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铁路10KV电力线路雷击故障及防雷措施分析
作者：张镜
来源：《中国科技博览》2018年第18期
[摘 要]本文在简要阐述雷电对铁路电力线路危害的基础上，分析了铁路10KV电力线路防雷的主要措施，并对其实际应用进行了探讨。 [关键词]10KV电力线路；雷击故障；防雷措施
中图分类号：S7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0323-01
由于铁路10KV电力线路沿铁路线架设，长期运行在露天环境中，尤其在夏季的雷雨天气时，线路落雷造成的故障更是屡见不鲜。虽然，近年来为确保铁路10KV电力系统的可靠供电，铁路供电部门相继采取了一系列防雷措施，但是由于雷电形成机理的不确定性和复杂性，使得线路落雷造成的绝缘子闪络放电、绝缘子、避雷器击穿以及雷击断线等故障一直没有得到好的解决。本文就铁路10KV电力线路雷击故障及防雷措施进行分析探讨。 1 雷电对铁路电力线路的危害
雷击对10KV电力线路的危害主要有以下几个方面：一是线路落雷造成绝缘闪络，绝缘子闪络放电过程中造成线路跳闸，一般情况，绝缘子有自恢复功能，跳闸后，能够及时的恢复送电，但是在停电的瞬间有可能因为信号设备的切换故障造成瞬间红光带，影响运输安全。二是在线路落雷的情况，造成线路绝缘击穿，绝缘击穿后，不能及时的恢复，有可能造成接地故障，接地故障的发生对线路的运行安全产生重大影响。一般单相接地故障对人身安全会造成影响，如果在线路未停电的情况接近接地处所，可能造成人身伤害。三是在线路落雷造成线路的断线故障，断线故障发生时，有些会发生跳闸，有些不会发生跳闸，尤其在不跳闸时，线路搭在大地或其他建筑物、树木等处所会给人身安全造成极大的隐患。四是如果雷击造成设备损坏，比如说箱变或者变压器等，一定会影响到正常的供电，给铁路运行安全稳定造成的影响是最大的。
2 10KV电力线路防雷的主要措施 2.1 加设氧化锌避雷器
在输电线路上加设氧化锌避雷器可以有效的增强对雷电的干扰，提高线路的防雷水平。避雷器的使用在10KV电力线路中要求较高。在多雷区域也经常使用线路避雷器，它是最有效的输电线路防雷措施之一，使用避雷器后，可以对架空绝缘线路形成有效的保护。虽然在线路上
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使用避雷器是最为有效的防雷措施之一，但是在避雷器本身来讲，避雷器经常受到雷电流的作用，容易造成设备的老化，在10KV电力线路上增加避雷器虽然可以促进防雷保护，但也会使线路的接点增加，故障点也就增加，线路的故障率也会随着避雷器的老化而增加。并且其保护范围有限，造价相对较高，且大大增加了运行检修的工作量，无法在全线路普遍使用。 2.2 架设避雷线
架设避雷线是一项主要的防雷措施，避雷线主要是为了屏蔽直击雷，有了避雷线，一般雷击直接作用于避雷线。虽然避雷线对雷电绕击也能产生一定的作用，但是不是很显著。另外架设避雷线对于感应雷也有着一定的效果，能够降低雷击在线路上的感应过电压。但10KV线路由于保护角度问题，在雷电直接落在避雷线上时，还有可能与电力线路之间发生闪络放电，并且增加避雷线会使杆塔负担加大，10KV电力线路杆塔普遍较低，架设避雷线更加适用于高电压等级电力线路。
2.3 与绝缘子并联放电间隙
在10KV电力线路雷电频发处设置与绝缘子并联放电间隙的防雷保护装置，是一种行之有效的防雷措施，而且它有着结构单一、成本不高的优点，在线路落雷时能够迅速的击穿并将雷电流倒入大地，从而达到保护线路以及绝缘子的效果。现阶段也采用避雷器并联放电间隙和放电间隙串联辅助间隙的防雷方法，并取得一定的效果。但是在每基电杆都增加与绝缘子并联的放电间隙无疑会使线路的稳定性变差，而且线路维修维护的工作量也会随着设备的增加而增大。
2.4 降低杆塔冲击接地电阻
降低杆塔接地电阻对于线路的防雷有着重要的作用，有着良好的接地能够保证电流及时有效的流入大地，能够有效的降低雷电流对线路的冲击。虽然说杆塔电阻降低对于雷电流导入地下有着更好的效果，但是部分地区实现起来较为困难，对于复杂地段，也是一项难题。目前10KV电力系统的设备对于接地电阻的要求越来越高，降低接地电阻在平原、水源充足的地区能够良好的使用，但是在干旱地区以及山区等处所效果不明显。。 2.5 提高线路绝缘水平
在10KV电力线路中，雷击造成绝缘子击穿的设备故障常见，采用提高线路绝缘水平的方法可以有效来减少雷电对绝缘子的冲击。另外使用复合绝缘子以及大爬距的绝缘子都在控制绝缘子闪络上有着一定的效果。但是在10KV电力线路中电杆普遍偏低，提高线路绝缘水平也意味着杆塔负重提高，投资增大。
3 铁路10KV电力线路防雷措施的应用 3.1 采取自动重合闸及备自投装置
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由于雷击10KV电力线路的跳闸为瞬间故障，铁路10KV电力系统在配电所安装了自动重合闸及备自投装置。因此，在电力线路发生故障后，相邻两个配电所之间，先备投再重合，进一步提高了自恢复的性能。对于绝缘子的闪络故障，在线路发生瞬时故障后能使线路迅速恢复供电，对线路的运行不会造成重大影响。在铁路10KV电力系统中，由于线路架空线相对较多，并且外界环境比较复杂，在铁路沿线比较空旷的区域，比较容易受到雷击故障，发生雷击绝缘子或雷击线路造成绝缘子击穿的故障较为常见，由于线路绝缘具有自动恢复性能，大多数雷击造成的闪络故障在线路跳闸后都能够自动消除。结合铁路10KV电力线路运行经验出发，大部分故障都是雷击造成的瞬时故障，铁路10KV电力线路在跳闸后往往备投或重合闸都能成功，因此在配电所保护装置中安装自动重合闸及备自投装置能使线路迅速恢复供电。 3.2 降低线路的接地电阻
为减少瞬时故障跳闸的几率，也采取可靠的杆塔接地，降低杆塔接地电阻。对于铁路供电运行单位，主要的设备的杆塔接地电阻都有明确的规定，在施工时必须符合设计标准，并且每年都要对接地电阻进行测试，确保杆塔接地良好。可靠的接地能够使线路在遭受雷击时能够将雷电流导入大地，而不会造成线路绝缘破坏形成跳闸。现阶段铁路10KV电力线路对接地电阻的要求也越来越高，重点设备的接地电阻的要求也有明确，所以降低杆塔的接地电阻也是防雷的一项有效措施。但是结合工作实际，降低接地电阻在平原、水源充足的地区能够良好的应用，但是在干旱地区以及山区等处所效果不明显。尤其山区，部分电杆坐落于山顶，本身就是雷击的重点，再加上接地不良，必然会造成累计故障率的增加。 3.3 对重点设备采取氧化锌避雷器保护
对于雷击设备造成变压器、电缆等设备故障，雷击造成互感器、开关等高低压设备烧损的故障，铁路10KV电力线路都采用氧化锌避雷器来进行保护。但是存在的主要问题是在增加避雷器以后，由于避雷器老化、绝缘强度降低，造成雷击避雷器击穿、爆炸的故障较多。近年来，针对避雷器雷击故障的频繁发生，也采取了一系列的措施，每年对避雷器进行绝缘遥测，定期更换老化的避雷器，每5年对避雷器进行轮换试验、更换。增强避雷器的绝缘性能，避免在发生雷击故障后频繁的击穿，造成线路故障。 3.4 增加线路防雷式绝缘子
架空绝缘导线线路遭受雷击后，直击雷或感应雷过电压作用于导线，引起绝缘子闪烙并击穿导线绝缘层，被击穿的绝缘层呈针孔状，接续的工频短路电流电弧受周围绝缘的阻隔，弧根只能在针孔处燃烧，在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。铁路10KV供电系统一般采取每3-5基电杆安装柱式防雷绝缘子的方法来减少雷击造成的影响。柱式防雷绝缘子的安装在一定程度上能够减少雷击故障的发生频率，是一种有效防止雷击断线故障的措施。近年来，设备的更新改造越来越多，更多的线路更换为绝缘导线，但是绝缘导线在防雷上的先天不足，绝缘导线区段的防雷击断线故障率较高，采取柱式防雷绝缘子后可以有效的改善雷击断线故障。
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