【《雷电高发地铁路接触网雷击防范策略研究》8300字】

第第页雷电高发地铁路接触网雷击防范策略研究摘要雷电对于我们的生活和生产造成了很大的影响与损失，据了解，世界平均每年因为雷电造成的损失高达10亿美元，造成的人员伤害也很大。雷电造成了大大小小的各类事故，诸多危害也伴之发生火灾、爆炸等等，产生巨大的破坏力。电力设备的绝缘受外=外界影响非常大，不但非常大的雷电流会对其产生危害，雷电压也会对我们电力设备的绝缘产生极大的危害，故此通过科学可行的措施防范避免雷击十分有必要。雷击跳闸十分的频繁的发生在铁路的接触网上，发生绝缘闪络，阻断信号。本文章介绍了在雷电高发区的铁路线的接触网防范避免雷击措施，我们研究国内的接触网防范避免雷击与国外现有的接触网防范避免雷击，针对接触网的雷击跳闸率和防范避免雷击性能做出研究。根据规定只有在强雷地区才会有独立架设的避雷线，但是在我国的雷电高发区，依旧有着大概率的雷害影响着我们的铁路线。全线架设避雷线是我们如今在国内高铁的接触网往往是采用柱顶式安装来架设架空来防范避免雷击，还在各类所内的一些设施上面增加浪涌保护器（主要有牵引变电所，AT所等）。我们将接触网上安装避雷器和架空避雷线是我们对接触网的现如今最主要的防范避免雷击措施，并且需要同时做好必要的接地。关键词接触网防范避免雷击架空避雷线避雷器接地线目录1绪论1雷电的形成2雷电的危害3雷电的放电过程3防范避免雷击必要性5国外防范避免雷击现状6国内防范避免雷击现状72接触网概论72.1接触网72.2接触网供电方式93接触网的防范避免雷击措施93.1架空避雷线的概念93.2架空避雷线安装高度的确定93.3架空避雷线的防雷103.4加设避雷器113.5防范避免雷击接地的研究123.6接触网防范避免雷击的总结12结论15参考文献17绪论我国的地形呈现出阶梯式的分布，由东到西分为三个阶梯，第三级阶梯是东部，地形是由平原和丘陵组成。我们的研究人表示可以将根据雷暴的天数将地区划分为四个雷暴的等级，少雷区，多雷区，高雷区，强雷区。（划分规定表1-1所示）（表1-1）防范避免雷击划分规定少雷区每年20天及以下的地区多雷区每年大于20天不超过40天的地区高雷区每年大于40天不超过60天的地区强雷区每年超过60天以上的地区然而东部的雷暴相对较高，我国的高速铁路干线大部分都经过东部，同时，高架桥时式敷设不常用在普速铁路中，但是在高速铁路中却是非常常用的，这样就导致接触网相对地面高度更高，因此接触网遭受雷击的次数将会明显的增多，不仅如此，铁路沿线如果遭受雷击的，将会引发雷电感应，随之增大的就是电压幅值，接触网就会受到极大的威胁。以京沪铁路（图1-1）为例，京沪铁路贯穿南北，由北到南经过北京，天津，河北，山东，江苏，安徽，上海，三个主要的直辖市，将环渤海与长江三角洲这两大经济区连接起来，京沪高铁所经地区的地理地势多变，气象气候变化复杂，雷电的活动也复杂多变，京沪高铁的安全运行影响着民生。所以接触网的防范避免雷击显得格外的重要。图1-1京沪铁路1.1雷电的形成当气体出现了放电的现象时即会出现雷电大气过电压的现象。雷电会将大气将会被击穿，然后两个云团便开始相互放电的过程，我们常常看到的雷电就是这样产生的。雷电会对我们人身体产生威胁，雷电流和电压还会对很多啊人工建筑带去巨大的损伤。电流是由移动的电荷产生，所以云团的电荷为正，而一些人工的人工建筑所携带的是负的电荷，这样就会诱发雷击对人工建筑产生损伤。常见的雷击有三种形式线形雷、片形雷、球形雷。这三种形式的雷击可以产生高达几亿伏特的电流，这就是雷击形成的原理。遇到严重的雷击，会产生强烈的放电，放电过程通常分为引导放电、主导放电和余光三个阶段。如图1-2所示，人造建筑内部的电荷失去结合力，沿人造结构扩散形成静电感应。当雷电流产生时，周围会产生波动的磁场，引起电磁感应，波动的电磁场会在周围的导体中产生高感应电压。雷电入侵波是由雷击产生并通过高压电力线传播的波。图1-2静电感应示意图1.2雷电的危害雷击区是指频繁发生雷击现象的区域，这一的形成与地理条件有关。例如一些山区容易发生雷击，这是因为地形有利于雷云的形成。当然也与地质构造密切相关，在池塘、浴池土壤电阻率低的地方容易发生雷击。过高的电压会损坏主要电气设备的绝缘，从而导致停电和电器设备损伤。而且雷击时会产生大量热量，这些热量能够让空气中的气体膨胀爆炸可能会损坏电子元件，甚至还会引起爆炸。当直流雷电流流经输电线路时，会注入大量雷电流，使输电线路电压急剧上升。绝缘体的电位差是两端的电位差。如果绝缘子的冲击闪络电压低于电位差，则在绝缘子闪络的同时，导线对地放电。当屏蔽击中发生时，雷电流首先直接作用在导线上。因此，屏蔽击穿时电线的电流行波全部是雷电流分量，不存在反击等电磁耦合分量。生成过程示意图如图1-2所示。热损坏的主要原因是：雷电流流经导体会产生大量热量，接触易燃或易燃物质会引起火灾或爆炸。（图3）绕击示意图1.3雷电的放电过程雷云基本所带的都是负电荷，但是当雷云接近地面时，从地面突出的物体的前缘会存在有很多的正电荷。一旦当这些带有正负电荷的物体距离较短且含量足够时，雷击就会发生了。空气被高达到数千万伏的电流冲破，形成了雷云对地放电的第一个弱发射通道，这就是先导放电。示意图如图4所示。（图4）雷电放电原理1.所谓先导放电即是负雷云接近地面人工建筑，达到击穿空气强度（25.30）kV/cm，由于电场强度的增加导致电荷加，让地面向雷云发展的上行先导，其有十分有多的特点，例如其初始并不很亮，最前端较亮，其余较暗；放电时长将近0.01s，放电电流很小，与主放电比较大约只有100A左右，特别小；最后，发展速度较慢。2.所谓的主放电即是当下行先导和上行先导遇见时，云与地形成了一种高导的电率产生的离子通道。雷云所带的负电荷和人工建筑之间的正电荷彼此发生中和。这边是整个主放电的过程，相较于先导放电而言其更为快速并且在其放电的过程中往往会伴随着一些较为巨大的雷鸣声音以及闪光；除此之外其放电的时间往往也是比先导放电更为快速，这一过程的时间快速到仅能用微妙衡量；最后其放电的电流也更大，能够实现上千安。雷电流波形示意图如图5所示。（图5）雷电放电的雷电流波形如上图所示，导频放电无法穿透空间，而是以间歇脉冲的形式逐渐发生，称为分层导频，时间只有几十微秒，日常生活中遇到的雷电已经覆盖很多次。在积雨云的情况下，整个雷云的电荷很难在内部移动，在雷云内电荷积累的过程中会形成一个电荷密度高的中心。第一次主放电完成，但在雷云内部形成第二个电荷中心的电位差，电荷流动，即放电电流流动。此时，由于第一次放电行程的放电路径仍然存在，因此第二次放电行程、第三次放电行程以及多个放电行程连续进行脉冲放电。在实际测量中，初始放电电流幅值最高，然后逐渐减小，但总持续时间显着增加，对变电站和电力设备的运行有显着影响。大多数雷云带负电，导致电线产生静电感应。雷云带负电，地面带正电，所以雷云被发射到地面上的人造结构中。表面积累的大量正电荷失去了与雷云的结合，沿着电线向两侧移动。感应过电压或感应过电流的发生称为感应雷。感应雷的能量很大，很容易损坏供电设备的绝缘层。接触网上雷云的静电感应为图6中所示。（图6）雷云对接触网路的静电感应3.余光放电即是主放电完成之后在雷云中的残余的一些电荷，继续沿之前的放电通道向下移动，其电流相对较小，可达数百安培，时长较长，在0.15秒左右。1.4防范避免雷击的必要性雷击会在接触网络上引起雷击，如果与电缆接触产生超过电线绝缘水平的电压，接触网络会引起孤立的闪络，接触网络就会跳闸。在严重的情况下，可能会导致断线事故。根据铁路规定，客运专线架空线路运行后，无论是自动重合还是故障，如果原因不明，都会限制该线路及相邻线路的速度，并影响接收。接收列车运行指令。若跳闸重合失败，则因当试运行失败而切断电源。高铁接触网是一种特殊类型的输电线路，为安装在高铁线路上的动车组供电，比传统输电线路更容易受到雷击伤害。近年来，我国新建的高铁线路多位于荒野地区，长隧道和高架桥几乎占据了线路之间的大部分距离，增加了雷击的可能性。高铁对接触网的影响要高于普通高铁，接触网络也更高。接触网路用绝缘子的抗雷能力水平远低于雷击过电压，如果不采取不安装避雷器等防范避免雷击措施，接触网路设备将受到大范围的雷击损坏。接触网遭受雷击后，断路器不受影响，许多接触网设备损坏。例如绝缘闪络、绝缘破坏、避雷器爆炸、电缆头或中头故障、电缆断裂等。在近年的“7．23”温州动车事故，由于雷击高铁设备落雷，信号设备故障，发生了惨痛的铁路交通事故。再来看看京广铁路的东广段的雷击跳闸率（图7），由此来对现在高铁接触网的防范避免雷击性能进行评价和分析，对高铁的理论研究和运营实践也有重要意义。（图7）1.5国外防范避免雷击现状中欧的地理情况让接触网平均每100公里即会遭受到一次雷击的影响。雷击浪涌过电压是由于雷击对接触网路的影响而产生的，因此在中欧的相关设计之中往往通过运用一些电压保护装置（常用避雷器）来限制雷电过电压。另外，避雷器只限制过压保护，只用于雷电频繁的地区。在欧洲大陆的其他区域，通常不设定防范避免雷击措施，这是出于经济成本等因素的考量。这就是为什么架空避雷针在欧洲电气化铁路上并不常见的原因。在日本由于日本特殊的岛国地理以及地震带的气象条件，电气化铁路接触网的设计对应全国防范避免雷击等级的A、B、C区，视雷击频率和线路重要性而定。图8为日本铁路接触网的避雷区域及避雷措施。（图8）1.6国内防范避免雷击现状可以采取大气过电压保护措施，最大限度地降低雷电压接触网的破坏能力，以提高接触网电源的可靠性。根据相关规定《铁路防范避免雷击、电磁兼容及接地工程技术暂定规定》(铁建设(2007)39号)的第4．3．9条、《铁路电力牵引供电设计规范》(TBl0009—2005)的第5．3．1条以及《高速铁路设计规范(试行)》(TBl0621—2009)等。，京津、京广、京沪高铁等确保良好的接地。提高攀爬时的隔热性。按距离计算，输电线路的主线锚固部分、避雷区的主线锚固部分、配电连接部分的连接部分的长度、避雷区的长度均在1000m以上。锚固部分​​长度为2000m，在隧道上部《铁路防范避免雷击、电磁兼容及接地工程技术暂定规定》(铁建设(2007)39号)的第4．3．9条、《铁路电力牵引供电设计规范》(TBl0009—2005)的第5．3．1条以及《高速铁路设计规范(试行)》(TBl0621—2009)等。2接触网概论2.1接触网受电弓用在架设在高速铁路接触网上，受电弓与接触网进行滑动式接触并且起到为电力动车组输送电能的作用，接触网是由支柱、地线、钢轨、水平拉杆、悬式绝缘子、棒式绝缘子、腕臂、定位器、定位管、弹性吊弦、接触线，吊弦、承力索共同组成的（如图9所示）。图10展示出接触网上部的承力索与下部的接触线通过中间的吊弦相连接。1-承力索：通过吊弦将接触线悬挂起来2-吊弦：将接触线悬挂在承力索上3-接触线：接触线与受电弓滑板直接接触从而获取电能，是接触网的重要组成部分4-弹性吊弦5-定位管6-定位器7-腕臂8-棒式绝缘子9-水平拉杆10-悬式绝缘子11-支柱12-地线13-钢轨。（图9）图10表示接触网上部的承力索与下部的接触线通过中间的吊弦相连接。（图10）2.2接触网供电方式现在的高速铁路想实现高速化，其中重要的因素之一就是牵引供电系统，供电方式配合牵引变压器的接线形式可以从电压，频率和可靠性来提高供电质量。BT供电方式、AT供电方式以及TR直接供电方式是电气化铁路上重要的牵引供电方式，其中AT供电方式（图11）对于防通讯干扰的效果和十分的出色。但故障率较高，所以对防范避免雷击有着更高的要求。（图11）3接触网的防范避免雷击措施3.1架空避雷线的概念输电线上能够很好的防范避免雷击的方式就是使用避雷针。避雷针能够很有效的避免导线被雷集中，并且还能够降低雷击的电压。故此在配电线路上安装避雷针，可以很好的起到避雷，保护电路的效果，并且成本相对低廉。3.2架空避雷线安装高度的确定避雷针的安装高度对其效果有着决定性的作用。考虑到高铁架空线设备独特的电流特性，高铁架空线安装只能在立柱上安装，架空地线安装的高度决定了防护等级。当前最为主流的计算接闪器保护范围的方法主要有三种：滚球法、保护角法和网络法。用于日本新干线电力系统和防雷击线路的保护范围。GB50057-2010《避免雷击建筑物防护设计规范》是接闪器的保护，规定范围采用滚球法。“滚球法”是将具有一定半径的球体在装有空气终止装置的人造结构上滚动的方法，作为安装在人造结构中的空气终止装置。它是一种支撑和滚动的方法。球体与人造结构之间的范围为接闪器的防雷范围。同一个人造建筑和同一个空气终结者使用不同半径的旋转球，弧形和人造建筑有不同的区域和不同的保护区域。图12两条等高避雷线覆盖示意图。（图12）3.3架空避雷线的防雷架空避雷针是安装在架空线柱上方的独立架空地线，保护架空线的轴承线和AF线。避雷针的材料往往是镀锌钢绞线，之所使用镀锌钢绞线的目的是提高导线在相同截面下的强度。所以如果地线的直径为50mm，则锚杆拉力为5kN，由于架空地线的影响，柱子的承载力会下降。安装在柱子上方1m处。接触网为正极，机车轨道为负极，不直接接地。从杂散电流保护的视角出发，严格的要求架空线不能直接的接地面。在项目中，桥梁和轨床与地面紧密相连，形成一个电隔离网络，收集杂散电流，防止杂散电流泄漏到地面。防止离网设施的电流腐蚀。需要通过杂散电流。在变电站收集后。由于架空线钢筋与桥梁钢筋牢固连接，当架空地线直接接地时，杂散电压会通过铁柱、架空地线、接地极泄漏，产生杂散电压。它流入周围的加固土地。沿接触网头部上部架设的架空地线，通过金属箍、锚片、支撑装置等支柱敷设，从两侧平台直接导引至变电站接地母线至化工设备。接地并连接到电线杆该工作距离200米，网络的各种绝缘体、它们的接地端子金属底座、开关底座和臂支撑底座都连接到空中接地。3.4加设避雷器避雷器是放出电压能量、限制电压大小大的装置，也被称过电压限制器，通常连接在带电设备与接地装置之间，与被保护设备并列连接。雷电过电压波避雷器受到保护，接地变电所的主要电气设备由变压器、电压互感器等并联避雷器保护，其作用是防止感应雷引起的大气过电压及操作过电压。目前使用的避雷器主要有保护间隙、排气式避雷器（管式避雷器）、阀式避雷器，氧化锌避雷器四种类型。接触网上的避雷器，可以大大降低雷击的可能性。可以考虑树木丰富、山地、沼泽等地区的接触网安装更多的避雷针，因为这些路段更容易形成雷击区，这样可以有效的避免雷击，让这些路段更安全，在雷击较少的地区可以适当少安装，由此能够有效的结语运用成本。通过将避雷器安装在其他地方，可以最大限度地提高您的技术和经济效益。（图13）避雷器的连接示意图图14中黑点表示安装避雷器的支柱，白点表示没有安装避雷器的柱子。雷击分为三种：电线雷击（A点）、有避雷器的柱子雷击（B点）和没有避雷器的柱子雷击（c点）。（图14）3.5防范避免雷击接地的研究电气化铁道接触网的防范避免雷击接地是依照相关的标准进行制作的，接触网的防范避免雷击措施与接触网进行连接。并且对所在区域是高雷和强雷区进行甄别。设置避雷器的长度在内，通常在2000米以上的隧道的输电线上设置避雷装置，在独立的强雷区设置避雷线的保护角为45度。3.6接触网防范避免雷击的总结迄今为止，我国高铁运营时间不长，在高铁接触网防范避免雷击方面还缺乏系统的经验。对当地地形、地形和气候条件的要求仅限于电气化轨道架空输电线路的经验。此外，高铁网络的设计主要参照国家相关规定《铁路电力牵引供电设计规范》(TBl0009-2005)和《高速铁路设计规范》(TBl0621—2009)。高铁牵引电力系统防范避免雷击技术的规定仍以常规技术的应用为基础。京广、京沪、广珠、广深——自香港等南方地区高铁开通以来，防范避免雷击漏洞暴露无遗，《铁路电力牵引供电设计规范》(TBl0009-2005)和《高速铁路设计规范》(TBl0621—2009)(1)接触网上未安装接触网高铁架空输电线路避雷设计主要是在一些重要设备上加装避雷器。目前的经验没有充分考虑高铁的新特点和高速抽取流量的新要求。该设计未考虑防范避免雷击。高铁中高架桥和长途隧道较多，桥梁和隧道长度占全线的60%以上，桥梁和隧道比普通高铁长得多。高度为16～36米，与110kV架空输电线路的高度几乎相同，而且由于没有防范避免雷击线，击中高铁接触网路线路的概率非常高。侵入可能会导致其他设备出现故障或损坏，例如臂绝缘子、AF线悬式绝缘子和电缆头。(2)变电所亭等设施中例如，常规牵引变电站、区域变电站、AT变电站、开/关变电站、交流输入线路、直流输入母线、户外照明电路、网络开/关操作电源等。NoWaves浪涌保护器、被雷击损坏的线路设备如果是这样，强雷电流也会通过低压电路穿透上述设备，使这些电路中的断路器跳闸或损坏，提供全面的控制和保护。一些重要的地方没有安装避雷器在初期设计和施工中，隧道出入口、保温缝两侧、中心锚柱附近、中心锚柱与转换柱之间有多根转换柱，但也有一些地方安装了避雷器。未安装，但这些很重要。一部分被雷击的几率比另一部分大，这些失误大大增加了被雷击的几率。（4）未实施目标防范避免雷击措施的地区不同由于我们在运营高铁方面经验不足，面临着高铁的新特点，所有线路的防范避免雷击措施都是按照相同的标准制定的。根据逐段地形和地形差异、土壤电阻率、雷暴次数、污染严重程度等因素，可以有针对性地考虑和部署不同的防范避免雷击措施。例如，设置避雷器数量的标准取决于该地区雷电活动的程度。(5)现行使用的绝缘子耐雷水平有待于进一步验证拆除加强线后，为了加强柱顶接触网。可以选择将接触网的正极馈线屏蔽，再加一根以铝为主芯的双绞线，然后让这个双绞线能够连接接触网的悬垂部分，同时还需要考虑到的是加强丝的可拆卸性。在雷击多发地区和重要设备集中的的区域，未来防范雷击，需要在敷设防雷的电缆时，分析汇总轨道沿线雷击伤害的大概情况，从而有依据合理的安装相应数量的防雷设备，保护敏感区域免受雷击。同时还要注意架空转换点、高铁基电缆等重要区域的布置。通过总结高铁接触网系统的特点，分析目前我国防止和避免高铁架空线雷击的技术状况，并结合实际情况举例分析了我国高铁特点线路上如何才能避免高铁雷击。具体建议如下：(1)加设独立的架空避雷线；(2)适当增加避雷器的数量；上述避雷措施可以降低架空线雷击发生率，解决接触网出现的一些实际问题。为当前和未来的高铁提供了参考和现实意义。据报道。我国铁路接触网避雷针。考虑到防范避免雷击问题，无论采取什么措施，都只能降低雷击的概率，否则无法彻底解决雷击损坏的问题。为尽可能避免雷击灾害，我们建议根据保护效果、投资、工程优劣势，改进保护线路PW线路的吊装方法。AF线使用合成绝缘绝缘体，避雷针和避雷针接地时要小心。目前，中国法规只有相关的措施和要求，但无法知道防范避免雷击深度，因为它不包括防范避免雷击等级、跳闸率、接触网系统故障率等具体指标。笔者建议提高防范避免雷击系统的防范避免雷击等级、跳闸率、故障率等具体指标。铁路综合接地系统是一种应用广泛的防范避免雷击接地系统，必须充分利用。结论本次毕业设计以雷击为例，简要介绍了雷灾与过电压的危害和其对接触网的影响、雷电的的形成原理与防护手段，还进一步提高了各种信息的分析，对Word文档的使用等多方面的能力。较为详细的完成了雷害与雷害对接触网危害的研究。在设计中参考了许多资料，从中学到了不少新的知识和设计规约。尽管如此