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大秦线接触网防雷措施浅谈
作者：张清文
来源：《中国新通信》2015年第24期
【摘要】 本文对大秦线遭受雷击跳闸进行了探讨和分析，根据大秦线途径区域的地质及气象特点，借鉴最新研究成果，对大秦线接触网的防雷方案进行了初步探讨。 【关键词】 大秦线 接触网 雷电 防护措施 引言
1988年12月大秦铁路一期开通，1992年年底二期开通，全线开通后又经过多次供电能力扩能改造使年运量迅速提升，2014年大秦线全年完成运输任务4.5亿吨，行车密度很大，一旦发生接触网停电故障，就会打乱正常的行车秩序给行车组织造成很大干扰。而每年在雨季，雷击引发的接触网故障都会频繁发生，干扰了正常的运输秩序。
大秦铁路于1985年1月开工建设，由于设计及开工时间较早，很多部位没有达到规范的设计标准，自1988年12月28日开通以来，在规范中的重点位置及部分区间线路雷击故障频发，发生多起雷击烧伤设备故障，仅2013年4月至2015年8月就因雷击跳闸386次，烧伤支柱6根，悬式绝缘子破损86处，碗臂绝缘子破损23处，附加悬挂断线6次。因此如何降低接触网雷击跳闸频率加强接触网的雷害防护水平，提高大秦线牵引供电的可靠性，非常必要也极为迫切。
一、雷电对接触网的危害分析 1.1雷电流幅值计算方法
雷电是一种剧烈的大规模的放电现象，一般有多个带电中心，且大多数为负闪电，少数为正闪电，通常一次雷电持续时间大约是0.1～0.2秒并会发生3次左右的放电，最大电流一般出现在第一次放电过程中，正闪电一般比负闪电的电流大，其电流峰值往往在100kA以上。雷电流幅值及其累积概率分布在一般地区可按下式求得： tgP =I/88
式中：P——雷电流幅值概率； I——雷电流幅值，kA 1.2雷击接触网的频度
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按相关规定根据地区雷暴日的数量分为4个等级，其中年平均雷暴日大于20日小于40日的地区划为多雷区；年平均雷暴日大于40日小于60日的地区划为高雷区。接触网线路所在地区的年平均雷暴日数与其遭受雷击的可能性相关，通常单位面积大地1年的雷击次数随年平均雷暴日数增大而变大。
1.3大气过电压对接触网影响分析 1.3.1直击雷过电压
直击雷击中接触网悬挂在高处的导线，导线上会产生巨大的雷电流及过电压，直击雷的电流峰值可达几十到几百kA，电压峰值通常可达几百到几千kV过电压，释放出有很强破坏性的巨大能量。
1.3.2感应雷过电压
静电感应雷是架空线路导线或其他导电凸出物顶部在带电积云接近地面时感应出大量反极性束缚电荷引起的，产生出很高的感应电压，其电压幅值可达到几十到几百kV，这种类型的过电压对于接触网线路有较大的危害性。 1.3.3雷电反击过电压
雷电反击通常是闪络在金属体遭受直击雷后引导雷电流流入大地的过程中发生的。 1.4大秦线接触网遭受雷击跳闸分析
大秦线全长653km，其中大秦二期312km线路在2015年4月1日至2015年9月15日间，所经过地区在有雷雨天气的32个雷暴日里，发生雷击接触网后变电所馈线跳闸98次，其中重合闸失败中断供电15次，重合闸成功恢复送电83次。大秦二期各牵引变电所馈线因雷击引起的跳闸详见表1。
实际上，因雷击造成跳闸占总故障跳闸比例很高，如迁西变电所2015年4月1日至2015年9月15日期间共跳闸30次，其中发生在雷雨天馈线断路器跳闸24次，雷雨天跳闸比率高达77.42%。有时一次恶劣的雷雨天气造成变电所馈线断路器多次跳闸的同时，也会发生多起供电设备由于雷击损坏中断行车的故障。
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2014年8月7日在迁西境内一次剧烈的雷雨天气就发生了5起故障，中断行车96分钟，故障详情如表2所示，由此看来雷击接触网故障已经成为影响牵引供电可靠运行的重要因素。
二、大秦线接触网防雷保护措施探讨 2.1大秦线雷电活动分析
大秦线途径山西（大同）、河北（张家口、唐山、秦皇岛）、北京、天津等地区，所经地区雷电活动频度见表2。大秦线全长653km，其中年平均雷暴日在40～60天的线路约为260km占总线路长度39.81%，年平均雷暴日在20～40天的线路约为393km占总线路长度60.19%。大部分闪电高密度中心与铁矿区密切相关如所经过的张家口、唐山、秦皇岛地区，特别是大秦二期铁路基本沿燕山南麓由西向东修建，所处地域为燕山迎风坡，区域内铁矿区分布众多，是我国三大铁矿集中区之一并且是最大的，区域内降雨很充沛，森林植被覆盖率也很高，有多条河流，是雷电活动比较频繁的地区。大秦线途径地区雷电活动详见表3所示。