接触网避雷线运行中存在的问题分析及对策

陆加华 中国铁路上海局集团有限公司九景衢铁路浙江有限公司

上海铁路局范围内铁路工程实施避雷线主要在2013年，在上海局供电处的组织下，根据《关于印发高速铁路接触网指导意见（暂行）的通知》（运供供电函【2013】325号）要求，对管内已开通的京沪、沪杭、沪宁等高铁的避雷线实施方案进行了研究，结合设备管理单位统计的接触网雷害情况，制定了防雷整治试点方案并予以实施，是最早的一批避雷线工程，运行至今将近5年。采取避雷线后取得了明显的效果，因此对上海局范围内新建铁路工程在符合雷区要求下均设计了避雷线，例如九景衢、衢宁铁路浙江段均通过变更增加了避雷线。目前上海局杭州供电段累计运行的避雷线已达到了367条公里。总体来说，避雷线是一种设计施工简单，效果明显的雷电防护措施，接触网设置避雷线可将雷击调整率大幅降低。

虽然接触网避雷线结构相对比较简单，但避雷线所接触到气候条件越来越复杂，特别是雷电天气下直接起引雷作用，导致运行中的避雷线受损，若是在材料、生产、施工等环节上不注意，常年运行易发生故障。

1 避雷线运行出现断股短线的可能原因

1.1 材料缺陷

以九景衢铁路、衢宁铁路设置的避雷线为例，其类型为镀锌钢绞线-50（YB/T5004-2012），避雷线最大张力采用5 kN。在《铁路电力牵引供电过程施工质量验收标准》（TB10421-2003）未单独提及避雷线或架空地线的验收，针对镀锌钢绞线参考承力索或软横跨的主控项目“线材运达现场的质量，其质量应符合相关标准的规定。外观质量且应符合下列规定：（1）镀锌钢绞线、镀铝钢绞线不得有断股、交叉、折叠、硬弯、松散等缺陷；如有缺陷应按规定处理；（2）镀锌钢绞线表明镀锌良好，不得锈蚀；（3）镀铝锌钢绞线镀层良好”。由于避雷线生产制造技术含量不高，很易去制备，部分生产者，没能注重该类线材质量，施工单位对材料进场后可能疏于监管检验，导致本身有缺陷的镀锌钢绞线投入使用，在周边环境的共同作用下，常年运行可能发生故障。

1.2 施工安装缺陷

避雷线在人工放线过程中，由于与其他专业施工交叉，出现了对线材的损伤，施工引起的损伤主要还是硬弯和镀锌层的破坏，此外在电力系统内针对电网架空地线施工，强调了由于施工导致“金钩”导致了钢芯形成无法修复的永久变形，应该将该部分割除重接。也就是说由于在施工安装过程中导致了架空避雷线形成了“金钩”，而又没有发现，导致其弯曲运行，长此以往也会发生断裂。

1.3 腐蚀开裂

镀锌钢绞线材质的地线长期暴露在大气腐蚀环境中，同时处于较低的拉应力，可能导致应力腐蚀断裂（材料在持久拉应力和腐蚀介质联合作用下发生脆性开裂的现象，称为应力腐蚀或应力腐蚀开裂）。特点是迅速发生，且出现腐蚀裂纹，甚至断裂，因此危害极大，几乎所有耐腐蚀金属材料都可能发生应力腐蚀。据了解电网的架空地线因腐蚀开裂甚至断裂还是时有发生，如2011年某220 kV架空地线断裂，地线类型为50的镀锌钢绞线，断裂的地线外观检查发现地线外层12根镀锌钢丝腐蚀最严重，表明完全被黄褐色铁锈覆盖，并有小蚀坑，中间层的6根镀锌钢丝腐蚀也较严重，钢绞线各锈蚀钢丝之间夹塞有大量疏松的腐蚀产物。电网的架空地线运行时间较铁路接触网避雷线时间更加久，针对此类原因造成的隐患也是今后铁路接触网避雷线在长时间运行中需要关注的。

1.4 雷击避雷线

避雷线架设在接触网顶端其主要目的是引雷，保护接触网，防止雷直接击中接触网。虽然雷击中地线对地线影响不大，但被雷电击中以后必定会降低避雷线的作用。在电力系统中雷直击电力架空地线断线的故障也有发生。雷击避雷线时，雷击点的电流密度最大，温度最高，雷电弧的温度可达数千K，虽然雷电流通过导体时其热效应是不大的，但是当雷直击避雷线，在直接与放电通道相接触的地方可能受到高温的作用，在强雷作用下使得金属熔化可能达毫米级的深度。这个现象很可能是有些导线不正常断股的原因。还有雷击具有冲击效应等的作用下可能导致架空地线的损伤。

2 接触网避雷线施工及运行的有关建议

2.1 设计环节

避雷线一般采用镀锌钢绞线架设，常用的截面是35、50、70平方的，接触线的截面越大，使用的避雷线截面也越大。设计院一般按照地线和接触线的配合进行地线设计，建议是否按照热稳定等进一步校核。或选取的安全系数比接触线等更大。在材料选用环节，地线的选取一些良导线架空地线，如电力部门目前常采用铅包钢线，具有强度较高、不生锈，又有适当导电率。

2.2 施工环节

加强入场把关和现场检查检测工作，避免不合格的产品进入；加强避雷线的施工管理和验收把关，避免安装缺陷。

2.3 运行环节

针对应力腐蚀、雷击等因环境引起的，主要依靠巡视人员平时巡线是以人工观测方式查看是否有明显损伤，对运行时间长、存在明显腐蚀现场的避雷线，定期进行腐蚀检查和取样性能试验，不合格的因及时更换。但同时也注意到避雷线架设在接触网线路的最顶端，通过人工观测方式也是很难观测到顶端微小的隐患。但是腐蚀一旦出现会是一个加速的工程，遭受雷击后的位置也可能更容易被雷再次击中。目前接触网的保护系统采用先进的技术手段结合线路跳闸时间，保护测距系统距离等条件实现接触网雷击跳闸定位，但雷直接击中避雷线就不能及时发现，线路又没有跳闸的情况下，并不知道实际有多大比例的雷落到了避雷线上。个人觉得要是能够知道一定时间内避雷线上的落雷密度，能捕捉到每次雷击，及时安排人员处理，就不会造成更大的安全隐患。建议可以采用一种分布式的雷击监测系统，可以对架空避雷线落雷情况进行监测、统计，分析线路一定时间内避雷线上落实分布情况，既可以有目的性的检查避雷线的损伤，又可以针对该区段采取更加准确的有目的性的接触网防雷措施。

2.4 加强使用寿命管理

管理部门和设计部门结合材料使用周期，制定铁路接触网避雷线在运行时间，到周期后有条件的进行更换。

3 结束语

接触网避雷线运行时间较之于电力系统架空地线时间较短，目前未暴露出故障，根据电力架空地线运行出现的故障可以为铁路避雷线运行提供参考，同时接触网避雷线相对于接触线、承力索等线材在设计、施工、验收和运行维护等方面还有一些不规范，而可以借鉴的经验较少，从而为避雷线自身的安全稳定运行留下了隐患。建议在接触网避雷线运行中，应用科技手段加强管理，以确保运行安全。