电气化铁路接触网防雷技术及措施浅析
摘要：雷电在电气化铁路接触网设备运行危害严重，极易造成设备损坏绝缘破坏引发跳闸甚至中断供电故障，本文在对雷电机理、形成原因及分类研究的基础上，针对防止雷害的主要因素制定预防对策和技术措施，对电气化铁路的防雷探索和现场实施具有指导意义。
关键词：电气化铁路;防雷;措施;接触网
一、概述
电气化铁路在运输系统中逐渐承担起明显重要的作用，但接触网设备周边环境的变化和日常极端恶劣天气不断增多，接触网设备因雷击引发跳闸故障日渐频繁，给供电设备的安全运行埋下隐患。如何防治雷击引发的闪络造成接触网设备跳闸成为电气化铁路发展的重要部分之一。本文着重从雷电机理、形成原因进行分类研究的基础上，结合管内电气化接触网雷害故障的实际情况，针对防止雷害的主要因素预防对策和技术措施进行研究。
二、雷电产生的起源和过程
根据统计在我们生活的地球整体范围内，雷电生成的频率十分可观，随时地球上都约有两千多个地点正遭受雷暴，每秒钟地球就有上百次雷电，众所周知我们生活的地球是大电容体，空气中的水滴(或冰晶、雹粒等)在地球的大气电场中形成感应电荷，下端为正电荷、上端为负电荷，与大气中上升的负离子的电荷中和，使水滴带负电，形成雷(雨)云起电后的电荷分布。雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。
三、雷电表现的方式和分类
雷电的形式分为枝状闪电、带状闪电、叉状闪电、片状闪电、球状闪电、联珠状闪电。
按空间位置分类。云闪：云内闪电和云际闪电(两片云之间)。地闪：俗称落地雷，是日常防雷主要研究对象。
接触网雷击主要分为直击雷击、感应雷击两种形式。直接雷击：雷云直接对接触网供电设备放电。感应雷击：雷云通过静电感应或电磁感应在接触网附近的支撑装置、接触悬挂、附加导线上产生感应电压。
四、接触网雷击具体案例
在我国电气化铁路接触网设备由于雷击造成的跳闸可达到30%-60%，而高速电气化铁路比率更高。高铁线路地处空旷地带，多采用高架桥方式，线路两侧高大建筑物少，因此对于雷电来讲目标比较突出。在强对流、雷暴天气高铁接触网受雷击跳闸情况比较突出。根据统计，仅2014年我国全路34条电气化铁路就发生设备雷击跳闸就达到1214件，尤其是处于山区、桥梁等地形环境复杂的'地区，雷击引发的跳闸故障率更高。
以管内开通的某高速铁路线路为例，此高速铁路长413.363km，全线正线采用AT供电方式，联络线、动车走行线采用直接供电方式。自2014年7月1日开通以来，共发生26起雷击引起设备损坏的事故。占故障总跳闸的比例达57.7%。
其中典型案例有：
4.1 区间对向下锚正馈线烧伤(图1)
4.2 正馈线对向下锚处绝缘子闪络(图2)
4.3区间对向下锚处正馈线对绝缘子放电(图3)
五、接触网雷击特点分析
5.1 按接触网雷击部位来看
从雷击接触网设备部位分类统计来看，对接触网附加线、支撑装置的平腕臂、斜腕臂绝缘子、站场软横跨承力索端部绝缘子、接触悬挂下锚绝缘子、避雷器等均发生过雷击闪络击穿，其中尤其是正馈线和斜腕臂绝缘子可占到雷击闪络的50%以上。
5.2 接触网结构方面分析
区间正馈线的安装高度在距离轨面10.3m处，其下方2m才是接触悬挂，在雷电面前正馈线相当于为接触悬挂起到了防护作用，雷击比例大大增加。站场软横跨横承力索端部绝缘子基本在13―15m的位置处，处于最高的地方，也成为了雷击的首要对象。
5.3 从雷害后果分析
①接触网绝缘子破碎、损伤。接触网防污式绝缘子的雷电冲击耐受电压水平悬式绝缘子为300kV、棒式绝缘子为270kV，但该绝缘水平只表现于新线建成的较短时间内。由于接触网安装高度低，周围污染因素多，随着运营时间的增长，绝缘子污染严重和老化导致绝缘水平不断降低，这也是接触网遭雷击后绝缘子常被击穿的主要原因。
②承力索断线、接触线烧损。无论直击或绕击，最终结果都是在接触网线索上形成超高过电压，由于不能及时泄流时就会烧损线索。
③支柱顶帽裂损、肩架金具因电流烧损等。由于支柱高于接触网其它部分，所以更容易成为雷击首要部位，造成设备损坏。
④避雷器击穿等。由于避雷器的接地条件多样，而铁路接地随着运行时间增长条件恶劣，部分接地锈蚀严重加上铁路沿线地质环境因素，使得接地电阻较大，无法达到设计要求。感应雷击造成过电压后，避雷器的最大残压值大幅提高，可能会造成绝缘子闪络及击穿。
六、防雷现状情况分析
6.1目前电力系统防雷策略及其技术对策
中国电力网采用的防治雷害措施是以对雷电加强监测为指导，电力系统构建雷电监测研究平台，实现了对雷电发生情况的实时监控。同时采取差异化的防雷手段，从而实现大力减少雷击的目的。电力系统输电线路防雷目标是提高线路的耐雷特性，降低线路的雷击跳闸率。电力系统在研究确定线路防雷方式时，综合考虑系统的运行方式、线路的电压等级、重要程度、线路经过地区的雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率高低等自然条件，根据技术经济比较的结果，采取合理的保护措施。
6.2 国内接触网防雷情况
接触网防雷装置主要由接闪器或避雷器、引下线和接地装置组成。
①接触网线路防雷的接闪器通常为避雷线方式。架设避雷线的目的是为了利用避雷线的屏蔽作用，保护下方的设备不受直接雷击，并和良好的接地装置配合，将雷电流迅速泄入大地，降低雷击引起的过电压。
②装设避雷器方式。路内接触网设备防雷均采用避雷器的方式，《铁路电力牵引供电设计规范》规定接触网避雷器的安装位置在：分相和站场端部绝缘锚段关节;长度2000m及以上的隧道的两端;较长供电线或AF线连接到接触网上的接线处;强雷区应架设独立的避雷线，接地电阻值10Ω。