接触网防雷保护研究

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1、3：电气化铁道牵引网的防雷保护1.1:研究背景与动机近年来我国高速、重载电气化铁路取得了迅猛发展，成渝、郑西等客运专线相继完工，至2012年我国将建成客运专线42条，总里程达到1.3万公里，届时全国高速铁路将形成“四纵四横”的格局。牵引网作为电气化铁道牵引供电系统中的重要组成部分，其工作状况直接关系到电气化铁路的安全与稳定。我国电气化铁道分布广阔，途径地区的气象条件差异较大，而且牵引网又是裸露于自然环境中没有备份，易受到自然环境特别是雷电的影响，所以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则可能引起绝缘子闪络、造成线路的烧损、跳闸、直接影响电气化铁路的运营；同时雷击

2、产生的过电压将通过牵引网侵入到牵引变电所，从而引起所内电气设备的损坏，造成更大事故的发生，所以关于牵引网防雷保护的研究是我们亟待要解决的课题目前关于牵引网的防雷措施主要有：安装避雷器、配备自动重合闸、架设避雷线、线路分段、重点防护等措施，其中以安装避雷器最为常用；但是对于避雷器的设置数量与各项防护措施的防护效果并没有进行深入的研究分析，并且对于AT供电方式下悬挂导线的雷击分析也较为缺乏。因此针对些问题，通过模拟雷击牵引网的方式来对避雷器的防护效果与AT供电方式下悬挂导线的耐雷水平展开分析。1.2研究现状与实现途径1.2.1研究现状由于牵引网是牵引供电系统中的一部分，而针对这一部分开展研

3、究往往受多方面因素的影响，加之得当的防雷措施又与当地的地理面貌、气象环境有关，所以关于牵引网的防雷研究工作是一项复杂工程。目前国内外工程人员与研究学者根据本国情况衡量各种因素，建立了适用于本国国情的牵引网防雷规范和研究方法。根据我国《铁路电力牵引供电设计规范》TBI0009.98中的规定,针对牵引网的大气过电压保护原则有：“（1）吸流变压器的原边应设避雷装置。（2）重雷区及超重雷区，下列重点位置应设避雷装置：①分相和站场端部的绝缘锚段关节：②长度2000m及以上隧道的两端；③供电线或AF线连接到接触网上的接线处”。但这一规范只是针对牵引网设计人员做出的基本要求，而面对具体工程实践上我国

4、研究学者又提出了各自的见解，提出了以平均雷暴日60天为界限，低于界限的地区可以维持现有防雷措施，而高于界限的地区主要通过建设避雷线、降低接地电阻、加大空气间隙,以及增设避雷器的措施。文献［4】介绍了城市轨道交通中架空接触线主要以防护感应过电压为主,提岀了全线架设避雷线与设置!1!线载避雷器防护原则。文献［5】则针对津滨城轨在接触网防雷保护的设计中提岀了改善绝缘配合的建议与通过设置地轨电位均衡器来限制过电压的方式。目前在欧洲电气化铁道中，主要采用避雷器作为限制雷电过电压装胃；但同时也认为避雷器的保护能力有限，一般设置于有频繁雷电的区域；而日本的电气化铁道则是根据雷击频率度及线路重要程度，

5、将国土的防雷等级划分为A、B、C区域并规定相应的防雷措施：A级区的雷害严重且线路重要，需全线架设避雷线并在牵引变电所岀口、接触网隔离开关、电缆接头等处设黄避雷器；B级区雷害比较严重且线路重要，只是在部分区段架设避雷线，避雷器的设置点与A级相同；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。文献［7］提出了一种基于有限差分的分析方法并以瑞士电气化铁路作为研究对象,分析了有损大地对雷击牵引网的影响。文献【8】则是通过电磁暂态程序对地铁牵引供电系统中避雷器安置点的选择与抑制接触线上的雷击过电压效果进行了仿真分析。文献［9］利用电磁暂态程序仿真了香港电气化铁路直流牵引

6、供电系统遭受雷击的暂态过程，表明了雷击架空接触线时，沿线铺设的供电电缆的耐雷水平相对薄弱。1.2.2研究实现途径在对国内外现状分析的基础上，本文主要从雷击牵引网的暂态分析与牵引网悬挂导线的雷电屏蔽性能，两个角度岀发开展有关牵引网防雷保护的研究。首先，通过电磁暂态程序来模拟雷击牵引网的暂态过程，由于牵引网与高压输电线路都是供电线路，具有一定的相似性，因此本文借鉴利用电磁暂态程序对高压输电线路进行雷击仿真的分析方式，通过结合我国电气化铁道牵引网的自身特点来对雷击牵引网的暂态过程进行仿真分析；其次，通过电气几何模型法来对牵引网悬挂导线的雷电屏蔽性能进行初步探索，讨论各悬挂导线间的屏蔽效果。1

7、.3雷电与雷击过电压分析1.3.1雷的形成与发展雷(Lightning)是带电云层的放电现象，而关于雷云的形成至今还没有令人满意的解释，一般较为普遍的说法【旧】是说在空气的上方有潮冷空气，而下方是暖湿空气时，暖湿空气受其密度较低则会上升，遇到上方的潮冷空气就会形成冰晶。冰晶在气流中碰撞、分裂导致较轻的部分带负电荷并形成雷云；而较重的部分带正电荷并凝聚成水滴下降，或悬浮在空气中形成局部带正电的云区。整块雷云可以存在若干个电荷中心，负电荷位于雷云的