关于对高铁接触网防雷措施的分析研究.doc
《关于对高铁接触网防雷措施的分析研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于对高铁接触网防雷措施的分析研究.doc（56页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
中南大学怀化函授站电气工程及其自动化专业毕业论文
CENTRALSOUTHUNIVERSITY
毕业论文
论文题目关于对高铁接触网防雷措施的分析研究
学生姓名
学院中南大学成教学院
专业班级电气工程及其自动化
指导老师
完成时间2014.5.1
I
--
摘要
本论文主要对接触网雷害进行分析，重点是对高铁防雷措施进行阐述。
接触网是电气化铁道系统必不可少的主要设施之一，特点是没有备用线路，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大，容易受雷击导致电气设备损坏，尤其高铁设备大多都是在一些很空旷的场所单独建立一座高架桥，或者是位于高山、跨江大桥等地区，易受到雷击。
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。
电气化铁路以其牵引力大、速度快、能耗少、效率高、价格低、无污染等优点逐渐成为铁路运输的发展方向。
接触网作为电气化铁路的重要组成部分，没有后备能力，如果防雷措施采用不当，可能引起绝缘子损坏造成线路跳闸，影响电气化铁路运输秩序。
同时，雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所，可能引起所内电气设备损坏，造成更大的事故。
因此提高接触网的防雷性能、减少接触网雷击故障以提高电气化铁路运输安全和效率具有十分重要的意义。
据武广高铁一项数据表明，每年发生在高铁因雷击造成的跳闸都在30件以上，而且每次排查出来的结果基本都是腕臂瓷瓶、AF线悬挂瓷瓶、供电线支持瓷瓶等等，普速线接触网也存在同样的问题，但是相比高铁没有那么严重。
本文针对铁路电网结构及特点，研究雷电过电压及其保护措施，保证铁路电网的安全运行，减少雷击损失。
这不仅对铁路运输具有重要的经济意义，也对加快社会物质流动和经济建设步伐具有重要的意义，也是工程实际中需要研究解决的热门课题。
我国高铁建设速度加快，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，提出接触网系统防雷的改进建议。
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。
针对电气化铁道中部分线路遭受雷击较频繁的现状对武广高铁线接触网遭受雷击跳闸进行了统计分析，建议武广高铁线全线架设架空地线采用柱顶方式安装。
在强雷区应增设置避雷线，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：
接触网；雷害分析；防雷措施
目录
第一章绪论 1
1.1研究的意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3论文内容及安排 3
第二章接触网防雷理论知识介绍 1
2.1电气化铁路接触网防雷因素分析 1
2.3高速铁路接触网简介 9
2.4接触网的地线 11
第三章防雷技术与防雷设备 16
3.1避雷器技术介绍 16
3.1.2避雷器主要参数 17
3.2避雷器主要产品介绍 18
3.2.2高压电容器 19
3.2.3铝电解避雷器 20
3.2.4氧化锌避雷器 21
3.2.5管型避雷器 21
第四章接触网雷害分析研究 29
4.1接触网遭受雷击的分析
4.2接触网遭受雷击跳闸统计分析
4.3接触网雷击跳闸的危害
第五章结论与展望 35
5.1结论 35
5.2展望 36
结束语 39
参考文献 40
43
--
第一章绪论
1.1研究的意义
1.1.1目前铁路防雷现状
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。
在四大交通中，飞机造价太高，汽车运力不足，轮船受地理条件限制，因此，铁道必将是国民经济发展的先行，高速、重载电气化铁道是铁路运输发展的方向。
根据国家制定的战略发展规划，今后相当长的时期内将重点发展交通和能源。
接触网是电气化铁道系统必不可少的主要设施之一，特点是没有备用线路，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大，容易受雷击导致电气设备损坏。
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。
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，每年雷电活动仅有5个月就多次发生雷击闪络、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。
尤其高铁建设步伐不断加快，为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统。
到2020年，我国将建设客运专线1.6万公里以上，但高铁防雷目前仍是一个较为难以解决的问题。
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。
1.1.2高铁防雷研究设想
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。
电气化铁路接触网雷击事故亟待解决。
随着社会以及经济的不断发展，电气化铁路为我国国民经济的发展发挥着巨大的作用。
但是我国目前绝大部分，的接触网都裸露在自然环境中并且没有备用设备，由于接触网是牵引供电系统的重要组成部分因此对其采用必要的措施，通常采用大气过电保护措施。
由于我国地域辽阔、地形复杂并且雷电活动比较频繁剧烈，如果电气化铁路处于高、强雷地区接触网就会时常遭受到雷击，如果不对接触网进行防护或者防护措施不到位都会造成变电所跳闸、承力索被烧断以及接触网支柱被击毁等供电故障，不仅严重影响铁路的行车安全还给经济带来重大的损失，如果雷击产生的侵入波过电压传到牵引变电所，还有可能造成设备的损坏等更大的事故。
根据牵引供电系统运营部门的数据分析，出现事故比较频繁的是开通的3.2万公里的电气化铁道中部分线路，特别是沿海地区及高架桥上的电气化线路更是雷击事故多发区，因此研究有效的接触网防雷击措施对于预防雷击事件造成的损失有重大的意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外高速铁路防雷设计概况
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100Km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。
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（如表1.1）：
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，除A、B级以外的区域为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。
表1.1防雷等级划分为A、B、C区域划分表
区域划分
防雷措施
架空避雷线
避雷器设置位置
A区
雷害严重且重要线路，进行全面防雷保护
全线架设避雷线
牵引变电所出口接触网隔离开关两侧架空线与电缆连接处架空线终端
B区
雷害比较严重且重要的线路，对雷害场所、重点设备进行必要的防雷保护
特别需要的场所沿接触网架设避雷线
1、牵引变电所出口
2、接触网隔离开关两侧
3、架空线与电缆连接处
4、架空线终端
C区
A和B以外的区域
牵引变电所出口接触网隔离开关两侧架空线与电缆连接处
国际接触网防雷研究现状。
DOUGHALUZA的研究结果表明铁路传输系统特别容易遭受雷电袭击，造成信号、通信和电力系统设备的损坏。
并认为雷电主要通过造成地电位升高从而损坏电气设备，而且认为接地状态不良是造成地电位过度升高的主要因素；
瑞典NelsonTheethayi等人研究了在铁路架空牵引系统中在多导线传输系统中关于导线高度和失地对雷击相互作用的影响以及铁路感应雷对电力系统变压器的影响。
DevPaul主要研究在轻轨传输直流牵引供电系统过电压保护中选择避雷器参数的方法；
1.2.1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：
吸流变压器的原边应设避雷装置；
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。
强雷区设置独立避雷线，保护角为0～45。
香港Qi-Bin和Y.Du等人初步研究了电气化铁路直流牵引供电系统的雷电过电压；
何金良等人主要研究ZnO避雷器在交流铁路的应用，分析了避雷器的雷电冲击放电电流和避雷器吸收的冲击放电能量和避雷器的保护效果等；
铁道部科学研究院机辆所夏宝哲等研究了氧化锌避雷器的应用；
铁一院刘长利等研究了高速铁路长大隧道内接触网安全防御措施；
中铁电化集团于增针对几条电气化铁路的接触网设计，对雷电机理、耐雷水平等进行分析；
1.3论文内容及安排
1.3.1论文内容
研究如何采取架空避雷线的方式提高高铁防雷性能。
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。
（1）重点介绍了接触网防雷研究意义，通过查阅大量文献资料，初步掌握接触网防雷设计方法，对目前国内外所采用的避雷器技术进
升级会员 