城市軌道交通架空接觸網(wǎng)雷電防治研究

　　完成單位：中鐵電氣化勘測設(shè)計院有限公司

　　獲獎情況：2012年度中國鐵路工程總公司科學(xué)技術(shù)獎特等獎

　　2013年度中國鐵道學(xué)會三等獎

　　2015年度天津市科學(xué)技術(shù)進步三等獎

　　成果水平：國際領(lǐng)先

　　簡要技術(shù)說明：

　　雷電是聯(lián)合國公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。近年來我國由于雷電引發(fā)的城市軌道交通安全事故日益增多?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》將“交通運輸安全與應(yīng)急保障”作為交通運輸業(yè)的優(yōu)先主題。國內(nèi)外在城市軌道交通雷電災(zāi)害防護領(lǐng)域缺乏深入的技術(shù)研究，因此該研究屬于開創(chuàng)性研究課題。

　　架空接觸網(wǎng)是城市軌道交通中架設(shè)在軌道上方、為車輛提供電能的特殊輸電線路，容易遭受雷擊。由于無法實現(xiàn)備用，一旦出現(xiàn)故障只能中斷運營才能維修，其安全可靠性極為重要。因此架空接觸網(wǎng)的雷電防護是該領(lǐng)域研究的核心。在國內(nèi)本課題組最先開展對此研究，主要有三大方面內(nèi)容：

　　第一方面，開展架空接觸網(wǎng)雷電過電壓仿真計算研究。采用網(wǎng)絡(luò)綜合法將高架橋復(fù)雜結(jié)構(gòu)體等效成等值電路模型，基于貝瑞龍和道梅爾算法建立架空接觸網(wǎng)多導(dǎo)體雷電電磁暫態(tài)計算模型，基于電氣幾何模型法建立雷擊閃絡(luò)率計算模型。仿真計算結(jié)果的有效性均通過工程實際獲得驗證。該部分研究從根本上解決了架空接觸網(wǎng)雷擊危害無法有效計算的技術(shù)難點。

　　第二方面，提出架空接觸網(wǎng)雷電過電壓新型防護技術(shù)。采用帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器防止雷擊造成系統(tǒng)絕緣破壞、降低跳閘率;采用雷電沖擊接地裝置快速泄放雷電沖擊電流，減少雷電危害范圍。

　　第三方面，建立動態(tài)雷電活動監(jiān)測網(wǎng)，實時監(jiān)測雷電活動、收集雷電參數(shù)并進行預(yù)警。

　　城市軌道交通架空接觸網(wǎng)雷害防治研究在國內(nèi)尚屬首次。國際上由于架空接觸網(wǎng)在地面及高架橋上應(yīng)用較少且雷害活動不嚴(yán)重，所開展的這方面研究也較少。研究成果填補了該領(lǐng)域雷電防護研究的空白，總體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。本項目共獲國家發(fā)明專利1項、實用新型專利6項。

　　推廣應(yīng)用情況：

　　課題研究成果目前在國內(nèi)城市軌道交通工程中廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造了巨大的社會效益及經(jīng)濟效益。

　　(1)天津津濱輕軌工程采用本項目研發(fā)的新型防護技術(shù)進行架空接觸網(wǎng)雷電防護改造。至2014年底，所有采用新型防護方案的架空接觸網(wǎng)絕緣子再沒有發(fā)生雷擊損壞故障，變電所雷擊跳閘率由每年平均約24次下降為每年平均約2次，應(yīng)用后防護效果十分明顯。動態(tài)雷電活動監(jiān)測網(wǎng)的建立方便了運營維護工作。

　　(2)北京地鐵十四號線工程西段在跨永定河區(qū)段高架接觸網(wǎng)線路采用了本項目研發(fā)的新型防護技術(shù)進行架空接觸網(wǎng)雷電防護。至2016年底，經(jīng)過了4個雷雨季節(jié)驗證，架空接觸網(wǎng)未發(fā)生雷擊造成的設(shè)備損壞故障，運行情況良好。

　　(3)南京寧天城際軌道交通一期工程采用了本項目研發(fā)的新型防護技術(shù)進行架空接觸網(wǎng)雷電防護。至2016年底，經(jīng)過了3個雷雨季節(jié)驗證，所有采用新型防護方案的接觸網(wǎng)絕緣子沒有發(fā)生雷擊損壞故障，相比南京地鐵地鐵1、2號線架空接觸網(wǎng)雷害情況，防護效果十分明顯。

　　隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，該研究成果的應(yīng)用前景將更加廣闊。