摘要：中国的城市轨道交通在社会经济发展中起着重要作用。到2020年年底，中国城市轨道交通的运行里程达到3.9×104km。因城市轨道交通牵引供电系统无备用设备，如果牵引供电系统在雷电下跳闸，会直接影响城市轨道交通的运行。为了保证牵引供电的稳定性，必须对供电系统进行有效的防雷保护，避免雷击对牵引供电系统造成的断电等不利影响。

关键词：城市轨道交通;接触网;防雷措施

前言

轨道交通接触网一旦遭受到雷击如果缺少过电压保护措施或者采取的措施不当，就有可能导致接触网的绝缘设备烧穿进而导致线路跳闸，对轨道交通供电安全运行造成严重威胁。如果雷击产生的电流通过接触网线传输到相近的牵引变电所，势必会造成所内供电设备的损坏，从而导致故障扩大形成更大范围的事故。因此，就需针对雷电对轨道交通接触网的危害进行研究，找到轨道交通接触网的防雷整治措施显得尤为重要。

1轨道交通接触网防雷存在的问题

1.1缺乏相关的的防雷技术标准

目前，我国已发布实施的关于城市轨道的标准规范约有90余项，其中国家标准35项，行业标准60项，均没有针对城市轨道交通防雷技术要求以及防雷装置的检测、维护和管理做出规定。现有的轨道交通设计基本参照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）执行，但由于轨道交通建筑主体常常位于地下，长期以来，人们对轨道交通的防雷设计远不像地面建筑那样给予应有的重视，特别是长期暴露在自然环境中的供电接触网设备。一旦遭受雷击或雷电波侵入，将危及轨道交通的运输秩序，甚至造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。

1.2防雷效果受限于防雷装置

在城市轨道交通供电系统设备中，主要的防雷手段是安装避雷器。而这其中氧化锌避雷器因其具有良好的非线性性能和放电性能被广泛使用，但氧化锌避雷器由于制造工艺的缘故存在许多不足。比如，避雷器上最基本的组成材料的硅橡胶，易受到潮湿、老化等因素影响降低氧化锌避雷器的实际防雷避雷效果。此外，氧化锌避雷器尺寸不大，安装过程中一旦方向出错不易被发现，导致脱离器无法正常发挥其作用。

1.3防雷装置日常检修不够重视

目前，在轨道交通日常设备设施维护作业中，主要是针对供电设备本体运行状态检查与维护，基本上忽略了对防雷装置的定期检查，这样就不会及时发现防雷装置是否损坏，造成了整体的防雷效果不佳的隐患。此外，防雷装置参数和接闪器等设施是否满足现有线路设备对防雷需要缺乏专业性的测量鉴定。

2轨道交通供电设备的防雷原则

2.1整体防护

雷电造成的轨道交通供电设备的损害较为多样和复杂，而且在无法准确测定其毁伤的情况下，必须将单一防护转变为整体防护，防止牵一发动全身的情况出现。

2.2综合治理

鉴于雷电会直接或者间接对轨道交通供电设备产生影响，因而要秉承综合治理的原则，既要防范直接损害，也要防范间接影响，运用多种多样的防雷电技术，综合使用防雷措施，有效减少雷电直接产生的高压电损害和间接产生的电磁脉冲的损害。

2.3层层设防

防雷应当在轨道交通规划建设、日常维护的过程中均有体现。在建设的过程中，选择适合的装置进行合理的安装，在日常维护的过程中必须时刻监控，如果发生故障，应当立刻检修，确保防雷装置的正常使用。

3影响因素分析

3.1直击雷引起的危害

在正常情况下，直击雷主要对以下地点具有较强危险性：1）承力索，被雷击中后，绝缘子发生闪络现象;2）正馈线，雷击引起悬式绝缘体发生闪络现象;3）保护线，直击雷命中了保护线引入综合接地系统。2.3.2地区雷电差异大由于我国幅员辽阔，南北之间的地理环境差别大，不同地区的土壤、雷电情况也不尽相同。因城市轨道交通的建设横跨度大，在整体铁路运行的过程中土壤地质方面均有不同，会形成多种雷电参数，雷电所造成的影响存在差异，所以工程建设人员要根据实际的情况设计雷电的防护措施。在城市轨道交通的实际设计过程中，大多数设计人员没有充分考虑这些差异，导致雷电防御措施存在许多漏洞，因此，未能达到预期的防雷效果。

3.3电阻问题

城市轨道交通是铁路运输的重要形式，与普通铁路运输相比具有显著优势。但长期运行的线路绝缘老化率相对较高，高速铁路运营维护人员在日常工作中更容易发生触电的情况，对城市轨道交通牵引系统的日常运行产生了重大影响。在这种情况下，运营维护对接地电阻的要求不断提高，所以现代高速铁路普遍采用了综合接地系统，以保证铁路运营的人身和设备安全。

4防雷优化策略

4.1合理计算防雷参数

4.1.1接触网受雷击次数

接触网雷击次数计算N：根据相应的计算理论，承力索与轨道表面之间的垂直距离为6.9m，接触网的侧面距离3.1m，得到N=0.122×Td×1.3，其中，Td为年平均雷电日数;然后复线接触网受到雷击次数将是N=0.244×Td×1.3。

4.1.2防雷接地电阻

地上部分：

当hc<5Ri时，Sa1≥0.4（Ri+0.1hc）（1）

当hc≥5Ri时，Sa1≥0.1（Ri+hc）（2）

地下部分：

Sel≥0.4Ri（3）

式（1）～式（3）中，Sa1为空气中距离，m;Sel为地中距离，m;Ri为独立接闪杆、架空接闪线或网支柱处接地装置的冲击接地电阻，Ω;hc为承力索高度，m。以常见的接触网防雷为例，承力索的高度一般为6.9m左右，接地装置的冲击接地电阻要求为Ri≤10Ω，在实践中一般均能做到1～10Ω。现取临界值Ri=1Ω、Ri=6Ω、Ri=10Ω。接触网取高度为6.9m，Ri=3Ω、Ri=6Ω、Ri=10Ω，则：

Ri=1Ω时：Sa1≥0.4×（1+0.1×6.9）=0.68m;

Ri=6Ω时：Sa1≥0.4×（6+0.1×6.9）=2.68m;

Ri=10Ω时：Sa1≥0.4×（10+0.1×6.9）=4.28m。

根据公式分析可以得出，其他条件不变的情况下，产生雷击后，空气中放电距离分别与接地电阻及接触网高度成正比。因此，在设计施工过程中，合理降低接地电阻或接触网高度可以对雷击防护起到直接的影响。

4.2合理选择安装方式

在为接触网设计避雷防护时，需要注意以下几点：1）对于区间接触网，在接触网的顶部安装单独的避雷线，有效降低雷电击中接触网概率。2）降低电阻可以有效地降低闪络发生的可能性。即使受到雷击的影响，牵引供电接触网防雷措施也会大大降低对设备的影响，所以在防雷保护时应采取有效的降阻措施。3）在接触网支柱上架设避雷设备。避雷器和其他设施都须在距离接地柱15m以上的地方放置。在特殊部位可以安装独立的避雷器，设置独立的接地电极或接地系统，降低被雷击中的概率，提高安全性能。4）接触网雷电防护的设计人员须查阅接触网所在区域的雷暴情况。根据雷击强度和闪络次数统计雷电防御措施的可靠性，再加上经济和技术的比较分析，进行综合考虑，不断提高雷电防御措施的可行性，完善相关技术。

4.3采取差异化技术

在制定接触网防雷措施时，可以使用差异化技术：1）客运专线或客货专线应制定针对性措施，根据实际条件线路和速度来选择符合情况的措施;2）雷区的数据分析不能仅仅只依靠日常的雷电数量进行总结，还要根据闪络情况进行分析，确保雷电防护能够适应该地区的实际运行情况。

结束语

总而言之，城市轨道交通牵引供电系统受雷电的影响较大，技术局限性较明显。为提升高铁运行安全性与稳定性，应加强防雷措施，提高防雷水平，及时更新技术并加强工程技术把关，保证高铁安全运行，改善高铁防雷效果，为高速列车稳定运行提供良好的保障。

参考文献：

[1]王璟，张于峰.城市轨道交通牵引供电系统健康管理及故障预警体系[J].中国高新科技，2019（14）：81-83.

[2]张强，郭旭刚.城市轨道交通牵引供电系统车网匹配供电品质综合监控系统研究[J].电气化铁道，2020，31（2）：1-3.