淺談電氣化鐵路防雷技術(shù)分析及其生產(chǎn)應(yīng)用研究

馬瑞軍

(鄭州鐵路局 鄭州供電段，河南 鄭州 450000)

接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，絕大部分裸露于自然環(huán)境中且沒(méi)有備份，需要采用必要的大氣過(guò)電壓防護(hù)措施。如果缺少防護(hù)措施或措施不當(dāng)，可能引起絕緣子損壞、造成線路跳閘，直接影響電氣化鐵道運(yùn)營(yíng)。雷電防護(hù)是鐵路電氣化發(fā)展的一個(gè)重要課題，很多鐵路架空線路架設(shè)在曠野，離地又有一定的高度，容易遭雷，為了保證安全供電，必需防雷。在上世紀(jì)中葉，開(kāi)展了大量的雷電活動(dòng)觀測(cè)研究。人們觀測(cè)到地面落雷密度、雷電流幅值的分布等雷電參數(shù)。到上世紀(jì)后期，隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的進(jìn)步又開(kāi)始了雷電定位系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)和使用，并建立了雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，完善了雷電預(yù)報(bào)和預(yù)警機(jī)制，為人類更多地了解雷電活動(dòng)的規(guī)律提供了新的手段。

1 雷電的形成

1.1 通常雷擊有三種主要形式

一是帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做“直擊雷”。二是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過(guò)程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫做“雷電電磁脈沖感應(yīng)”俗稱“感應(yīng)雷”，它是二次雷擊。所以也有稱為“二次雷”。三是“球形雷”。

1.2 雷擊的形成

雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶電的云層或帶電的云層與大地之間的迅猛放電。這種迅猛放電伴有強(qiáng)烈的光和巨大的聲音。所謂雷就是指的“聲音”，電實(shí)際指的是“光”，即“電閃雷鳴”。根據(jù)年平均雷暴日，將雷電活動(dòng)地區(qū)分為:少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)。

1.3 雷電流參數(shù)

研究雷電流參數(shù)，主要要了解雷電的幅值和波形。根據(jù)國(guó)外觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，目前世界上觀測(cè)到的最大的雷電流可達(dá)到430KA(瑞士)，國(guó)內(nèi)觀測(cè)到的最大雷電流為300kA(黑龍江)。在自然界中超過(guò)200kA的雷電僅占全部雷電數(shù)的1%左右。

2 避雷器的保護(hù)原理

避雷器是用以限制由線路傳來(lái)的雷電沖擊或由操作引起的內(nèi)部過(guò)電壓的一種電氣設(shè)備。其保護(hù)原理和避雷針不同，它實(shí)質(zhì)上是一種放電器，并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備附件。當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)避雷器的放電電壓，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護(hù)電力設(shè)備放電，從而限制了過(guò)電壓的發(fā)展，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護(hù)。目前使用的避雷器有①保護(hù)間隙，②管式避雷器，③閥式避雷器，④金屬氧化物避雷器。

2.1 保護(hù)間隙

保護(hù)間隙常用雙羊角狀間隙，取其有電弧上吹特性，我國(guó)常用于3－10kV電網(wǎng)中。保護(hù)間隙有一定的限制過(guò)電壓效果，但不能避免供電中斷。

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉。缺點(diǎn):保護(hù)效果差，與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性不易配合;動(dòng)作后產(chǎn)生的截波，對(duì)變壓器匝間絕緣有很大的威脅。因此它往往與其它防護(hù)措施配合使用。

2.2 管型避雷器

管式避雷器不但有一個(gè)切斷電流的下限，而且還有一個(gè)切斷電流的上限。其安裝點(diǎn)最大與最小短路電流要分別小于和大于管式避雷器的上、下限。管式避雷器伏秒特性陡，放電分散性大，動(dòng)作產(chǎn)生截波，放電特性受大氣條件影響，故它主要用作保護(hù)線路弱絕緣，以及變電所的進(jìn)線保護(hù)段。

2.3 閥型避雷器

當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到間隙動(dòng)作電壓，間隙動(dòng)作，沖擊電流經(jīng)閥片流入大地;之后，閥片僅受到工頻電壓作用，由于非線性關(guān)系，閥片電阻值增高，使流過(guò)的工頻續(xù)流受到限制，并在第一次過(guò)零瞬間，由間隙將此續(xù)流切斷。注意:避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流被切斷不超過(guò)半個(gè)周波，因此線路在整個(gè)過(guò)程均保持正常供電。

2.4 磁吹閥式避雷器

提高避雷器切斷工頻續(xù)流值的方法之一是“磁吹”，即利用磁場(chǎng)電弧的電動(dòng)力作用，使電弧拉長(zhǎng)或旋轉(zhuǎn)，以提高間隙滅弧能力。

2.5 金屬氧化物避雷器(MOA)

20世紀(jì)60年代末，70年代初，日本首先研制成功氧化鋅非線性電阻片和電力用避雷器以后，經(jīng)過(guò)世界各國(guó)的共同努力，氧化鋅電阻片的發(fā)展已達(dá)到成熟。氧化鋅非線性電阻片是以氧化鋅為主要材料，摻以微量的氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化銻、氧化鉻等添加物，經(jīng)過(guò)成型、燒結(jié)、表面處理等工藝過(guò)程而制成。氧化鋅電阻片具有非常優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消串連火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流。

2.6 復(fù)合外套氧化鋅避雷器

2.6.1 保護(hù)性能好。在額定電壓作用下，通過(guò)的電流極小，因此可以做成無(wú)間隙避雷器，它不需間隙動(dòng)作。電壓一旦升高，即可迅速吸收過(guò)電壓能量，抑制過(guò)電壓的發(fā)展;有良好的陡度響應(yīng)特性;性能穩(wěn)定。

2.6.2 金屬氧化物避雷器基本無(wú)續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。在雷電或操作沖擊作用下，只需吸收過(guò)電壓能量，不需吸收續(xù)流能量。

2.6.3 通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒(méi)有串聯(lián)間隙的制約，僅與閥片本身的強(qiáng)度有關(guān)。同碳化硅(SiC)閥片比較，氧化物閥片單位面積的通流能力大4－4.5倍。

2.6.4 復(fù)合外套金屬氧化物避雷器的優(yōu)點(diǎn)。很大程度上消除了避雷器受潮的隱患。復(fù)合外套ZnO避雷器，內(nèi)部真空澆注，排除了內(nèi)部氣隙。從根本上消除了避雷器外套爆炸的危險(xiǎn)。重量輕，體積小。擴(kuò)大了避雷器的使用范圍。耐污性能好。散熱特性好。制造工藝簡(jiǎn)單。27.5kV無(wú)間隙ZnO避雷器的典型參數(shù):額定電壓42kV，標(biāo)稱放電電流下殘壓(10kA)110/120kV，方波通流容量20次(400－600A)，持續(xù)運(yùn)行電壓下阻性電流200μA.

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雷電知識(shí)的了解，掌握基本的雷電原理及應(yīng)對(duì)方法，這樣在鐵路防雷產(chǎn)品的選擇和安裝過(guò)程中就可以避免造成不必要損失，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)上也得到效益最大化。

［1］于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［U］.成都:西南交通大學(xué)，2005.

［2］陳梁金.金屬氧化物避雷器對(duì)750kV線路進(jìn)線開(kāi)關(guān)的保護(hù)效果研究［J］;電瓷避雷器;2003年04期.

［3］賀建國(guó).110kV線路型避雷器［J］;電瓷避雷器;2000年04期.

［4］王衛(wèi)峰.正確選擇安裝金屬氧化物避雷器.河南科技.2002年12期

［5］鄭江.線路避雷器在防雷中的作用研究［J］;電瓷避雷器;2006年06期.