以實例談高鐵接觸網避雷措施的意見前言電氣化鐵路接觸網沿鐵路線露天架設，使其成為易受雷擊傷害的設備。我國高速鐵路多位于田野、郊區(qū)，高架橋梁多，其接觸網更易受到雷擊的侵害。由于接觸網絕緣子耐壓強度遠低于雷電壓，即使大量安裝避雷器，也不能避免感應雷電壓對接觸網的影響，即使按照電力系統(tǒng)110kV及以上線路全線架設避雷線，也不能防止直擊雷災害。接觸網遭受雷電壓后，一般表現為跳閘、重合閘、合閘成功。此時，接觸網一般都能正常運用。由于難以確定雷擊是否造成了接觸網斷線、塌網等災害，在高速鐵路運營中，一般需要首列動車組限速運行，以避免高速運行動車組引起大面積接觸網損壞情況的發(fā)生。以下就我國高鐵接觸網雷擊情況進行總結，并對加強高速鐵路接觸網防雷措施進行探討。鐵路設計規(guī)范對高鐵接觸網避雷器設計的要求2.1按照《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規(guī)定》(鐵建設〔2007〕39號)第4.3.9條規(guī)定，在高雷區(qū)、強雷區(qū)，接觸網在下列地點應采用氧化鋅避雷器防護：分相和站場端部的絕緣錨段關節(jié)、長度2000m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上的接線處。2.2按照《鐵路電力牽引供電設計規(guī)范》(TB10009-2005)第5.3.1條規(guī)定，根據雷電日及運營經驗，按下列原則對接觸網進行過電壓保護：吸流變壓器的原邊應設避雷裝置；重雷區(qū)及超重雷區(qū)在重點位置應設避雷裝置，如分相和站場端部的絕緣錨段關節(jié)，長度2000m及以上隧道的兩端，供電線、正饋線上網點。按照《高速鐵路設計規(guī)范(試行)》(TB10621-2009)的規(guī)定，重污染或重雷區(qū)以及高路基、高架橋、隧道口等重點地段的接觸網應增設氧化鋅避雷器。國外鐵路防雷德國鐵路實際測量表明，歐洲中部地區(qū)每100km接觸網在一年的時間內可能遭受1次雷電沖擊。雷電對接觸網的直接沖擊會導致雷電沖擊過電壓，其在設計中考慮過采用過電壓保護裝置限制雷電過電壓，一般應用避雷器。同時他們也認為，避雷器只能對過電壓進行有限的保護，一般只用于有頻繁雷電存在的地段。在其它區(qū)段，無論是從經濟方面，還是從防護效益方面考慮，一般不設置防雷設置。這是在歐洲電氣化鐵路中很少見到接觸網避雷裝置的原因。日本由于其特殊的地理條件和氣象條件，在電氣化鐵道接觸網設計中，根據雷擊頻度及線路重要程度，將國土的防雷等級劃分為A、B、C區(qū)域，并規(guī)定了相應的防雷措施。A級區(qū)的雷害嚴重且線路重要，需要進行全面防雷保護，全線接觸網架設架空避雷線，同時在牽引變電所出口、接觸網隔離開關、電纜接頭或連接處、架空地線終端設置避雷器。B級區(qū)雷害比較嚴重且線路重要，對部分特別需要的場所沿接觸網架設架空避雷線，同時在牽引變電所出口、接觸網隔離開關、電纜接頭或連接處、架空地線終端設置避雷器。除A、B級以外的區(qū)域為C級區(qū)，一般在牽引變電所出口、接觸網隔離開關、電纜接頭或連接處設置避雷器。鄭西高鐵接觸網的避雷器設計根據鄭西高鐵設計，在供電線上網處、長度2000m及以上橋梁兩端、長大隧道、高架站房、封頂式雨棚站區(qū)的兩端設置避雷器。鄭西高鐵處于多雷區(qū)，沿線所有接觸網隔離開關（含隧道兩端隔離開關）均安裝有避雷裝置，全線共計設置接觸網避雷器454臺。鄭西高鐵雷擊跳閘情況按照跳閘時有雷電活動和現場證實絕緣子有閃絡痕跡進行統(tǒng)計。2010年2月6日至2011年9月2日，鄭西高鐵共計發(fā)生接觸網跳閘41件。其中，因雷擊跳閘12件，占跳閘總數的29.3%。按雷擊閃絡部位，正饋線懸吊絕緣子8次，占雷擊跳閘的66.7%，腕臂絕緣子2次，正饋線下錨有機絕緣子1次，承力索下錨有機絕緣子1次。每次雷擊跳閘均重合成功，具體情況為：5.1正饋線懸吊絕緣子8次，詳見表1。5.2斜腕臂絕緣子雷擊閃絡2次，詳見表2。5.3正饋線下錨硅橡膠絕緣子閃絡1次。2011年7月15日鞏義南變電所211、212DL跳閘（滎-鞏1070#）,參見圖1。5.4承力索下錨硅橡膠絕緣子閃絡1次。2011年8月25日，西寨變電所211#、212#饋線跳閘（澠池南-三門峽南區(qū)間下行1077#）,參見圖2。鄭西高鐵接觸網雷害情況分析6.1鄭西高鐵避雷器設計情況。鄭西高鐵在每臺接觸網隔離開關處均設置了避雷器,滿足了設計規(guī)范接觸網設置避雷器的要求。6.2避雷器防雷效果分析。自2010年2月6日鄭西高鐵開通以來,確認雷擊造成接觸網跳閘12件，其中500m范圍內安裝有避雷器的4處，500—1000m范圍內安裝有避雷器的5處，超過1000m范圍安裝避雷器的3處。其中，2011年8月25日，澠—三區(qū)間1077#承力索下錨有機絕緣子遭雷擊，離其最近的1075#支柱（相距約50m）設有1臺避雷器。避雷器防雷效果應進一步深入探討。6.3雷擊原因分析。鄭西高鐵為新建線路，沿線多位于周圍沒有高大建筑物的處所，接觸網設備為最高點，易受雷擊。部分區(qū)段正饋線絕緣子干弧距離短，僅有320mm。在保證絕緣泄露距離1400mm的情況下，裙邊直徑增大，裙邊距離相應縮短，雷害時容易形成裙邊擊穿放電，造成閃絡。實踐還表明，即使結構高度大的絕緣子，仍有雷擊閃絡現象發(fā)生。6.4與德國對比。根據相關資料，德國接觸網的測量數據表明，德國鐵路一年中每100km長的線路可能遭受一次雷電沖擊。鄭州局管內的鄭西高鐵長為357km（863條公里），運行一年，雷擊次數為12次。國內其他主要高鐵接觸網雷擊情況7.1西安局管內鄭西高鐵。西安局管內鄭西高鐵2010年共發(fā)生雷擊跳閘共計11次，占跳閘總數（12次）的91.67%。雷擊造成正饋線絕緣子閃絡或擊穿8處，其中絕緣子雷擊折斷1次。截至2011年8月底，鄭西高鐵發(fā)生雷擊跳閘共計1次，占跳閘總數（8次）的12.5%（正饋線于3月17日退出運行）。7.2上海局管內高鐵。2011年1至8月份，上海局管內高鐵因雷雨天氣引發(fā)接觸網跳閘276件。其中，京滬高鐵155件，滬寧城際54件，滬杭高鐵24件，杭深線26件，合寧線9件，合武線8件。因雷擊更換京滬高鐵支持絕緣子28處、懸式絕緣子4處，滬寧城際棒瓷絕緣子6處，杭深線棒瓷絕緣子2處、懸式絕緣子4處，合寧線棒瓷絕緣子1處、懸式絕緣子2處，合武線棒瓷絕緣子1處。7.3廣州局管內高鐵。自2009年12月26日武廣高鐵開通以來，截至2011年8月，廣鐵集團管內3條高鐵線路共發(fā)生跳閘354件。因雷擊引起或與雷擊相關的跳閘共計167件，占47.18%。其中：武廣高鐵共發(fā)生跳閘322件，含雷擊相關跳閘160件，雷擊跳閘占49.69%；廣珠城際共發(fā)生跳閘9件，雷擊相關跳閘7件，占77.78%。7.4北京局管內高鐵。京津城際開通以來，接觸網經常出現因雷擊負饋線問題引發(fā)的跳閘。其中，2008年因雷擊問題損壞負饋線絕緣子7處；2009年因雷擊問題損壞負饋線絕緣子19處；2010年因雷擊問題損壞負饋線絕緣子44處；截至2011年8月20日，因雷擊問題損壞負饋線絕緣子31處。7.5京滬高鐵。據電化院統(tǒng)計，京滬高鐵北京局管內7月份雷擊跳閘共計27次，濟南局管內6月25日?8月13日雷擊跳閘共計20次，上海局管內7月份雷擊跳閘共計53次，所有雷擊跳閘均重合成功，未對正常行車造成影響，但因雷擊造成了部分絕緣子損壞。據不完全統(tǒng)計，上述雷擊跳閘統(tǒng)計期間，北京局管內共更換絕緣子11只，濟南局管內共更換絕緣子21只，上海局管內共更換絕緣子7只。高鐵接觸網防雷措施的建議根據相關文獻，避雷器加密設置可以降低雷擊概率，但要徹底消除雷擊目前做不到。即使每根支柱安裝1臺避雷器，也僅比不裝避雷器雷擊概率降低一半。造成這一現象的根本原因是接觸網的絕緣水平相對較低。從《鐵路電力牽引供電設計規(guī)范》（TB10009-2005）可以看出，接觸網上避雷器的設置主要用于防止接觸網雷擊時對接觸網隔離開關、電力機車及牽引變電所等設備的損壞，該設計原則已在我國電氣化鐵路使用多年。因此，為做好高鐵接觸網防雷擊災害能力，減少對高鐵運輸安全的影響，在此特建議：8.1加強高鐵接觸網雷擊特點分析。鐵三院在高速鐵路《接觸網防雷專項評估報告》中結合我國高鐵實際，通過分析計算提出了在高雷區(qū)、強雷區(qū)的每一個錨段的中心錨結附近增設一臺避雷器，在多雷區(qū)、少雷區(qū)每隔一個錨段的錨段關節(jié)附近增設一臺避雷器，以降低感應雷電壓影響。根據本文6.2統(tǒng)計結果，即使500m范圍內有避雷器，仍有4次避雷器雷擊閃絡。因此，應加強雷害點周邊環(huán)境特點、鄰近避雷器設置動作情況和雷擊絕緣子受損情況分析，積累防雷經驗，進一步加強雷害特點和規(guī)律的認識。8.2提高高鐵接觸網抗雷擊災害能力?；诂F實，應加強接觸網絕緣配合和設備防雷措施的設計，即使遭受雷擊也不損壞供電設備。重點做好高鐵接觸網絕緣子性能研究，不斷改善絕緣子抗雷擊能力，即使雷擊閃絡，僅跳閘重合成功，而不造成絕緣子破壞性損壞。8.3完善應急處置預案。從鄭西高鐵雷害情況看，雖然雷擊跳閘均重合成功，但雷擊對接觸網還是有損傷的。隨著設備運行時間增加，雷害有可能引起斷線、塌網故障。因此建議：接觸網跳閘重合成功后，首列動車組仍應限速行駛。8.4加強在線運行避雷器的管理。一是積極探索和組織研制接觸網避雷器在線檢測設備。按照《高速鐵路接觸網運行檢修暫行規(guī)程》（鐵運〔2011〕10號）第69條規(guī)定，避雷器的維護、試驗應按產品說明書的要求進行。電科院東芝避雷器有限公司（廊坊）要求避雷器投運3-5年后，測量UlmA值，其值與投運前所測值相比，變化不大于土5%。測量0.75U1mA下的泄漏電流，其值不得大于30uA。但實際上，有些廠家常?；乇茉囼瀱栴}。因此，應明確避雷器的預防性試驗要求，防止避雷器自身故障的發(fā)生。為減少接觸網維護工作量，建議：研制推廣具有在線檢測裝置、免試驗的接觸網避雷器。二是規(guī)范避雷器的安裝方式。為防止避雷器運行中故障影響供電，脫離器必不可少。脫離器的安裝應做到即使避雷器故障，也不影響接觸網運行安全。推薦使用石武高鐵的安裝方式，見圖3。8.5加強全并聯(lián)AT供電方式對接觸網雷擊跳閘概率影響的研究。在雷電過電壓的作