[发明专利]一种高速铁路牵引网防雷性能评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路雷电防护领域，具体地说涉及一种高速铁路牵引网防雷性能评估方法，其适用于电气化铁路牵引网的防雷性能评估。

背景技术

电气化铁路牵引网时常遭受雷电袭击，造成牵引变电所跳闸停电、烧断承力索、接触线断线、击毁绝缘子等故障。有统计数据表明，在中国由雷击引起的牵引网跳闸占总故障跳闸的30%以上，雷击已成为引起电气化铁路牵引网跳闸的重要因素之一。另外，电气化铁路牵引网没有后备，一旦遭受雷击引起设备损坏或故障跳闸就会导致铁路供电中断，从而严重影响运输安全和经济效益。要减少雷害事故或者减轻雷害事故对高速铁路牵引网供电系统的影响，就必须提高高速铁路牵引网的雷电防护水平，对高速铁路牵引网的防雷性能进行精细化、差异化的评估，制定经济技术上切实可行的雷击风险防护技术方案，从而科学的、合理的进行高速铁路牵引网的防雷设计、施工和改造。

可能引起高速铁路牵引网线路跳闸的雷击方式有以下两种：（1）直接雷击，包括雷击牵引网的承力索、回流线或架空地线、支柱顶部；（2）感应雷击，线路附近的地面落雷，在线路上产生感应过电压。实测表明，架空线路上的感应电压可达300KV~500KV，高速铁路供电线路的电压等级不高，绝缘耐受雷电冲击电压的能力有限，雷击线路导线或线路附近地面，都可能超过牵引网的绝缘耐受水平，导致线路绝缘放电，引起线路跳闸。因此，高速铁路牵引网的防雷性能评估方法必须对直击雷击和感应雷击防雷性能进行综合评估。

而据申请人所知，目前中国电气化铁路牵引网的防雷设计，是按照《铁路电力牵引供电设计规范》TB10009-2005中的规定进行的，该规定的第5.3.1条规定“应根据雷电日及运营经验，并按下列原则对牵引网进行大气过电压保护： 

(1)吸流变压器的原边应设避雷装置。 

(2)高雷区及强雷区，下列重点位置应设避雷器： 

①分相和站场端部绝缘锚段关节； 

②长度2000m及以上隧道的两端； 

③较长的供电线或AF线连接到接触网上的接线处。”

《高速铁路设计规范（试行）》在TB10009-2005的基础上增加了如下规定：在11.5.3的11条款中规定了“重污染或重（强）雷区以上以及高路基、高架桥、隧道口等重点地段的接触网应增设氧化锌避雷器，接触网下锚绝缘子、分段绝缘子采用复合棒形绝缘子等防雷措施；接地装置、接地引下和连接措施应符合系统绝缘匹配、热稳定性校验、机械强度和抗腐蚀等要求”。工程运行经验表明，这些防护方法只是对牵引变电所和隧道内的供电设备起到雷电防护作用，未能有效防护牵引网的雷害。

而另据中国电气化铁路的运行统计，牵引网的防雷保护措施分为两种情况：第一种平均年雷暴日在60天以下的线路，运行情况良好，雷击事故较少，按TB10009-2005执行；第二种平均年雷暴日在60天以上的线路应采取特殊防雷措施，并根据下列条件认真研究实施方案： 

①铁路通过地区的雷电活动强度和当地电力部门的运行经验； 

②该地区地质结构与地形地貌等条件，以及土壤电阻率大小； 

③铁路线路等级及重要程度。

该设计方案粗泛的在不同的地域采用相同的由气象部门人工观测统计出的雷电日的推算结果，其根本的不足在于，没有考虑到各雷电参数的时空差异化特征，现有的研究已表明，对于相同电压等级的线路，尽管导线架设高度相同，但由于不同的时间段、不同的气象条件、不同的地理环境，雷击对高速铁路牵引网造成的冲击是不同的，高速铁路牵引网呈现出的防雷性能相应地也会有所不同。因此，据此而进行的高速铁路牵引网防雷设计，无法准确、细致、针对性地评价高速铁路牵引网的防雷性能。

中国专利文献公开的《基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法》（公开号CN 101315400A）提供了一种正确利用长期雷电监测数据并进行雷电参数统计，对输电线路时空差异化的防雷性能进行评估的方法。该方法根据输电线路遭受雷击的类型，将直击雷分为反击和绕击进行雷击跳闸率的分析计算，但是没有对感应雷的雷击风险进行考虑；另外，由于高速铁路牵引网与输电线路的电气网络结构不同，因而输电线路雷击跳闸率的计算方法不适用于高速铁路线路的雷击跳闸率计算。