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電氣化鐵路10kV貫通線系統絕緣遭雷擊損壞的研究和預防論文
摘 要：文章介紹了電氣化鐵路10kV貫通線系統遭受雷擊的表現形式，分析了10kV貫通線系統遭受雷擊的原因，提出了防止10kV貫通線雷擊損壞的研究與預防。
關鍵詞：10kV貫通線系統；雷擊損壞；研究與預防
內蒙古境內高原起伏、地勢起伏不平，雷電活動強烈，電氣化鐵路處于高、強雷區，10kV貫通線系統經常遭受雷電襲擊，造成配電所跳閘停電、擊毀10kV貫通線支柱等供電故障，嚴重影響鐵路行車安全，因此加強10kV貫通線系統絕緣遭雷擊損壞的研究和預防具有重要意義。
一、10kV貫通線系統遭受雷擊的現象
電氣化鐵路10kV貫通線是戶外供電裝置，經常遭受風、雨、雷擊等惡劣氣候條件的影響，一旦受到雷電侵入，將對10kV貫通線造成嚴重的危害性，具體現象為：①雷電擊穿10kV貫通線高壓絕緣子，使10kV貫通線故障停電。②引起10kV配電所跳閘，中斷供電使鐵路運輸無信號而癱瘓。③在隧道中，由于10kV貫通線用電纜敷設，一旦遭雷擊查找故障特別困難，因而造成停電時間較長，致使鐵路運輸很難及時恢復。
二、雷擊10kV貫通線的特點
雷擊10kV貫通線包括直接雷擊和感應雷擊等。
直接雷擊是指雷電直接作用于貫通線上，使其產生直擊雷過電壓，過電壓疊加后其峰值可達上千千伏甚至更高，導致10kV貫通線設備燒損。
感應雷擊是指雷電作用于10kV貫通線附近，雷擊對地放電后，空氣中迅速變化的電磁場在10kV貫通線上產生感應過電壓。感應過電壓一般為數百千伏，引發10kV貫通線跳閘事故較多，但比直接雷擊危害性較小。
三、10kV貫通線系統遭受雷擊的原因
（一）避雷器性能不佳
以前電氣化鐵路10kV貫通線所使用的各種避雷器，其性能指標不僅不高，而且穩定性也很差，需要進一步提高，像作為主要性能指標的“避雷器失效率”一直以來都是一個問題。避雷器一旦失效，不僅需要讓使用方立即察覺，而且需要保證其呈開路狀態，否則將帶來無法估量的損失。因此我們不選用常規閥型避雷器和氧化鋅避雷器，而采用最先進的自托式氧化鋅避雷器進行放電預防。
（二）接地電阻較大，從而降低10kV貫通線耐雷水平
電氣化鐵道沿線為實線性黃土，土壤電阻率普遍較高，尤其是大準鐵路唐公塔~清水河、丹州營~黍地溝，多處于巖石地段，因此制作低電阻地網十分困難，而且投入很大；使用常規方法作成地網后 ，其接地電阻大都隨著時間的推移而不斷增高，而且隨一年四季氣候的變化而不斷變化。用常規方法做成的地網，其常規金屬接地極很容易被酸、堿、鹽和土壤中污染物所腐蝕，在腐蝕過程中不僅其接地電阻不斷增加，而且其壽命都很短，一般不超過3年。
（三）10kV貫通線的接地數量不足
大準鐵路全線264km，10kV貫通線的隔離開關、電纜頭、變電臺及部分桿塔都有接地裝置，但多年來，被鐵路沿線村民偷盜嚴重，有部分丟失，已經起不到接地作用，因此10kV貫通線的接地數量應及時補足。
四、10kV貫通線系統絕緣遭雷擊損壞研究與預防的分析
經過實地了解和查看設計10kV配電所在輸入端已安裝有額定電壓10kV的高壓避雷器；輸出端都裝有額定電壓10kV的避雷器。根據多年的運行情況來看，配電所遭受雷擊損壞的設備概率很低，可以說配電所的前后兩級避雷器已經很好地起到了防雷保護的作用。但是各地反應在配電所兩端架空10kV貫通線上，每年多次發生因雷擊而造成10kV貫通線絕緣子被擊穿損壞，從而造成故障停電中斷行車的事故屢見不鮮。
10kV貫通線絕緣子所能承受的絕緣耐壓約為35kV，而雷電直接擊中10kV貫通線某點上，雷電流從落雷點沿10kV貫通線向兩端傳輸過程中產生的沖擊電壓約為1500kV，是10kV貫通線絕緣耐壓的42。8倍多，將擊穿10kV貫通線的絕緣子。
其沖擊電壓按下式計算：
U=L·di/dt
式中：L為10kV貫通線的沖擊電感，通常取L=1。5μΗ/m
di取10kA dt取10μs
U=L·di/dt
=1500×106×（10×103/10×106）
=1。5×106V
距落雷點不同距離D的沖擊電壓由下表可知：
D（m）50100150200
U（kV）75150225300
因此，我們可以得出一個簡單的結論：10kV配電所10kV側的避雷器，只能保護10kV配電所本身的所用變壓器和開關設備，對于稍遠一點的10kV貫通線上某點（如配電所幾百米）遭直接雷擊，由于在傳輸過程中感抗的作用，由（U=L·di/dt）產生的高脈沖電壓將擊穿10kV貫通線支柱的絕緣子 ，根本起不到保護作用。
五、電氣化鐵路10kV貫通線系統防雷方法及預防措施
10kV貫通線雷電防護的重點是在鐵路沿線設備上安裝避雷器，使雷電通過避雷器經泄流流入大地，從而達到保護10kV貫通線支持裝置中絕緣子的目的。
根據各地運行情況分析，10kV貫通線雷電預防的具體措施是：（1）10kV貫通線在電纜頭、變電臺上安裝10kV自托式氧化鋅避雷器。根據10kV貫通線受雷擊原因和概率分析，在常遭雷擊的多雷區段（如大紅城~雞鳴驛段），在10kV架空線路上各2公里安裝1組自托式氧化鋅避雷器。強雷區（如外西溝~新店子951電源線）安裝等距離的架空地線；（2）在隧道出、入口兩端的電纜終端頭上各裝設一組自托式氧化鋅避雷器；在10kV貫通線關鍵設備上（如分段開關、隔離開關等處）應分別裝設一組自托式氧化鋅避雷器。（3）由于10kV貫通線的操作過電壓較高，一般是工作電壓的2。5~2。8倍，因此避雷器在選擇時，應考慮避雷器標稱放電電流值足夠大，保護水平（殘壓峰值）應低于10kV貫通線絕緣子的耐壓。（4）在電氣化鐵路沿線10kV貫通線桿塔每隔1公里做一地網與10kV貫通線桿塔橫擔或水泥柱可靠接地，使每組地網的接地電阻符合要求。原有地網接地電阻≤10Ω的不做補充地網。如土壤電阻率≤1 000Ω·m以下地區，接地電阻≤10Ω。若土壤電阻率>1 000Ω· m以上地區，接地電阻≥20Ω，應補充地網，采用長效降阻接地極和長效降阻劑制作接地網，從而降低接地電阻值，使接地網長期處于低電阻狀態，達到防止雷擊損壞電氣化鐵路電器設備的目的。
參考文獻
[1]顧慈祥，馮寶憶。電氣設備的防雷技術[M]。上海：上海科學技術出版社，1965。
[2]鐵道部電化工程局電氣化勘測設計處。電氣化鐵道設計手冊—10kV貫通線[S]。北京：北京鐵道出版社，1983。
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