客运专线的雷害分析及防雷措施汇总.docx

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客运专线的雷害分析及防雷措施汇总

呼和浩特职业学院毕业论文（设计）

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题目：

客运专线的雷害分析及防雷措施

专业：

电气化铁达技术

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摘要

铁路高速发展，使得接触网作为来担负电力机车的供电设备具有着十分重要的作用，接触网位于电气化线路走向的最上方，因此接触网极易遭受雷击的影响而引起设备的损坏。

接触网是电气化铁道系统必不可少的主要设施之一，但是接触网没有备用线路，发生任何事故，都将中断铁道运营。

接触网线路长，穿越山陵旷野，遭受雷电袭击的机率非常大。

我国地域广大，因雷击造成人员伤亡、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26万多千米电气化铁道中部分雷击事故比较频繁，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的防雷设计。

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，接触网没有避雷线，接触网上装有少量的避雷器，其工作接地直接接在钢轨上，或接入轨道电路的轭流变压器线圈中点。

这样的简单方式对防止雷电过电压是不够的。

如果接触网不设避雷线，很容易遭受雷击引起损坏。

因此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。

本文根据国内接触网的防雷现状和防雷措施的具体实施，分析并计算出了是否要采用避雷线，接触网遭受雷击的过程也是它过电压情况、耐雷水平的反馈，针对电气化铁道中部分线路遭受雷击较频繁的现状对接触网遭受雷击跳闸进行了系统地分析。

并在相关的文献资料中找出接触网遭受雷击后，接触网架能否达到避雷的效果，为了电气化铁路的接触网全线架设避雷线的防雷作用提供了有利依据。

保证铁路电网的安全运行，减少雷击损失。

关键词：

接触网；雷害分析；防雷；措施

目录

摘要2

关键词：

接触网；雷害分析；防雷；措施目录2

目录3

引言4

正文5

1电气化铁道概述5

1.1电气化铁路接触网的概述5

1.2铁路供电方式6

1．3接触网供电6

1．4接触悬挂7

1.4.1支持装置7

1.4.2定位装置7

1.4.3支柱与基础7

1．6避雷器的作用8

2国内接触网防雷设计概况9

3避雷器设置的分析9

4客运专线接触网防雷措施10

5客运专线接触网防雷建议11

结论12

参考文献13

结束语14

引言

铁路是我国的主要交通干线，规划近期将建成铁道总里程80000km，其中电气化铁道20000km,占全国铁路营业总里程的24%，但电气化铁路承担运量占我国铁路总运量的1/3以上。

截至2015年底，高铁与其他铁路共同构成的快速客运网可基本覆盖50万以上人口城市。

“四纵四横”高铁主骨架基本建成，在区际运输中发挥着重要作用。

在客货运输方面，国家铁路完成旅客发送量25亿人，连续三年实现10%的增长。

 接触网是电气化铁道系统必不可少的主要设施之一，从目前我国的电气化铁路的开通情况来看，一部分的线路雷击事故还是较为频繁的，雷害导致的跳闸也是其中的一个重要因素。

随着我国铁道运营里程的快速发展，重载以及高速铁路的迅猛发展，从而减少因接触网发生雷击故障而造成的事故发生，它具有重要的理论意义与工程应用价值。

例如：

广州东至深圳段，全线80km（139正线公里，730条公里），1998年8月28日正式开通运营后，当年雷电活动仅剩的个月内就多次发生雷击闪路、跳闸，接触网的钢筋混凝土支柱数十根发生电烧伤，支柱上小块混凝土炸裂，沿线电务信号设备多处发生击穿、烧损，严重地威胁到了铁路行车装备的安全。

所以，必须对接触网的防雷保护状况给予高度重视，目的是减少雷电对接触网的危害，保证铁路电网安全运行。

2004年4月18日，全国铁路迎来第五次大提速，如果不能很好的保证铁路电网的防雷安全，也就不能保证铁路交通的顺畅，提速也就无意义了。

接触网雷害分析及防雷措施是否得当对电气化铁路有一定的影响，希望通过对此课题的研究自己能对这方面的知识有更深层次的了解。

正文

1电气化铁道概述

中国的电气化铁路采用了目前国际上普遍使用的先进的25kV单相工频交流制。

其优点为：

牵引供电系统的结构简单，牵引变电所损耗小、间距大、数目少，机车粘着性能和牵引性能良好，大大降低了建设投资和运营费用。

1.1电气化铁路接触网的概述

在铁路运输中，目前存在着三种主要牵引动力:

蒸汽机车牵引、内燃机车牵引和电力机车牵引。

采用电力机车牵引列车运行的铁路称为电气化铁路。

它和蒸汽、内燃机车牵引的铁路相比，增加了一套牵引供电系统，是电气化铁路设备上的主要特点，牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两大部分。

接触网是电气化铁路中主要供电装置之一，是沿铁路线上空架设，其功用是通过它与电力机车受电弓直接接触将电能传送给电力机车的一种特殊形式的输电线路，是一种无备用的户外供电装置，经常受冰、雨、雪、风等恶劣气候条件的影响，一旦损坏将中断行车，给铁路运输生产带来损失。

所以，对接触网在设计方面和日常维护方面提出以下基本要求：

1、接触悬挂应弹性均匀，高度一致，在高速行车和恶劣气候条件下，能保证正常取流。

2、结构应力求简单，并保证在施工和运营检修方面具有充分的可靠性和灵活性。

3、寿命应尽量长，具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力。

4、应注意节约有色金属及其他贵重材料，以降低成本。

5、在日常维护时，按标准化作业程序，坚持标准化作业，严格按照设备M技术标准检修，严禁凭经验、臆测行事。

6、按铁道部《接触网安全工作规程》、《接触网运行检修规程》中的巡视周期、检修周期，定期进行巡视检修。

对开展停电作业的，若"天窗"不能兑现，应按其检修周期进行测量，发现影响行车的设备，立即报段生产调度和供电调度，要点检修。

在检修前，应做好临时安全措施并做好记录。

1.2铁路供电方式

直接供电方式最简单、投资少、运营和维护方便，但是其供电能力有限，且对临近通讯线路的干扰最严重。

为保留直接供电方式的优点克服其不足，人们在其结构上增设与轨道并联的架空回流线，发展出带回流线的直接供电方式。

带回流线的直接供电方式一定程度上改善了对临近通讯线路的屏蔽效果，使得牵引网阻抗和轨道电位都有所降低，但是其供电能力并没有本质的提高。

BT供电方式是为了减少直接供电方式对周围通讯线路的干扰而提出来的一种供电方式，通过在接触网中串联吸流变压器（BT），将在钢轨中回流的电流吸上到回流线中流通来减少对通讯的干扰。

BT供电方式需要在接触网中增设开口以串联吸流变压器，从而将使得牵引网阻抗增加、牵引网电压损失和电能损失增大;同时，由于开口使得接触网产生电分段绝缘间隙，不利于线路的高速运行。

此种供电方式主要在日本和我国早期的牵引网中有应用，新修的线路很少应用。

AT供电方式是在牵引网中增设正馈线和并联自耦变压器，将牵引供电电压提高一倍，从而使得牵引网的载流能力大大增加，同时减少对通信线路干扰的一种供电方式。

AT供电方式不仅是电气化铁路减轻对通信线路的干扰影响的有效措施之一，而且对牵引供电系统有较好的技术经济指标措施，己被许多发展电气化铁路的国家研究和采用。

在日本，AT供电方式成为国家标准牵引供电方式[4l，我国北京一秦皇岛、大同一秦皇岛、郑州一武昌等电气化铁路，也采用了AT供电方式。

1．3接触网供电

接触网供电是向电力机车供电的特殊输电线路。

接触网上的额定电压：

为25kv，由于较长距离的供电，在输电电线路和接触网中产生的电压和电能损耗，使接触网未端电压降低。

为了使接触网未端不低于电力机车的最低工作电压，牵引变电所馈出母线上的额走电压为27．5kV。

接触网的供电方式：

1>单边供电

2>双边供电

3>越区供电

1．4接触悬挂

接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。

接触悬挂应满足以下要求：

（1）接触悬挂的弹性应尽量均匀。

（2）接触线对轨面的高度应尽量相等。

（3）接触悬挂在受电弓压力及风力作用下应有良好的稳定性。

（4）接触悬挂的结构及零部件应力求轻巧简单，做到标准化。

（5）另外，要结合国情尽量节省有色金属及钢材，降低造价。

1.4.1支持装置

支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。

支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。

1.4.2定位装置

定位装置包括定位管和定位器。

功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。

1.4.3支柱与基础

支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。

1.5接触网的地线

触网的接地是指通过接地线而接于牵引轨。

由接地线（接地体）及接地部件组成的接地设备，称为接地装置。

接地装置（包括接地线和接地体）均应有可靠的电气连接。

接地导线要连接到距离最近的或接到抗流变压器线圈的中心端子上，而在单轨轨道回路区段上，应直接连接到牵引轨上。

在通常情况下，支柱的接地装置应加设击穿电压不大于800V的火花间隙。

在正常情况下，火花间隙可保证支柱与钢轨之间的绝缘，使绝缘子因老化等原因形成的泄漏电流不能直接泄向轨道。

一旦火花间隙上出现高电压（如绝缘子闪络），间隙击穿，就把支柱和牵引轨接通，以使保护动作，进而保护电气设备。

自动闭塞区段的轨道回路为双轨道回路时，单线区间内的腕臂支柱在每个闭塞区间范围内应连到同一钢轨上；在复线区段上，腕臂支柱要连接到最近的钢轨上。

采用软横跨或硬横跨时仅需要其中的一根支柱连到钢轨上。

在电气化铁路上，轨道被用做第二导线。

轨道回路的电阻是由轨道电阻和接头过渡电阻两部分组成。

如果轨道回路电阻较大，就会增加轨道内的电压降，并造成杂散电流增加。

因此，在正常的轨道接头间要设连接线。

1．地线的作用

接触网地线是起保护作用，地线将接触网设备中非常带电的金属部分于钢轨连接起来，当绝缘子发生击穿，闪络或因老化而严重漏电时，变电所保护装置回立即反映事故状态，迅速切断电路。

2.地线的按设及要求

根据供电设计规范的规定：

接地装置可接钢轨，在采用轨道电路的区段，接地装置可采用集中接地或单独接地；直接接至扼流变压器线圈中点或串接火花间隙后接至钢轨。

目前大部分地线是通过火花间隙接钢轨，以免对信号轨道电路发生干扰。

1．6避雷器的作用

防雷器的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一种电器。

防雷器的类型主要有保护间隙、阀型防雷器和氧化锌防雷器。

保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。

阀型防雷器与氧化锌防雷器用于变电所和发电厂的保护，在500KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。

接触网工作的额定电压为25kV但在某种情况下会出现大大超过25kV的电压，称为过电压。

过电压分为操作过电压和大气过电压。

大气过电压是指在接触网附近，发生雷击时使接触网产生的过电压。

这种峰值很高的过电压会使绝缘子闪络、击穿而发生短路事故，造成接触网设备损坏，当安装了避雷器后，它能及时地将雷电引入大地。

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20d及以下地区为少雷区，年平均雷电日在20d以上，40d及以下地区为多雷区，年平均雷电日在40d以上、60d及以下地区为高雷区，年平均雷电日在60d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2，000m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0～45。

3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、安装方便萁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。

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。

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，1～2s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。

在接触网上安装避雷器时，应根据线路及其具体情况，充分分析安装避雷器的利弊，综合考虑，适量安装。

4客运专线接触网防雷措施

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3m，承力索距轨面平均高度为7m，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=0.244×Td×1.3，Td为年平均雷电日数。

雷击接触网王要产生过电压。

当雷击接触网支柱时，雷电流沿支柱入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于闪络概率随接触网支柱的接地电阻而增加。

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、钢轨等入地，过电压随之降低。

5客运专线接触网防雷建议

客运专线接触网系统的防雷应使其具有良好的防雷性能是电气化铁道安全运营的基本条件之一，在工程实践中应根据雷电活动情况，结合运营经验因地制宜，采取相应的防护措施，为保证客运专线运行的高可靠性、达到牵引供电系统少维护的目的目前，在我国重雷区的客运专线接触网防雷设计中，己经考虑采用架设避雷线或大量装设避雷器的方案，但牵引供电系统的防雷与牵引供电系统的接地乃至铁路工程的综合接地系统间有着密不可分的关系，它属于系统工程。

在吸收国外高速铁路设计标准和成熟经验的同时，应组织有关部门进行理论研究及综合试验。

结论

本论文主要针对铁路接触网雷害分析及防雷措施进行论述。

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。

在接触网上安装避雷器时，应根据线路及其具体情况，充分分析安装避雷器的利弊，综合考虑，适量安装。

综上所述，建议在高雷区、强雷区，接触网在下列地点应采用氧化锌避雷器防护：

分相和站场端部的绝缘锚段关节，长度2000m及以上隧道的两端，长度大于200m的供电线或自耦变压器供电线连接到接触网上的接线处，对于峡谷等落雷概率大的工点、土壤电阻率高且降低难度大的区段应重视防雷方案设计，强雷区应设置避雷线在27.5kV电缆的接头及电缆终端处设置氧化锌避雷器，切实作好避雷器和避雷线的接地，保障避雷设施正常运行

参考文献

[1]段睿智.接触网与电子设施防雷技术[C].上海：

国防科技大学出社.2008.

[2]千万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都西南交通大学出版社，2002

[3]千万聚.接触网设计及检；则原理[M].北京冲国铁道出版社2000

[4]吉鹏霄.接触网[M]北京.化学工业出版社，2009

[5]段睿智.铁路站场雷电防护的分析.湖南：

国防科技大学出社,2004.

[6]田宏萍.张家栋.避雷针新技术的研究[J].内燃机车.2000

[7]何新贵.接触网防雷技术.北京:

国防工业出版社.1999

[8]铁路建设[2007]139号铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定

结束语

本论文主要针对铁路接触网雷害分析及防雷措施进行论述。

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。

在接触网上安装避雷器时，应根据线路及其具体情况，充分分析安装避雷器的利弊，综合考虑，适量安装。