高速铁路接触网防雷研究--黄家俊
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高速铁路牵引供电接触网防雷技术研究摘要:在社会经济快速发展的背景下,人们日渐增强的物质需求促使着整个社会生产力及生产需求正在发生改变。
自人们第一次乘坐铁路列车以来,其出行已经无法离开铁路,牵引供电接触网的雷电保护对高速铁路的运行十分重要。
本文通过分析雷电对铁路列出的危害,对牵引供电接触网防雷技术进行了研究,有利于高速铁路的良好发展。
关键词:高速铁路;牵引供电;接触网;防雷技术我国高速铁路牵引供电接触网防雷技术在发展过程中仍然存在着问题,尤其是雷电防护工程应用技术亟待完善。
为了对人们的出行安全进行保证,充分满足人们对出行舒适度的要求,提升我国高速铁路的国际竞争实力,应该重点研究高速铁路牵引供电接触网防雷技术,在提升防雷水平的基础上,确保高速铁路的安全稳定运行。
基于此,本文深入研究了高速铁路牵引供电接触网防雷技术,对高速铁路的发展具有重要意义。
1雷电对铁路列车造成的危害在高速铁路运行过程中,如果牵引供电系统被雷电击中,列出会因为断电而停止运行,从而发生铁路列出事故,威胁乘客的人身安全,甚至会产生较大的经济损失。
铁路运输中由于雷电而造成的列车事故还历历在目,印象最深刻的“7.23”甬台温特大铁路交通事故,从开始到结束只是短短的7分钟,受雷击达到了上百次。
通过专家分析该次事故,其根本原因是当时牵引供电系统的电力荷载无法满足列车的运行需求,从而导致了单相接地系统的跳闸,此外,当时铁路沿线有很多高架桥,增加了雷击概率,严重破坏绝缘子,在短时间内跳闸大爆发。
如果牵引供电系统雷击防护管理不到位,会导致绝缘子击穿爆炸,重点铁路运输,给铁路带来安全风险及经济损失[1]。
由此可见,雷电防护在铁路运输中是非常重要的,有利于铁路列车的安全运行。
2高速铁路牵引供电接触网防雷技术2.1接触网安装现阶段,高速铁路通常采用AT供电方式,即自耦变压器供电方式,PW线位于AF线的线面。
在该种安装方式下,可以采用电气几何模型及先导发展模型对接触网直接落雷闪络概率进行计算,其条件为:自然产生的雷电通常是负极性,直击雷的过电压也是负极性,将绝缘子U50%作为计算过程中的闪络数据,设定雷暴日为20天或40天,在这两种情况下进行计算。
分析高速铁路牵引供电接触网雷电防护发布时间:2022-01-05T08:03:32.715Z 来源:《中国科技人才》2021年第23期作者:白涌力[导读] 近年来,随着我国铁路行业的飞速发展,人们对于铁路的安全性也提出了更高的要求,而牵引供电系统对于铁路的安全性更是具有直接的影响。
中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特供电段内蒙古呼和浩特市 010000摘要:近年来,随着我国铁路行业的飞速发展,人们对于铁路的安全性也提出了更高的要求,而牵引供电系统对于铁路的安全性更是具有直接的影响。
因此,在高速铁路中,使牵引供电接触网雷电防护得到强化显得尤为重要。
本课题首先分析了高速铁路牵引供电接触网雷电防护存在的缺陷,进而对高速铁路牵引供电接触网雷电防护改进措施进行了探讨与研究。
关键词:铁路;牵引供电接触网;雷电防护;优化措施1铁路牵引供电系统防雷体系相关理论概述1.1防雷体系概念铁路牵引供电设备主要包括变电设备、接触网设备以及远动系统设备。
其中,变电设备主要包括变电所、开闭所以及分区所三种。
铁路牵引供电设备的作用是确保不间断行车可靠性供电,也就是说,铁路牵引供电能力只有在与线路运输能力相匹配时,方能满足列车密度、运行速度以及重量的具体要求。
现阶段,尽管我国变电所的防雷技术已经相对比较完善,但在安装避雷装置方面,却仅在一些关键部位进行了安装,如隧道口两端以及线路变电所的入口等。
铁路一般常用高架桥的方式跨越谷地或者河流。
而高架桥上的接触网支柱却均是通过桥墩内部的钢筋结构接地等,也就是说,在此种情况下,接地电阻存在一定的不合格,进而出现绝缘闪络。
由此可见,避雷设施还应安装在高架桥的两端。
1.2防雷体系的重要性铁路牵引供电系统一旦被雷击中,不仅会中断列车供电,还会影响列车的正常运行,更会导致列车安全事故的发生,严重者将会导致人员伤亡和经济损失。
例如,在铁路运输的历史发展进程中,由于雷击原因造成的列车事故数不胜数。
在这些事故中,7.23甬台温特大铁路事故的发生仅历时7min,其雷击次数就高达近百次。
铁路牵引供电接触网避雷线雷电防护分析摘要:近些年来,我国进入了现代化社会经济快速发展的新时期,随着铁路行业的发展,人们的出行方式随着我国铁路事业的发展出现了相应的变化。
铁路的时效性与牵引供电的可靠性直接相关,只有牵引供电系统的稳定运行,才能够降低铁路接触网停电故障的发生。
铁路运行中雷电对接触网停电影响的发生较为常见,需要铁路牵引供电系统加强防护,降低雷雨天气对接触网停电事故的发生概率,本文对接触网雷电防护中避雷线的使用优化措施进行了探讨。
关键词:高速铁路;牵引供电;接触网;雷电;防护前言:我国铁路行业的发展中,铁路牵引供电防雷技术对铁路的安全发展起着关键的作用,铁路行业工作人员始终保持对牵引供电系统防雷技术的研究和探索。
雷击安全事故好发于铁路运行中,当铁路牵引供电系统中接触网缺少避雷线的情况下,雷击次数呈现出翻倍增长的趋势,接触网支柱在雷雨天气容易形成尖端放电,从而引发感应电压造成铁路停电事故的发生,需要加强对接触网防雷的研究和应用。
一、接触网受到雷击方式的分析和计算以近些年来接触网遭受雷击分析和计算结果为根据,当接触网所在地区的年平均雷电日较多时,那么接触网被雷击的频率也相对较大。
高架桥上接触网的侧面限界为大限界,最新铁路验收标准中最小限界不小于3.1m,,以接触线导高6m,结构高度1.4m,承力索与轨面的距离H为7.4m。
单线铁路接触网遭受雷击次数为:N=0.122xTdx1.3,复线铁路接触网遭受雷击次数为:N=0.244xTdx1.3,在公式中为年平均雷电日数。
当接触网遭受雷击时,接触网形成过电压,电流沿着接触网支柱或接地引下线引入大地。
过电压值和多项参数相关,其中包括支柱的本身电阻、接地极接地电阻、引下线材质、雷电流幅值等,关系呈非线性正比。
另外,冲击过电压与感应电压之间相互叠加,当接地电阻升高时,叠加值也就相对越大,从而引起击穿或闪络的雷电流幅值跟随接地电阻增大而增加,绝缘子击穿或闪络概率也随之发生变化,因此接触网的接地需要采用小电阻方式进行接地,接地电阻应严格按照最新牵引供电验收标准执行。
高速铁路接触网防雷接地研究发表时间:2018-10-01T12:22:54.843Z 来源:《基层建设》2018年第25期作者:林正新1 侯苏玲2[导读] 摘要:我国高速铁路发展迅速,自提出高铁发展战略以来,中国已成为世界高速铁路里程最长的国家。
1温州防雷安全检测有限公司浙江温州 325000;2苍南县气象局浙江温州 325800摘要:我国高速铁路发展迅速,自提出高铁发展战略以来,中国已成为世界高速铁路里程最长的国家。
同时,我国高速铁路技术也排名世界前列。
高速铁路的快速发展,使得高铁的安全性、稳定性以及可靠性受到社会各领域的极大关注。
接触网是保障高铁正常运行的重要组成部分,在高速铁路发展中扮演着不可或缺的角色。
接触网作为供电系统中重要的组成部分,其常年都裸露在自然的环境中,这样就会在一定程度上影响接触网的运行性能,从而就会导致电气设备出现故障。
而我国的高速铁路跨度较大且雷电活动较为集中。
因此文章重点就高速铁路接触网防雷接地展开相关探究。
关键词:高速铁路;接触网;防雷接地;研究作为供电系统的重要组成部分,接触网裸露在自然环境中,大部分容易损坏,同时容易引起站内电气设备出现故障,而且缺少后备的支持。
而且在缺少防护措施或者措施不当的前提下,经过雷击的侵入容易发生绝缘子损坏,采用大气过电压防护措施不仅影响电气化铁道运营,而且还会通过接触网出现线路跳闸等情况,传入变电所。
按照国家高压配合等级规定,额定电压设置绝缘配合接触网。
我国高速铁路地理区域集中且跨度大,雷电活动较为集中东部沿海区域和南部区域,设在高架桥上,耐雷的水平大于雷电流输变电设备的绝缘以及普通电气化铁路上和收集雷击的宽度不断加大,接触网的防雷收集进行了系统设计和综合的防护,雷击的概率增大使得绝缘配置的方面出现了绝缘水平高于普通铁路标准建设的情况,接触网的防雷设计避免了线路投运后病害问题频发。
一旦出现雷击,高铁接触网的对地高度就会起作用,实现运输安全目标。
浅谈高速铁路接触网防雷措施及建议发布时间:2021-05-25T07:59:01.546Z 来源:《新型城镇化》2021年3期作者:孙逸[导读] 因此对我国高速铁路接触网进行防雷措施整治是极为必要的,接下来进行具体叙述。
中国铁路上海局集团有限公司南京供电段江苏南京 210000摘要:高速铁路接触网部分是牵引供电系统运行的关键,并且在当下阶段由于我国地理区域跨度的限制使得接触网并没有备用系统,因此对接触网进行防雷击设置就显得尤为重要。
本文旨在通过对国内外高速铁路接触网防雷设计进行系统探究,并提出相应的改善建议,以期为相关行业从业人员的实践活动提供理论借鉴。
关键词:高速铁路;接触网系统;防雷设计;措施及建议在我国高速铁路接触网的建设过程中,由于相关自然条件的限制使得接触网大部分都需要裸露在自然环境之中并且缺乏相应的替换装置。
另外接触网运行过程中的大气过电压防护措施,更加提升了接触网的雷击概率。
因雷击防护措施缺乏而造成高速铁路事故数不胜数,并且也对铁路站点内了相应电气设备造成不可逆的损害。
因此对我国高速铁路接触网进行防雷措施整治是极为必要的,接下来进行具体叙述。
1.国内外高速铁路接触网防雷措施概述1.1国外高速铁路接触网防雷措施日本由于其特殊的地理自然条件,就通过设置防雷等级区域的方法来对高速铁路接触网进行系统维护,一般都分为 A、B、C 三个区域。
其中 A 区域指的是雷击现象严重且较为重要的线路部分,一般情况下这一区域需要设置全面雷击防护。
通过在接触网上空架设避雷线、加设隔离开关或者设置相应架空地线终端避雷器等方式进行雷击防护。
B 区域指的是相对来说雷击现象比较严重且线路相对重要的地区,这一部分主要通过在牵引变电所出口设置隔离开关、架设接触网隔离开关等方式来进行雷击防护。
除 A、B 区域之外的 C 区域一般指的是雷击状况发生危害较小的区域,在该区域一般通过隔离开关避雷器的设置来进行接触网的雷击防护。
高铁接触网的防雷措施探究发布时间:2022-07-15T07:13:03.970Z 来源:《工程建设标准化》2022年37卷5期作者:刘银[导读] 随着社会主义市场经济的发达和社会生产力水平的提升刘银中电建成都铁塔有限公司四川省成都市 610213【摘要】随着社会主义市场经济的发达和社会生产力水平的提升,中国的交通运输日益便捷,高铁的基础建设也日益完善,高铁接触网对防雷技术的需求也愈来愈高,目的就是保障高速铁路运营的安全。
高速铁路接触网的防雷要降低雷电对高速铁路接触网结构的破坏力,以维护好高速铁路接触网结构。
所以,本篇文章主要针对高速铁路接触网的防雷问题展开研究分析,并给出高速铁路接触网防雷的对策,期望给有关人员提出参考意见,以有效维护中国高铁的运营安全。
【关键词】高铁接触网;防雷;措施探究引言:由于科学技术的不断发展,高速铁路正逐步在世界各地运用,给民众的日常生活以及国家的经济发展都产生了重要的影响,而牵引系统的关键构件—接触网对于高速铁路的安全运营也有举足轻重的意义。
它没有备用系统,一旦接触网线路发生雷击,或者防雷措施不够齐全,都有可能完成电路跳闸,影响高铁无法正常行驶。
因此,必须要深入研究高铁接触网受雷电影响的危害,并且加强防雷装置建设,以提高高铁运营的安全性。
1 铁路接触网防雷意义雷击可分为几种不同的交通雷,铁路网路雷是交通路段中最危险的交通设施,雷击的发生可能性非常高。
为了进一步不断改善整个铁路引线接触网工程可信度,必须为整个铁路接触网工程提供一套安全科学的铁路引线上下线、接闪器和铁路接地防护设施,利用良好的铁路雷击防护措施可以进行安全防范。
在这个区间时段内,每年铁路接触网上遭受到铁路雷电轰劈的电击次数和与这些铁路接触网同时所处的国际铁路上的电击雷都会如是息息相关的。
不仅可能破坏了列车相关安全防护网,还可能严重影响了旅客列车的正常运行,还有甚至可能对人造成严重财产损失甚至严重人员伤亡。
高速铁路接触网雷害及防护对策相关探究摘要:为了满足社会经济的发展和人们的出行需求,我国不断加大对高速铁路工程的建设,这是社会经济发展的必然趋势。
在近几年来,我国各地区不断出现雷击事件,造成一定的经济损失和社会影响,如果高速铁路接触网发生雷害事件的话,由于其不存在备用系统,且区域跨度大,很容易造成大范围的停运现象,因此加强对高速铁路接触网的雷害防护实施是十分必要的,具有重要的经济效益和社会效益。
本文主要从高速铁路接触网雷害特点、当前高速铁路接触网雷害防护现状以及高速铁路接触网雷害防护的有效对策三个方面对高速铁路接触网雷害防护做出了详细的分析和研究,这对提高接触网雷害防护水平,减少雷害事件的发生具有一定的参考价值。
关键词:高速铁路;接触网;雷害;防护对策;在牵引供电系统中,接触网是其重要的组成部分,接触网中的大部分是直接裸露在大气环境当中的,而且也不具备后备能力,因此就需要加强对大气过电压防护措施的应用。
如果防护不当的话,就会造成线路跳闸、绝缘子闪络等问题,对整个线路的正常运营产生影响。
另外在雷害过程中所形成的侵入波还会借助接触网对牵引变电所造成损害,扩大事故影响范围。
一、高速铁路接触网雷害特点对于供电设备受到雷害影响来说,主要集中反映在牵引变电所保护装置上,高速铁路接触网由于受到自身独特性的影响,所受到的雷害也具有一定的特点。
(一)季节性特点通过分析和总结高速铁路接触网发生雷害的情况可以得出,雷害发生具有明显的季节性特征,发生次数最多的是每年的8月份,高发期一般在每年的5-9月份[1]。
(二)地域性特点高速铁路接触网发生雷害现象也表现出较大的地域差异。
雷害现象较为显著的主要集中在北京、上海、广州、南宁、南昌等地,在这些地区所发生的雷害事件与气象部分所分布的强雷区和高雷区的规律基本上具有一致性。
(三)高速铁路接触网发生雷害的机率更大一是对于同一地区的高速铁路和普通线路相比较来说,高速铁路接触网发生雷害的次数更多。
浅析高速铁路接触网防雷技术摘要我国的高速电气化铁路有着很大的弊端和不足,其地理区域之间的跨度是非常大的,没有设置相应的备用系统。
当运行中的供电系统遭遇雷击的时候,可能会造成永久性的故障,使得供电区段停运。
避雷线的架设是有一定的条件要求,并且铁路部门已经进行了明确的规定,只有处在强雷区的接触网才架设避雷线,其他区段则不架设避雷线。
我国的绝大多数的高速电气化铁路网都处在多雷的区域中,而且接触网没有架设避雷线。
在这种情况之下,接触网是非常容易遭受到雷击,会对高速铁路的安全供电造成严重的威胁。
要为我国的高速铁路接触网的正常运行提供重要的保障,需要不断提高其安全性和可靠性,这对人们的生命安全和财产安全提供了重要的保证。
本文阐述了我国高速铁路接触网防雷设计的概况,并且提出了相应的完善高速铁路接触网防雷设计的措施和手段。
关键词高速铁路;接触网;防雷设计在牵引供电系统中,接触网占据着重要的位置,是其重要的组成部分,发挥着不容小视的作用。
一般的情况下,接触网都暴露在外部环境中,其后备能力是非常不足的,所以,要实现对其有效的维护和应用,就需要采取多种措施和手段,可以对大气过电压防护措施进行充分的应用[1]。
因为高速铁路的接触网都是裸露在外面的,同时高速铁路接触网也没有采取有效的防护措施,很多的时候都会对绝缘子有很大的伤害,使其作用得不到有效的发挥,很容易出现线路跳闸的问题,对于电气化铁路安全运营是非常不利的。
同时,当遭受到雷击的时候,也会出现侵入波过电压的问题,对相关人员的生命安全和设备的安全构成了严重的威胁,很容易发生安全事故。
1 国内高速铁路接触网防雷设计概况当下,我们国家的高速铁路有着几方面的特征,其地理区域跨度是比较大的,同时没有安装相应的备用系统,在此基础上,遭受到雷击的时候,非常有可能形成永久性故障,导致供电区段停运。
要对我国的高速铁路接触网进行有效的保护,提高其利用的效率,就需要从提高其可靠性和安全性方面入手,采取有效的措施在这两个方面进行完善。
高速铁路牵引供电接触网雷电防护策略探讨摘要:随着我国社会的快速发展,中国铁路起到的作用也越来越大。
目前,我国铁路是人们主要的出行方式之一。
但是也是因为我国铁路的数量越来越多,高速铁路线路高架桥路段比例大。
同时,这些铁路线路相对来说在雷电活动比较强烈地区比较密集,所以出现牵引供电接触网雷击的现象比较多,这样也就是说我们必须研究相应的对策来解决这个问题。
此次,本文简单说明了高速铁路接触网雷害主要特点以及高速铁路接触网雷电防护技术现状,当然,最终要的是提出了高速铁路接触网雷电防护对策。
关键词:高速铁路;牵引供电;接触网;雷电防护随着我国经济的飞速发展,各行各业的发展也越来越快。
当然,交通运输行业也不例外,尤其是在我国人口众多的情况下,高速铁路已经成为人们出行的重要途径之一。
近年来,我国高速铁路的运营里程越来越远,说明人们的出现会越来越方便。
但是,高速铁路的运行的安全性还存在着一定的问题。
要想确保高速铁路的安全以及稳定,保证牵引供电系统接触网雷电防护性能是十分重要的。
只有确保该系统的稳定运行,才可以保障我国高速铁路的运行,确保乘客的安全。
这样工作人员就需要了解导致高速铁路牵引供电系统出现故障的因素,而雷击故障就是其中之一。
一、高速铁路接触网雷害的主要特点雷云对地放电受到气象、地质和地形等众多自然因素影响,雷电活动的频繁程度也因地域而异。
供电线路雷击跳闸主要分为2种形式:一种是雷直击线路引起的,称为直击雷过电压;另一种是雷击线路附近地面,由于电磁感应引起的,称为感应雷过电压。
雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值称为耐雷水平,高于耐雷水平的雷电流击于线路击穿接触网绝缘,造成绝缘损坏或击穿闪络放电,引起牵引变电所保护动作跳闸。
通常情况下,直击雷主要从承力索、正馈线以及保护线3个位置进行入侵、破坏,导致腕臂绝缘子、悬式绝缘子都可能出现闪络现象。
接触网F线或T线遭受雷击时,耐雷水平低于4kA,90%以上的雷击都会导致接触网绝缘闪络。
高速铁路接触网落雷特性及防雷技术的研究摘要:文章就高速铁路接触网的落雷特性进行了介绍,描述了电网输电线路的防雷措施,参照提出了接触网可采取的防雷措施并结合具体工程实例进行了分析探讨。
关键词:高速铁路;接触网;落雷特性;防雷技术引言接触网是露天设置,无备用且绝缘水平低,在雷击过后极易受到过电压的影响而发生跳闸和闪络故障。
对于接触线等线状设备来说,遭受雷击后在严重情况下会出现断线、塌网等危及行车的严重事故;对线路的其他设备造成备损害,导致非正常工作,干扰了电气化铁路的正常运行。
因此做好高速铁路的防雷工作具有重大的意义。
一、高速铁路接触网落雷特性高速铁路接触网设备具有线路长、露天高空布置、高电压等特点,在雷雨天气情况下易遭受雷电侵害。
供电线路雷击跳闸主要分为两种形式:一种是雷直击线路引起的,称为直击雷过电压;另一种是雷击线路附近地面,由于电磁感应所引起的,称为感应雷过电压。
关于铁路接触网的防雷,铁道部、科技部于2009年向国家申请了科技支撑计划项目“牵引供电系统雷电防护技术及装置研究”,期间中国电力科学研究院进行了大量的理论研究和模拟实验,其主要研究结论为接触网在无特殊防雷措施的情况下,遭雷击闪络,跳闸的主要原因为直击雷。
根据接触网高度的不同及雷暴日的差异,直击雷造成的跳闸占总的雷击跳闸概率的95%-98%,而感应雷造成的占总数的2%-5%。
目前已建或者在建高速铁路主要以高架桥为主,因此高速铁路的接触网防雷因主要考虑防护直击雷。
受到直接雷击时,巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差,从而导致线路绝缘闪络,使线路绝缘遭受破坏而引起跳闸或事故。
雷击不但危害线路本身的安全,而且雷电会沿导线迅速传播到变电所,若所内防护措施不良,会造成所内设备的严重损坏。
二、高速铁路接触网防雷技术参考电力部门的主要防雷措施,并结合高速铁路实际情况,采取防雷保护措施为:(1)安装架空避雷线根据《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009-2016)“高速铁路雷暴日不小于40d地区的接触网宜架设避雷线或回流线/保护线适当抬高兼起防雷功能,其他铁路年均雷暴日超过60天的接触网应设避雷线或回流线/保护线适当抬高兼起防雷功能”的设计要求,设计院在符合雷区条件的新建铁路接触网工程设计了避雷线,如九景衢铁路增设的避雷线为50镀锌钢绞线(YB/T5004-2016) ,最大张力推荐采用5kN。
高速铁路接触网防雷研究韶关西客专抢修车间黄家俊摘要:研究目的:我国客运专线建设速度加快,所经地区地理、气象、气候条件差别较大,情况复杂,如果接触网不设避雷线,易遭受雷击引起损坏。
为保证接触网运行的高可靠性,在分析德国、日本接触网防雷措施的基础上,结合我国电气化铁道现状,提出广深线接触网系统防雷的改建建议。
通过分析和理论计算,对客运专线接触网系统防雷进行研究。
研究结论:针对电气化铁道部分线路遭受雷击较频繁的现状,对广深线接触网遭受雷击跳闸进行了统计分析,建议广深线全线架设架空地线,架空地线采用柱顶方式安装。
在强雷区应设置避雷线,对客运专线应切实做好避雷器和避雷线的接地,保障避雷设施正常运行。
关键词:客运专线;接触网系统;防雷接触网是牵引供电系统的重要组成部分,绝大部分裸露于自然环境中且没有备份,需要采用必要的大气过电压防护措施。
如果缺少防护措施或措施不当,可能引起绝缘子损坏、造成线路跳闸,直接影响电气化铁道运营。
同时雷击产生的侵入波过电压通过接触网传人牵引变电所,可能引起所内电气设备的损坏造成更大的事故。
我国地域广大,因雷击导致人员伤亡、设备损坏的事故屡见不鲜。
根据牵引供电系统运营部门统计数据分析,目前开通的3.2万公里电气化铁道中部分线路雷击事故比较频繁,所以应重视接触网的防雷设计,以运输安全为目标,以系统优化、综合防护、防雷减灾的原则进行接触网防雷设计。
1 国外高速铁路防雷设计概况1.1德国铁路防雷现状德国铁路经实际测量表明,欧洲中部地区每100 km接触网在1年的时间内可能遭受1次雷电冲击。
雷电对接触网的直接冲击会导致雷电冲击过电压,其在设计中考虑过采用过电压保护装置限制雷电过电压,一般应用避雷器。
同时他们也认为避雷器只能对过电压进行有限的保护,一般只用于有频繁雷电存在的地段,在其它区段,无论是从经济方面还是防护效益方面一般不考虑设置防雷装置,这也是我们在欧洲的电气化铁道中很少见到接触网避雷装置的原因。
1.2 日本铁路防雷现状日本由于其特殊的地理条件和气象条件,在电气化铁道接触网设计中,根据雷击频度及线路重要程度,将国土的防雷等级划分为A、B、C区域并规定了相应的防雷措施:A级区的雷害严重且线路重要,需要进行全面防雷保护,全线接触网架设架空避雷线,同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器;B级区雷害比较严重且线路重要,对部分特别需要的场所沿接触网架设架空避雷线,同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处、架空地线终端设置避雷器; C级区一般在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头或连接处设置避雷器。
2 国内接触网防雷设计概况我国电气化铁道接触网防雷设计主要依据《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009--2005)和《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》(铁建设[2007]39号)的相关规定。
根据雷电日的数量分为4个等级的区域:年平均雷电日在20天及以下地区为少雷区,年平均雷电日在20天以上、40天及以下地区为多雷区,年平均雷电日在40天以上、60天及以下地区为高雷区,年平均雷电日在60天以上地区为强雷区。
接触网的防雷措施主要是安装避雷器和架设架空避雷线,同时做好必要的接地。
具体规定为:(1)吸流变压器的原边应设避雷装置;(2)高雷及强雷区下列位置设避雷装置:分相和站场端部的绝缘关节、长度2000 m及以上隧道的两端、长度大于200m的供电线或AF线连接到接触网上的连接处;(3)强雷区设置独立避雷线,保护角为0-450。
3 客运专线接触网防雷研究接触网遭受雷击的频度与线路所处地区的年平均雷电日数有关。
一般来说年平均雷电日数增大则每平方公里大地1年的雷击次数也随之变大,根据国际大电网会议33委员会推荐计算:接触网侧面限界为3 m,承力索距轨面平均高度为7 m,则单线接触网遭受雷击次数N=0.122×Td×1.3,复线接触网遭受雷击次数N=O.244×Td× 1.3,Td为年平均雷电日数。
雷击接触网主要产生过电压。
当雷击接触网支柱时,雷电流沿支柱人地并在支柱上产生冲击过电压,该值与支柱的冲击接地电阻和雷电流幅值及支柱等值电感相关(为非线性的正比),同时雷电通道产生的电磁场迅速变化,在线路上产生与雷电流极性相反的感应电压,该值与接触网导线高度、雷电流平均值成正比。
冲击过电压和感应过电压的叠加值随着接触网支柱的接地电阻升高而升高,即引起闪络的雷电流幅值和绝缘子闪络概率随接触网支柱的接地电阻而增加。
当雷击接触网支柱时,雷电流沿支柱入地,在接触网支柱上产生的冲击电压为:式中R——支柱冲击接地电阻,取R=10Ω;。
雷击接触网线材时接触网上产生过电压,如该值达到接触网支持绝缘子的冲击放电电压时形成绝缘子闪络,雷电流经支柱、接地线、钢轨等人地,过电压随之降低。
3.1雷电流的概率分布雷电中有多个带电中心,且有90%的雷电为负极性,其余为正极性。
一般情况下,一次雷击有多次放电,持续时间约为0.1~0.2 s。
雷电流幅值及其累积概率分布DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定:雷电流幅值的概率:(1)除下(2)所述地区以外的我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按式(2)求得:LgP=-I/88 (2)式中P-雷电流幅值概率;I—雷电流幅值(kA)。
(2)陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区(这类地区的平均年雷暴日数一般在20 d及以下)雷电流幅值较小,可由式(3)求得:lgP=一I/44 (3)3.2接触网遭受雷击过电压的分析接触网雷击包括直接雷台,雷电反击和感应雷击过电压等。
3.2.1直接雷雷击接触网承力索产生直击雷过电压同样与雷电流幅值成正比,即雷击过电压约为100倍的电流幅值,雷击承力索将产生几百到几千kV过电压。
3.2.2雷电反击过电压雷击支柱顶部产生接触网雷电反击过电压,其中不仅有雷电流通过支柱,而且在支柱顶产生电位,同时空气中迅速变化的电磁场还在导线上产生感应电压。
按图l表示客运专线典型接触网支柱悬挂方式,根据DL/T 620--1997(交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》计算方法,计算耐雷电反击过电压水平。
3.2.3感应雷击距接触网有限远>S>65 m处,雷击对地放电时,在接触网上产生的过电压与雷电流幅值成正比,其比值为3.84。
3.2.4接触网耐雷击水平计算(1)雷击支柱时耐雷击水平当承力索平均高度h。
=7 m,平腕臂对地高度h,=7.6 m,支柱高度h。
=8.0 m,支柱冲击=22.67 kA。
接地电阻R=10 Ω,L。
=0.84×7.56UH时,I1根据式(2)可计算出雷电流超过,的概率P=55.3%。
(2)雷击承力索时耐雷击水平=350/100=3.5(kA)12(3)建弧率nn=(4.5E0.75—14)×10-2=[4.5×(25/0.5)0.75—14]=0.71式中E-绝缘子串的平均运行电压(有效值)梯度,kV/m。
(4)跳闸率:(以年平均雷暴日60天计算)平原地区Nt=N×n(GPl+JP2)=25×0.71×(1/4×0.553+3/4×0.912)=(14.6次/100 km·年)通过以上计算可知,在平原地区每100 km的电气化铁道线路,每年由于承力索遭受雷击引起跳闸的次数约为15次,这给客运专线的安全运行带来了隐患。
3.3广深线接触网遭受雷击跳闸统计分析及防雷建议3.3.1现场实例从运营部门统计数据分析,广深线双线139.461 km,仅2000年1一12月问共发生雷击接触网跳闸45次,其中广深线平湖牵引变电所雷击跳闸占事故总跳闸的比例高达57.7%。
3.3.2跳闸分析(1)回流线安装高度过低。
在设计中,一般回流线架设高度在上下腕臂底座之问,比承力索架设高度低,且回流线接地每隔l一2 km一处,接地电阻为10 Ω,其只能起到架设耦合地线的防雷作用。
(2)当支柱或架空地线遭受雷击时,雷击过电压将首先击穿附加线间架与混凝土的保护层,经支柱向大地泄露。
(3)广深线架设避雷器太少,造成雷击跳闸率过高。
3.3.3广深线防雷建议(1)全线架设架空地线。
架空地线采用柱顶方式安装,距平腕臂2 m,保护角采用200~300,安装示意图如图2所示。
架空地线问架与接地引线连接,接地线与支柱钢筋相连,通过支柱底部接地孔接地,保证雷击过电压及时通过接地引下线泄漏至大地中,从而有效防止直击雷。
每条公里架设避雷线增加投资约2万元。
虽然增加部分投资,但是对于电气化铁道的安全有着至关重要的作用。
(2)增加接地数量和降低接地电阻。
(3)适当增设避雷器。
4 避雷器设置的分析对于一般高雷区通常采用局部关键点设置避雷装置进行接触网防雷。
在有雷击发生时,只要避雷器的冲击放电电压小于接触网绝缘子的冲击放电电压就会动作以避免变电所馈线断路器跳闸。
同时,由于避雷器动作后吸收了雷电能量,绝缘子、支柱的等值阻抗上受到的冲击电压仅为避雷器的残压,提高了接触网的耐雷电冲击水平。
接触网用避雷器应体积小、重量轻、结构简单、安装方便,其保护水平应与接触网的绝缘水平配合良好,特别是带间隙避雷器的50%冲击放电电压与接触网绝缘子的放电特性一致,且正、负极性的分散性要小;其保护距离应尽可能大;其密封性、防爆性、耐污性、可靠性要求较高,不同于一般设置在变电所内的避雷器。
目前接触网常用的避雷器为带脱离器的氧化锌避雷器,系统标称电压的有效值为27.5 kV,额定电压有效值为42 kV,持续运行电压有效值为34 kV,陡波冲击电流残压为138 kV,雷电冲击电流残压为120 kV,操作冲击电流残压为98 kV。
虽然设置避雷器对提高接触网的防雷击水平有一定作用,但必须认识到接触网安装避雷器的不足之处和其在整个牵引供电系统防雷保护作用的局限性。
接触网上安装的避雷器保护范围有限,只能防止其保护范围内的接触网绝缘闪络、机车车顶保护电器动作;接触网用氧化锌避雷器大都采用带串联间隙的结构,其复合绝缘子长度短,污秽条件下的工频电压耐受能力低可能会增加污闪事故率;如大密集安装避雷器则每年的预防试验和维修工作量极大,维修费用也将大大增加;牵引变电所馈线侧设有避雷装置且设有自动重合闸装置,即使雷击造成馈线断路器跳闸,1—2 s后自动重合闸可恢复供电。
综上所述,接触网上安装避雷器的保护距离和发挥的作用有限,只能作为牵引供电系统防雷技术措施的一种补充。
防雷与线路所在地形、气象条件密切相关,不同的地域差异较大,同一地域中线路经过的不同地形也有一定差别,因此应在防雷设计时充分考虑这些因素;同时也应清楚认识到,由于雷击发生的时间和地点以及雷击强度的随机性,对雷击的防范难度很大,要达到阻止和完全避免雷击事故的发生是不可能的,只能将雷电灾害降低到最低限度,大大减小被保护的接触网和牵引变电设备遭受雷击损害的风险。