牵引供电系统雷电防护体系的建设研究
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作者:张增红
摘 要：科学技术的日益进步，推动了我国交通运输行业的发展，尤其是牵引供电系统的应用，更是标志着我国铁路运输业已经迈入了崭新的阶段。牵引供电系统作为高铁的重要系统，确保其长时间处于稳定运行的状态至关重要。本文通过对牵引供电系统雷电防护体系的建设进行研究，并提出合理的建议，希望对保护牵引供电系统有所帮助。
关键词：牵引供电系统;雷电防护;体系
对于铁路运输业来说，最为关键的无疑是安全和可靠。如果牵引供电系统无法正常运行，则会使列车面临安全威胁，无法保证其运行的稳定和安全性。而雷击作为导致牵引供电系统故障的主要因素，必须要引起相关人员的关注，尤其是我国南方一些地区，雷雨天气较多，如果不重视雷电防护体系的构建，极有可能对列车的正常运行造成影响。因此，对牵引供电系统雷电防护体系建设进行研究，其意义十分重大。
一、国内外牵引供电系统雷电防护体系
（一）国外牵引供电系统雷电防护体系
国外对于供电系统防雷体系的特点，各自具有不同的侧重点。例如：日本所设计的防雷体系，按照雷电发生次数，划分雷电防护等级，针对不同等级的区域，采取差异化的防雷措施。[1]而德国由于雷雨天气较少，因此德国在设计防雷体系时，不会对直击雷进行考虑，仅利用避雷针进行雷电防护。究其原因，主要是德国雷电强度不高，利用合闸的方式即可有效防护雷击。由此可见，对于一些雷电次数较少的区域，则不需要发展复杂的防雷体系，而对于雷电次数频繁，则要设计复杂且防雷效果好的体系，日本的防雷体系可以成为我国建设防雷体系的借鉴对象。
（二）我国牵引供电系统雷电防护体系
我国牵引供电系统与国内外存在较大的差别，其主要组成部分为变电所和牵引网，虽然我国目前的雷电防护体系，已经相对成熟，但是依然存在不足之处，例如：缺少对直击雷的防护、线路上没有安装避雷装置等，这些缺陷的存在，致使我国牵引供电系统雷电防护体系的应用效果受到限制。
二、牵引供电系统雷电防护体系建设存在的不足
无法对直击雷进行防护。现阶段部分铁路牵引供电系统防护体系，对于直击雷的防护力度较弱，在整个防雷体系中，仅在几个关键设备处放置了避雷针。而直击雷攻击牵引供电系统的类型分为以下几种：一是雷电直击正馈线，促使悬式绝缘子发生闪络;二是承力索受到雷击，则会导致腕臂绝缘子发生闪络;三是保护线遭受雷击，上述两类绝缘子均有可能在这种形式的攻击下出现闪络。
缺少对冲击接地电阻的考虑。高锰钢是构建铁路的主要材料，钢轨具有以下方面的特点：一是泄漏电阻大;二是列车牵引电流大。这些特点的存在，加大了轨道维护人员的工作危险，同时也加快了绝缘老化的速度，对牵引供电系统的稳定运行产生不利影响。[2]而现阶段，解决上述问题的主要措施为采取综合接地方式。但是防雷效果并不显著，如果列车遭受到雷击，会造成大部分电流传至地下，致使接地电阻瞬间增加，继而导致绝缘子发生闪络。
对不同地区雷击防护要求考虑不周。我国地大物博，幅员辽阔，地形条件多种多样，列车在运行过程中可能会经过山地和平原等地区，而这些地区对应的雷电和土壤参数存在较大的差异，一般情况下，列车的路线都在1000公里以上，要经过参数不同的雷电和土壤范围，由于不同参数的雷电，对于牵引供电系统造成的损害存在差別，因此，在构建系统防雷体系时应进行综合考虑，但现实情况却是防雷体系在设计过程中，这种差异性并未得到有效的体现，现有牵引系统防雷体系并不完善，无法对雷电进行全面的防护。
三、牵引供电系统雷电防护体系建设的措施
（一）加强对承力索和正馈线的雷击防护力度
从实际情况来看，我国铁路牵引供电系统雷电防护体系，对于直击雷的防护相对欠缺，致使直击雷成为了威胁列车安全运行的最大因素，因此加强对直击雷的防护具有重要的意义。首先，国家需要出台相关规定，要求各级铁路部门根据电力系统110KV线路的雷电防护措施，对牵引供电系统雷电防护体系进行完善。比如：利用提升保护线、避雷针和回流线等装置，提高雷电防护强度。[3]据查阅相关资料得知，我国部分路段已经通过架设专用避雷针和提高回流线温度等方式，强化雷电防护体系的性能，并取得了显著的效果。
（二）雷击保护线和避雷线过电压保护
为了进一步强化牵引供电系统雷电防护体系的性能，可以采用升高保护线的方式，对回馈线和承力索进行保护。在安装避雷线之后，会改变正馈线和接触网防护雷电的方式，形成以下两种防护方式：一是避雷线在受到雷电攻击时，会产生反击雷保护，其原理为地电位增加起到的保护作用。二是避雷线受到雷击后，防护体系中的正馈线和接触网会对其发生感应，继而产生感应雷的防护。对于雷电来说，其攻击范围较广，在避雷网安装完成后，如果雷电击中避雷网覆盖区域，则避电网中的T线和正馈线，其绝缘子就会对闪络进行反击。现阶段常用且效果较好的雷电防护措施有以下两种：一是降低部分区域的接地电阻，以此来降低雷击接地电子，从而避免绝缘子出现闪络;二是增加避电器和支柱的接地极，同样可以起到防护雷击的作用。
（三）绝缘子破坏的保护方法
在遭到雷击后，绝缘子可能会发生闪络反应，该反应一旦发生，可能会导致绝缘子被烧毁，这种损坏是无法被修复的，会给铁路部门带来严重的经济损失。因此，使用正确的保护方法，对绝缘子进行保护，具有重要的作用。通常情况下，在悬式绝缘子和水平绝缘子的两端位置安装保护间隙，可以在一定程度上提高绝缘子的防雷能力，安装避雷针也可以起到同样的效果。这种方式的使用，有助于维护人员在雷击发生时，及时对闪络发生位置进行定位，继而采取疏导工频电弧等方式，加强对绝缘子的保护，以此来降低经济损失。但是这种保护措施也存在一定的弊端，容易引起跳闸问题。
（四）差异化防雷与雷电监测
铁路部门在构建牵引供电系统防雷体系过程中，应利用现代科学技术，发展雷电监测系统，以此来实现对雷电的自动实时监测。雷电监测系统已经被一些地区的铁路部门所采用，通过借鉴气象部门的雷电监测经验，依托于计算机网络技术构建雷电监测系统，已经成为牵引供电系统防雷体系的重要组成内容。在实际构建系统时，铁路部门应结合自身的实际特点，增强监测系统的适应性，提高雷电监测的准确程度。再加之不同区域的雷电参数存在差异，因此监测系统需要根据雷电参数，对雷电活动区域进行等级划分，直观体现出区域雷电的活跃性，便于铁路部门采取有针对性的防雷措施，选择正确的防雷方法，最终实现对雷电的差异化防护。
（五）采用综合接地技术
1.综合接地系统的构成
目前我国铁路供电系统的组成部分十分复杂，含括的范围和建筑也十分广泛，其中常见的接地方式有以下几种：一是防雷接地;二是电力设备工作接地;三是屏蔽接地;四是防静电接地。
2.综合接地系统的方案
工作人员在构建综合接地系统时，应遵循的原则为铁路所有电力和信号设备的接线，都需要使用同一个接地体。综合接地系统的包含以下几方面内容：一是电气化：主要是指路接地端基础网的回流线接地，其接线原理为利用连接线，将变压器的中点连接至综合接地线。如果接线的地点在隧道和桥梁内，间隔600米就要进行接线;二是信号接线：轨道两侧的各类信号设备的安全线都要接入综合接地线中。通过综合接地技术的使用，不仅可以减轻工作人员的维护牵引供电系统的压力，还能提升防雷体系的综合防护能力。
四、结论
综上所述，牵引供电系统防雷体系，对于确保列车安全运行具有重要的意义。但现阶段防雷体系还存在一些不足，致使其防雷效果受到影响。因此，铁路部门在构建防雷体系中需要考虑牵引供电系统的特点，并结合相关防雷经验，提高防雷装置的性能，减少闪络现象发生的次数，从而在最大程度上提高防雷体系的应用效果，确保列车的安全运行。
参考文献：
[1]马晓晨.高速铁路牵引供电系统雷电防护体系的设计[J].科技资讯，2017，15（05）：62+64.
[2]周颖卓.试论高速铁路牵引供电系统雷电防护体系[J].科技展望，2016，26（08）：123.
[3]周利军，高峰，李瑞芳，等.高速铁路牵引供电系统雷电防护体系[J].高电压技术，2013，39（02）：399-406.
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