摘要：在城市轨道交通接触网系统运行过程中，常会出现雷击造成设备损坏而导致行车中断的事故。防雷技术可对接触网系统起到有效的防护作用，避免雷击造成的绝缘子损坏、线路跳闸等故障。现结合广州地铁一号线地面段接触网防雷系统运行情况，通过研究接触网防雷技术，探讨防雷对策，以提高线路运行可靠性，确保接触网设备安全运行。
关键词：城市轨道交通接触网；雷击；防雷系统
0引言
城轨柔性接触网沿线路上空架设，作为电力机车输电的供电形式，接触网系统的可靠性直接影响着列车的安全运行。在露天环境中，接触网系统容易受到地理位置和气候条件的影响，处于重雷区的接触网设备遭受雷击的频率较高，雷击不仅会损坏设备，增加运营维护的工作量和投资，还有可能直接影响城轨线路的正常运营。
1雷击对接触网的危害
雷电是不同电荷云层之间的放电现象，具有极高的瞬时电压。当雷电击中露天供电接触网线路时，雷电冲击电压可能造成绝缘子永久击穿，导致短路跳闸故障。一旦发生跳闸事故，将引起行车中断，严重影响运行秩序。同时，雷击产生的过电压可通过接触网传入牵引变电所，引起变电所内二次设备损坏，造成巨大的经济损失。
2接触网防雷措施及建议
2.1抬高架空地线。将架空地线位置抬高至接触网顶部，可起到明显的防雷作用，对接触网设备形成屏蔽。雷电击中架空地线后，其电流通过支柱和架空地线分流进入地面。雷击击中接触网设备附近地面时，架空地线可起到降低接触线或馈线产生的感应过电压的作用。架空地线对雷击的屏蔽效果与保护角有关，保护角越小，其屏蔽效果越显著。架空地线设置的高度应根据实际情况决定，其架设高度越高，对设备的保护角就越小，但其本身的引雷作用会随高度增加而变强。架空地线架设高度宜对地较承力索高1～1.5m，在支柱外侧安装。
2.2加设避雷线或避雷针。为了防止直击雷的侵害，一般采用架空避雷线架空线路，当接触网附近地面遭受雷击时，雷电流致使导线产生很强的感应过电压，而避雷线与接触网导线之间的耦合作用可减小绝缘子承受的感应电压。因此，避雷线不仅可以有效降低接触网遭受直击雷的概率，还可以降低因感应过电压而导致绝缘子击穿闪络的概率。安装避雷针也是针对直击雷的有效保护措施，将避雷针安装在接触网支柱顶端，避雷针与接地引线相连，从而通过引线与埋在地下的泄流地网连接起来。当雷云放电接近地面时，其会使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地网将雷电流引入大地，从而使接触网设备免遭雷击损坏。在已建成的工程中加设雷电防护措施，需根据实际情况采用更加合适的方案。以广州地铁一号线地面段防雷系统改造为例，对雷击故障数据进行统计和分析，发现由于车厂库线的密集布局及对雷电流的分流作用，其遭受雷击的概率相对小很多，雷击落点均在正线露天段的西塱—坑口站之间及试车线上，该两处区域线路沿线较空旷。因既有支柱高度不符合避雷线安装高度要求，如加设避雷线，须另立避雷线杆塔以满足高度要求，工程投资成本较大，且施工区域为既有运营线路，施工对列车安全运行造成较大隐患。而在支柱顶端加设避雷针，同样可满足防雷要求，且具有成本小、施工周期短等优点，故将加设避雷针作为直击雷保护措施。
2.3安装避雷器。避雷器是一种过电压保护设备，用于保护接触网或变电所等供电设备免遭雷电产生的大气过电压和操作过电压对设备的危害。避雷器与被保护设备并联且位于电源侧，其放电电压低于被保护设备的绝缘电压，沿线路侵入的过电压将首先使避雷器击穿并对地放电，从而保护其后面设备的绝缘。当过电压对地瞬间放电后，避雷器迅速恢复对地的绝缘，从而起到保护作用。2.3.1避雷器特性氧化锌避雷器特性：（1）残压低，具有优异的保护性能和非线性U-I特性，易于实现与被保护设备之间合理的绝缘配合；（2）无续流，负载轻，重复动作特性好；（3）通流容量大，吸收过电压能力强。双角隙避雷器特性：（1）间隙击穿后电弧在角形极棒间上升拉长达到灭弧目的，简单、经济、维护方便；（2）保护性能差，灭弧能力差。电弧电流较小时可自行熄灭，但出现较大电流时不可能自行熄灭，且容易造成接地或短路故障，是一种简单的过电压保护设备。2.3.2避雷器安装方案广州地铁一号线地面段使用的避雷器包括氧化锌避雷器和双角隙避雷器，根据两种避雷器的特性搭配安装，共12台氧化锌避雷器和11台双角隙避雷器，防雷效果良好。在地面段范围内，将氧化锌避雷器安装在与上网电缆相连接的隔离开关进线侧，与设备相并联，如图1所示，当接触网遭受雷击产生过电压时避雷器随即动作将过电压导向大地，以防止过电压侵入变电所造成设备损坏。双角隙避雷器不存在冲击电流流过时的残压问题，冲击通流能力较强，可以用在雷电流幅值很大的地方。当有雷电波侵袭时，双角隙避雷器动作，可限制雷电波幅值，以保护接触网电气设备，并对侵入变电所的雷电过电压进行限制，宜安装在正线和试车线沿线，如图2所示。双角隙避雷器的设置间隔若过于密集，势必要加大投资，若过于稀疏又会影响其保护效果。正线区段按照每隔500m装设一台的标准加设双角隙避雷器，由于试车线处于重雷区，且周边较为空旷，接触网设备遭受雷击的概率相对较大，所以应加大密度，每隔300m左右加设一台双角隙避雷器。
2.4提升接地水平。要保证接触网系统的防雷效果，不仅要合理布局和安装避雷装置，还要确保其接地效果良好。接地系统好坏直接决定防雷措施的效果，设计、施工部门应根据现场实际合理布置接地装置，确保接地装置的等效阻值满足要求，运营管理单位应定时对接地电阻参数进行测量，发现问题及时处理。受土质及环境因素影响，广州地铁一号线地面段接地系统阻值参数不能满足防雷接地要求，为此运营部门对接地系统进行了完善性改造，以增强防雷系统可靠性。2.4.1埋设避雷针接地体防雷装置的接地电阻高低及设备是否正确接地是能否实现防雷保护的重要因素，由于避雷针的防雷接地电阻要求不大于10Ω，而广州地铁一号线西塱车辆段土质较差，为回填沙土，因此将在沿线路每跨埋设垂直接地体，且上下行线避雷针通过接地连接线互相连接，使全部避雷针接地线连成一体，如图3所示，以提高避雷针整体接地水平。2.4.2氧化锌避雷器设置独立接地装置按照广州地铁一号线最初的设计要求，避雷器的接地方式是与综合接地网相连。但在运行后经过测试发现，连接综合接地网的接地电阻值不能满足≤10Ω的要求。当接地电阻值过大时，会导致避雷器不能正常对地放电，影响避雷器的防雷效果，甚至会使避雷器烧毁，造成永久性损坏。因此，针对广州地铁一号线地面段实际情况，若要将避雷器接地电阻调整至符合要求，应对各个上网点隔离开关处的氧化锌避雷器设置独立接地装置，以满足接地电阻≤10Ω的要求。
2.5加设避雷器雷击计数器。广州地铁一号线地面段包括正线及车场区域的氧化锌避雷器共计有13台，由于一号线西塱车辆段及正线在雷雨季节时避雷器动作较为频繁，避雷器动作后检修人员无法确认避雷器具体动作次数，无法收集确认泄漏电流数据，故加装避雷器计数器来解决该问题。避雷器与放电计数装置串联，可实时监测避雷器泄漏电流的变化情况，记录避雷器放电动作次数。根据泄漏电流的变化情况，可及时判断避雷器运行过程中因内部受潮、机械损伤、电阻片老化等造成的异常情况，防止事故的发生，提高电力系统运行的可靠性。
3结语
防雷系统设备状态稳定是接触网设备安全可靠运行的重要保障，探究如何减少雷击带来的侵害，防止雷击事故扩大，是保障设备安全运行的关键。在防雷设计和改造过程中，应结合区段的实际环境、气候条件，并采用合理的防雷设计、防雷措施，以提升接触网的整体防雷性能。
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作者:谢鑫 单位:广州地铁集团有限公司
