高。 防雷建議 (1)全線架設(shè)架空地線。架空地線采用柱頂方式安裝，距平腕臂 2m，保護(hù)角采用200～ 300，安裝示意圖如圖 所示。架空地線間架與接地引線連接糠地線與支柱鋼筋相連，通過支柱底部接地 孔 接地 。 保證雷擊過電壓及時(shí)通過接地引下線泄漏至大地中，從而有效防止直擊雷。每條公里架設(shè)避雷線增加投資約 2 萬元 。雖然增加部分投資但是對于電氣化鐵道的安全有著至關(guān)重要的作用； (2)增加接地?cái)?shù)量和降低接地電阻。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 (3)適當(dāng)增設(shè)避雷器。 圖 接觸網(wǎng)采用架空地線防護(hù)示意 圖 避雷器設(shè)置的分析 對于一般高雷區(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。在有雷擊發(fā)生時(shí)只要避雷器的沖擊放電電壓小于接觸網(wǎng)絕緣子的沖擊放電電壓就會動作以避免變電所饋線斷路器跳閘。同時(shí)，由于避雷器動作后吸收了雷電能量，絕緣子、支柱的等值阻抗上受到的沖擊電壓僅為避雷器的殘壓，提高了接觸網(wǎng)的耐雷電沖擊水平。 接觸網(wǎng)用避雷器應(yīng)體積小、 重量輕 ’結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便萁保護(hù)水平應(yīng)與接觸網(wǎng)的絕緣水平配合良好，特別是帶間隙避雷器的 50%沖擊放電電壓與接觸網(wǎng)絕緣子的放電特性一致，且正、負(fù)極性的分散性要小其保護(hù)距離應(yīng)盡可能大，其密封性、防爆性、耐污性、可靠性要求較高，不同于一般設(shè)置在變電所內(nèi)的避雷器。 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。 雖然設(shè)置避雷 器對提高接觸網(wǎng)的防雷擊水平有一定作用．但必須認(rèn)識到接觸網(wǎng)安裝避雷器的不足之處和其在整個(gè)牽引供電系統(tǒng)防雷保護(hù)作用的 局限性 。接觸網(wǎng)上安裝的避雷器保護(hù)范圍有限，只能防止其保護(hù)范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)絕緣閃絡(luò)、機(jī)車車頂保護(hù)電器動作，接觸網(wǎng)用氧化鋅避雷器大都采用帶串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)，其復(fù)合絕緣子長度短 。 污穢條件下的工頻電壓耐受能力低可能會增加污閃事故率，如大密集安裝避雷器則每年的預(yù)防試驗(yàn) 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 和維修工作量極大，維修費(fèi)用也將大大增加牽引變電所饋線側(cè)設(shè)有避雷裝置且設(shè)有自動重合閘裝置，即使雷擊造成饋線斷路器跳閘， 1～ 2s 后自動重合閘可恢復(fù)供電 。 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。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)。在接觸網(wǎng)上安裝避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路及其具體情況，充分 分析安裝避雷器的利弊，綜合考慮，適量安裝。 客運(yùn)專線接觸網(wǎng)防雷建議 客運(yùn)專線接觸網(wǎng)系統(tǒng)的防雷應(yīng)使其具有良好的防雷性能是電氣化鐵道安全運(yùn)營的基本條件之一，在工程實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)雷電活動情況，結(jié)合運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)因地制宜，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，為保證客運(yùn)專線運(yùn)行的高可靠性、達(dá)到牽引供電系統(tǒng)少維護(hù)的目的目前，在我國重雷區(qū)的客運(yùn)專線接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)中，己經(jīng)考慮采用架設(shè)避雷線或大量裝設(shè)避雷器的方案，但牽引供電系統(tǒng)的防雷與牽引供電系統(tǒng)的接地乃至鐵路工程的綜合接地系統(tǒng)間有著密不可分的關(guān)系，它屬于系統(tǒng)工程。在吸收國外高速鐵路設(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)。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 結(jié) 論 本論文主要針對鐵路 接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施 進(jìn)行論述。 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。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)。在接觸網(wǎng)上安裝避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路及其具體情況，充分分析安裝避雷器的利弊，綜合考慮，適量安裝。 綜上所述，建議在高雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)，接觸網(wǎng)在下列地點(diǎn)應(yīng)采用氧化鋅避雷器防護(hù)：分相和站場端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)，長度 2021m及以上隧道的兩端，長度大于 200m 的供電線或自耦變壓器供電線連接到接觸網(wǎng)上的接線處，對于峽谷等落雷概率大的工點(diǎn)、土壤電阻率高且降低難度大的區(qū)段應(yīng)重視防雷方案設(shè)計(jì)，強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)設(shè)置避雷線在 kV電纜的接頭及電纜終端處設(shè)置氧化鋅避雷器， 切實(shí)作好避雷器和避雷線的接地，保障避雷設(shè)施正常運(yùn)行。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 致 謝 幾易其稿，終于完成了論文的撰寫工作。在撰寫論文的最后階段，時(shí)常想起幾年來指導(dǎo)、幫助、關(guān)心和愛護(hù)我的老師、同學(xué)、親人和朋友，近三年的學(xué)習(xí)和論文研究也傾注了他們的心血，唯有向他們表示深深的謝意，才能表達(dá)我的感恩之心。 特別要感謝的是我的指導(dǎo)老師 — XXX 教授，感謝他在課程學(xué)習(xí)階段和論文選題、撰寫、修改過程中，所給予的耐心指導(dǎo)與親切關(guān)懷。他淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、科學(xué)的工作方法和嚴(yán)于律己、寬以待人的品格將使我受益終生！ 轉(zhuǎn)眼間，在大學(xué)的學(xué)習(xí)、 生活就過去了，三年間給我留下了太多的美好回憶，優(yōu)秀的老師和熱心的同學(xué)，美麗的校園環(huán)境和積極奮進(jìn)的學(xué)習(xí)氣氛更是讓我對學(xué)校充滿了無限的感激！ 最后，特別感謝我的家人，為了讓我能夠順利完成研究生學(xué)業(yè)，他們的不斷鼓勵與支持，使我總是充滿信心，他們的期望和理解是我不斷前行的動力。 對于本文中所引用資料的眾多作者們，在此一并表示感謝。要感謝的人很多，總擔(dān)心有所遺漏，感謝所有幫助和關(guān)心我的人。 時(shí)光匆匆，我將永遠(yuǎn)懷戀這段充滿希冀、惆悵、充實(shí)和奮進(jìn)的人生旅程！ 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 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 防科技大學(xué)出社 .2021. 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