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1、接触网雷害分析及防雷措施摘 要本论文主要阐述接触网雷害分析及防雷措施。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。本文就是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
2、决的热门课题。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。针对电气化铁道中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：接触网；雷害分析；防雷措施目 录摘 要I引 言11 电气化铁道概述2
3、1.1 电气化铁路接触网概述21.2 电气化铁路组成和分类21.3 接触网的地线51.4 避雷器技术61.4.1 避雷器的作用81.4.2 间隙、磁吹间隙81.4.3 高压电容器101.4.4 铝电解避雷器111.4.5 氧化锌避雷器111.4.6 管型避雷器121.5 交流电气化铁道接触网上采用的避雷器141.6 吸流变压器与回流线152 接触网雷害分析162.1 国外高速铁路防雷设计概况162.1.1 德国铁路防雷现状162.1.2 日本铁路防雷现状162.2 国内接触网防雷设计概况173 客运专线接触网防雷措施183.1 雷电流的概率分布183.2 接触网遭受雷击过电压的分析193.2.
4、1 直接雷台193.2.2 雷电反击过电压193.2.3 感应雷击203.2.4 接触网耐雷击水平计算203.3 接触网遭受雷击跳闸统计分析及防雷建议203.3.1 现场实例203.3.2 跳闸分析213.3.3 广深线防雷建议213.4 避雷器设置的分析223.4 客运专线接触网防雷建议22结 论24致 谢25参考文献26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。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
5、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，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
6、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。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
7、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
8、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
9、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 电气化铁路组成和分类（1）电力机车从防制到独立开发，我国的电力机车已经形成了韶山车族电力机车，其牵引功率已达9000 KW，时速超250KM/h,和谐号动车组成为客运专线主要运营车辆。图1.1 韶山车族电力机车受电弓以（68.69.8）N的接触压力紧贴接触线摩擦滑行，将电能引人机车。 图1.2 受电弓（2）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
10、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275kV。图1.3所示为直接供电方式的供电系统。图1.3供电系统1高压输电线，2牵引变用所，3馈电线，4接触网，6电力机车；7钢轨接触网的供电方式1单边供电2双边供电3越区供电（3）接触网的组成 图1.4接触网组成1、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。2、支
11、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。3、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。4、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。1.3 接触网的地线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
12、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。1.4 避雷器技术人类对雷电采取防护措施，最早可追溯到12世纪。我国湖南现存的岳阳慈氏塔(约在1100年重建)，自塔顶有6条铁链沿六个角下垂至地面上一定高度，可用来防止雷击损坏。有的古塔还将此类铁链沉入井，实现良好接地。几年前作者偶然在安庆调查一类似上述结构的古塔，六条铁链下垂到地面以上约1m，询向当地居民，也有说传闻说过去铁链沉入井中，问现在何以无井，均未
13、能答。中国古代屋宇顶上的龙咀伸出舌须，或许是人们寄希望于防止龙抓(雷击)。据说，有的舌须根部用细铁丝直通地下，这可能是现代避雷针的雏形。1750年，美国B.富兰克林提出了以避雷针保护建筑物的理论和方法。此前，他冒生命危险用金属线放风筝飞入雷云中，证明了雷闪现象的本质是电。不久，俄国科学家罗蒙诺索夫和他的好友利赫曼也在雷云天，放风筝做试验。试验本身是达到了目的：由雷云从风筝金属线向大地放电，形成由人干预的向地直接雷击和主放电，即达到了“引雷成功”，而代价是太大了：科学家利赫曼为科学而牺牲，一起放风筝的罗蒙诺索夫幸免于难。(风筝试验的图略，见文献)作者认为，我们这些防雷工程师应当永远铭记这三位高电
14、压和防雷先驱： 富兰克林罗蒙诺索夫利赫曼历史发展的辩证法常常是经历多少年后，再以更发展的形式重复某一事件。二百多年以后，作者于20世纪90年代初，作为特约专家，在北京主持我国中科院兰州大气物理所和解放军二炮合作完成国防重点课题火箭引雷车研制与火箭引雷试验研究的国家鉴定(任主任委员)，1997年又在电力部参加火箭引雷试验可行性论证专家研讨会，会后又应邀作为七位专家之一，为部领导写关于立课与否的专家意见，并由作者撰写七位专家的综合意见，直到不久前，在我所主持的2002年高电压技术与社会发展专委会学术研究会(2002.4.1214，厦门)论文集中，国家电力公司广东省电力试验研究所等提供火箭引雷对防雷
15、装置试验这一国家重点课题所取得的重要科研成果，将雷电先导的发展和向防雷装置定位及放电的现象(光学的和电的)和规律，在理论上向前推动了一步。一个鲜为人知的重要事实是在富兰克林发明避雷针的第二年，一位法国工程师写信给富兰克林，报告并祝贺，按他的发明安装的一支避雷针接闪，即把雷引向避雷针从而避免了邻近被保护物遭受雷击。这既是人类首次干预雷闪自然活动途径(而且是导致自然灾害的活动)的预期目的获得成功，又是无可辩驳的事实，使发明者改变了原来的想法徐徐放电，中和雷云中的电荷，避免雷害，得出了“引雷”击于自身，避免击于被保护物的正确看法。主要参数1、标称电压Un：被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。2、额定电压Uc：能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。3、额定放电电流Isn：给保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值
