浅析铁路电力贯通线防雷整治方法
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中铁工程设计咨询集团有限公司、京津冀城际铁路投资有限公司的研究人员韩成、马峰超，在2018年第5期《电气技术》杂志上撰文指出，电力贯通线是铁路电力供电系统的重要组成部分，是确保铁路行车信号等负荷正常运转的根本前提。而雷电暴击一直以来都是影响铁路电力贯通线正常工作的一项不可忽视的原因。
在这一背景下，本文将结合国内某铁路大通道，通过对影响铁路电力贯通线防雷效果的因素分析，提出几点有效的电力贯通线防雷整治方法。
电力贯通线是在铁路沿线设置的用于为铁路行车信号等设备供电的室外输电线路，电压等级通常为10kV，分为一级负荷贯通线和综合负荷贯通线，负责为通信、信号以及车站照明和车号识别系统等在内的众多系统装置以及相关设备提供必要电能。
而为了保障行车信号的安全供电，有必要对铁路电力贯通线进行防雷整治，从而有效控制雷电暴击等故障的出现，为铁路电力系统创造一个安全稳定的运行环境。
1 线路概况
本文以国内某铁路大通道为例，此线路全长一千多公里，是国家规划的大能力运煤通道建设项目，是“十一五”期间国家重点工程，已于2014年12月30日全线贯通。全线新建10kV综合负荷贯通线和10kV一级负荷贯通线各1条，均为架空电缆混架方式，在城镇等人口密集区域，采用绝缘架空线或电缆。
线路经过晋中南、豫北和鲁中南地区，夏季炎热，雨量集中，在每年的在7—9月期间比较容易发生雷暴天气，加之线路经过山岭等地区，受到风、雨、雷击等恶劣天气影响比较大，而自从此线路建成开通并开始输电以来，因雷害已导致电力贯通线出现的多起线路故障，主要有：①10kV贯通线绝缘子被雷电击穿，引起故障停电。②雷电流引起10kV配电所跳闸，影响铁路沿线通信信号等设备用电。尽快采取相应的防雷整治措施，提升电力贯通线的防雷水平已经势在必行。
2 影响铁路电力贯通线防雷效果的因素分析
2.1 设备因素
在此条铁路的10kV电力贯通线上使用的避雷装置，绝大多数都被安装在配电所周围，在整个线路区间电力贯通线中避雷装置相对比较少，而一旦与配电所距离相对较远的线路遭受雷电暴击时，在短时间内无法有效泄放掉雷击产生的电压，进而容易引发闪络或是针瓷击穿等现象，使得线路出现跳闸无法正常运行[1]。
此外，根据笔者了解到的资料显示，普通10kV铁路电力贯通线大约只有75kV的临界闪络电压，但事实上当出现雷电暴击时，由此引发的过电压值可以在短时间迅速上升至几百千伏，在此工频电压下，绝缘子很可能被击穿进而出现线路跳闸甚至烧损等问题。
2.2 线路因素
相比于平原地区，在山路地区设计铁路电力贯通线时，经常需要面对大跨越等工作环境，而这也将在很大程度上减弱整体铁路电力贯通线的绝缘水平以及抗击雷电的性能，如果线路经过地区本身容易出现大量的雷电活动，则势必将增加线路出现雷击故障的可能性。
除此之外，流经接地体以及杆塔的雷电电流也会在短时间内迅速升高杆塔电位，此时相导线也会出现相应的雷电过电压，而如果杆塔电压和雷电过电压的电位差要高于线路的绝缘闪络电压值，则将会出现反击闪络的情况导致线路出现运行故障。
另外，接地线路或是相关电阻值本身缺乏科学性、合理性，或是电杆无法有效保护接地装置，均有可能导致铁路电力贯通线出现雷电击故障。
3 电力贯通线防雷整治方法
3.1 加装ZnO避雷器等避雷装置
避雷器种类较多，随着技术的发展和进步，ZnO避雷器因其良好保护性能广为应用。ZnO避雷器通过ZnO优越的非线性伏安特性，在正常工作电压时，使流过它的电流极小（A或mA级）；当雷电过电压作用时，电阻将急剧下降，充分泄放雷电过电压的能量，从而实现保护的良好效果。ZnO避雷器和传统的避雷器的区别在于其没有放电间隙，充分利用ZnO的非线性特性实现泄流和开断。
为了有效提升铁路电力贯通线的防雷水平，确保线路的正常供电运行。在本线的电力贯通线路上，专门为电缆分歧杆、电缆终端杆、转角杆、设备杆、跨越杆等容易出现绝缘问题的薄弱位置处加装了避雷装置。在加装避雷器等装置之后，在分流之后绝缘子出现闪络现象的可能性将被削弱。
当杆塔遭受雷击时，杆塔将负责向大地分流部分雷电流，而避雷线则会负责分流剩余雷电流至相邻杆塔上，一旦雷电流超出限值，避雷器动作将自动加入分流，此时受到导线与导线之间电磁感应作用的影响，在导线、避雷线位置上将分别形成耦合分量，进而有效提高导线电位，起到控制导线与塔顶电位差的作用，从而规避了绝缘子闪络发生。
3.2 提升绝缘水平
本线电力贯通线使用了大量的高电压等级绝缘子，使得整体10kV铁路电力贯通线的防雷性能得到有效提升。同时，在容易出现雷电击的线路区段，针式绝缘子选用P-20T型，终端杆、耐张杆选用XP-70C型盘形悬式绝缘子，并由两片增加至3片，使得线路的耐压水平得到了大幅提升[2-3]。
工作人员通过定期对铁路电力贯通线进行运维管理，重点检查在线路当中是否存在破损的绝缘导线和故障绝缘装置、避雷装置，通过重新更换部分线路当中的不合格避雷器和伤损绝缘导线，也在很大程度上降低了线路故障的发生概率。
另外考虑到铁路沿线地区经常容易出现沙尘、雾霾等空气污染天气，进而容易导致在绝缘线路上沉积大量灰尘，影响线路的绝缘性甚至出现污闪情况，因此相关工作人员还将该部分线路上的绝缘子统一更换为复合绝缘子，从而有效解决这一问题。图1为技术人员在更换绝缘子。
图1 技术人员进行绝缘子更换工作
3.3 改善接地电阻
在本线路经过的低山区段当中，相对高差接近400m，而为了有效提升线路的防雷性能，尽可能避免其出现雷电击线路跳闸等问题，还在架设电力贯通线的过程中通过使用专业的设备仪器对土壤的电阻率进行有效测定，在电阻率相对较低的土壤周围敷设外引接地体，并通过适当延伸其射线长度，确保土壤电阻值能够到达相关标准要求：隔离杆、终端杆等的接地电阻不大于10，设备杆接地电阻不大于4。在发现地下土壤电阻率无法满足要求的情况下，施工人员通过采用补打垂直接地体并搭配使用降阻剂，也使得接地电阻得到有效改善。
根据相关标准要求，在耕地位置敷设接地装置时多采用水平敷设的方式，并且接地体的埋深需要控制在0.8m以内，而在山石地区接地体的埋深则需要被严格控制在0.3m以内，其他非耕地地区的接地埋深则需要被控制在0.6m以内，并使用搭接的敷设方式，在焊接位置处刷涂一层防腐涂料以增强接地体的防腐蚀能力[4]。
3.4 其他整治方法
雷电击放电下容易形成放电电弧，而这也是引起铁路电力贯通线雷电短路的一大重要原因。当断路器跳闸之后电弧将自动熄灭。因此通过在线路当中使用自动重合闸装置可以有效控制电弧复燃，使得线路即便在遭受雷电击的情况下也很快可以恢复供电，避免对整体铁路电力贯通线造成不良影响。
另外，在铁路线路中的较长桥梁、隧道及无架空路径的困难地段采用沿预制电缆槽敷设电缆的形式，同时，在树木较多的地段采用架空绝缘电缆，或者对电缆进行加装穿刺型防雷金具等特殊处理以有效提升线路的防雷性能。图2为穿刺型防雷金具安 装图。
图2 穿刺型防雷金具安装图
4 结论
总而言之，虽然铁路电力贯通线上出现雷电击事故的情况相对比较少，但为了确保线路的正常运行，仍然需要结合线路的实际情况，采取行之有效的防雷措施以有效提升线路整体的防雷性能和绝缘水平，从而有效为铁路行车信号等负荷正常供电，确保铁路安全运行。