淺論鐵路牽引變電所的防雷技術(shù)

金玉山

摘要：為了充分提高電氣化鐵路行業(yè)的進(jìn)展，需要充分加強(qiáng)變電所的防雷保護(hù)，采取各種有效措施進(jìn)行防雷保護(hù)，以期提高綜合控制能力和整體安全性，在保證供電系統(tǒng)基本功能的前期下，不斷提高其安全等級(jí)，建立合理的設(shè)備運(yùn)行體系和管理要求。鑒于此，本文主要分析鐵路牽引變電所的防雷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鐵路;牽引變電所;防雷技術(shù)

一、引言

大秦線作為鐵路重載運(yùn)輸?shù)氖痉毒€，2003 年完成1. 2 億噸運(yùn)量任務(wù)后，以后每年以 5 千萬(wàn)噸的運(yùn)量遞增，隨著運(yùn)量逐年遞增導(dǎo)致?tīng)恳╇娙萘坎蛔?，大秦線牽引供電隨著逐年進(jìn)行了擴(kuò)能改造。大秦牽引變電所多數(shù)坐落于山區(qū)雷電災(zāi)害較重范圍之內(nèi)，而部分早期投運(yùn)變電所的防雷設(shè)備改造卻大大滯后于擴(kuò)容改造，如管內(nèi)夏莊子變電所、遷西變電所就位于山地多雷區(qū)段，該兩所處位置每年5月到8月進(jìn)入雷雨季節(jié)，其中因雷雨天氣造成牽引跳閘頻繁，嚴(yán)重干擾了正常供電。而大秦二期從目前牽引變電所防雷設(shè)備大體還是基于1992年開(kāi)通時(shí)架設(shè)，避雷針設(shè)計(jì)高度防護(hù)范圍，地阻網(wǎng)老化，防雷害能力弱化，遇雷害頻繁時(shí)段，對(duì)牽引變電所安全形成巨大隱患。

二、雷擊產(chǎn)生的原因

2.1直擊過(guò)電壓造成的雷擊事故。有時(shí)雷云會(huì)直接擊中牽引變電所的電纜設(shè)備，產(chǎn)生很大的電流導(dǎo)致設(shè)備電壓過(guò)大，將設(shè)備絕緣擊穿，出現(xiàn)電氣短路的情況。另外，連入變電所的二次設(shè)備受到雷擊后二次電纜導(dǎo)流，也會(huì)導(dǎo)致二次設(shè)備被燒壞。因?yàn)槎鄺l輸電線路均在變電所交匯，并且線路多在野外架設(shè)，受雷擊的概率比較大，所以直擊過(guò)電壓是造成雷擊的主要因素。

2.2感應(yīng)過(guò)電壓造成的雷擊事故。當(dāng)帶有負(fù)電荷的雷云從架空線路上方經(jīng)過(guò)時(shí)，受靜電感應(yīng)的影響，會(huì)有大量的正電荷在架空線路的上方聚集，當(dāng)雷云向大地放電以后，這些位于架空線路上方的正電荷的約束力會(huì)喪失，并再次獲得自由，流動(dòng)到導(dǎo)線兩側(cè)，產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，嚴(yán)重影響著牽引變電所運(yùn)行的安全性。

三、雷擊的入侵途徑

3.1門型架雷電波入侵途徑。當(dāng)使用避雷線和架空導(dǎo)線接入到牽引變電所門型架的接線方式時(shí)，雷電波主要有以下三種方式侵入變電所：（1）站在地線間氣隙擊穿、雷擊引起導(dǎo)電的角度來(lái)說(shuō)，雷擊點(diǎn)位于檔距中間時(shí)對(duì)避雷線造成的危害最大;（2）從近區(qū)雷擊干塔塔頂，順著桿塔、避雷線等雷擊線路產(chǎn)生的絕緣子串閃絡(luò)。這種入侵途徑下，電壓值最大，受到的影響也最大.（3）處于進(jìn)線段以外的遠(yuǎn)區(qū)落雷會(huì)順著高壓電源導(dǎo)線侵入到牽引變電所。雷擊點(diǎn)如圖1所示：

3.2從高壓側(cè)電纜進(jìn)入。一些牽引變電所出于結(jié)構(gòu)、地理位置等因素考慮，進(jìn)入到變電所以后，最后檔距會(huì)選用地下電纜進(jìn)入，如圖2所示。在一號(hào)桿塔外線路落雷和架空線直接進(jìn)入的情況比較相似，只是在一定程度上降低了最后一段檔距產(chǎn)生的落雷，由于這種情況下電纜沒(méi)有處于被保護(hù)的情況下，如果對(duì)電纜頭造成直擊，雷電波會(huì)直接對(duì)變電所電氣設(shè)備造成很大的破壞，并且維護(hù)難度也比較大。

四、牽引變電所的防雷技術(shù)應(yīng)用

4.1、變電所內(nèi)一次設(shè)備的防雷、接地及回流

避雷針是人為設(shè)立的優(yōu)良導(dǎo)體，適用于電氣設(shè)備相對(duì)集中的區(qū)域，對(duì)于泄放雷電流具有突出作用，對(duì)直擊雷有很好的防護(hù)作用。所內(nèi)避雷針在安裝過(guò)程中要注意和變電所電氣設(shè)備、接地裝置之間保持足夠的安全距離，同時(shí)避雷針的接地電阻也要嚴(yán)格控制在10Ω之內(nèi)。

充分的利用避雷針，能夠全面的進(jìn)行防雷的工作。在避雷針的安裝過(guò)程中，務(wù)必對(duì)距離標(biāo)準(zhǔn)給予足夠的重視，具體有：首先，務(wù)必保證地上由獨(dú)立避雷針到配電裝置的導(dǎo)電部分之間≥5m，變電所電氣設(shè)備與構(gòu)架接地部分之間的空氣隙≥5m。其次，避雷針的接地裝置和變電所接地網(wǎng)間最近的地中距離≥3m。

在牽引變電所27.5.kV側(cè)裝設(shè)避雷器，以避免雷電波繞擊、反擊等現(xiàn)象對(duì)電氣設(shè)備安全運(yùn)行的影響。牽引變電所內(nèi)常用的氧化鋅避雷器沒(méi)有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開(kāi)斷的作用，具有良好的保護(hù)性能。

在多雷區(qū)，還應(yīng)在每回27.5.kV饋線的首端，即變電所設(shè)備和避雷器與饋線供電線之間裝設(shè)抗雷線圈，可明顯限制雷電波的波前陡度，并且降低雷電波人侵過(guò)電壓幅值，從而進(jìn)一步削弱過(guò)電壓對(duì)變電所內(nèi)電氣設(shè)備的影響?；蛟陴伨€出口處裝設(shè)獨(dú)立的避雷針，其目的是避免強(qiáng)雷區(qū)變電所出線口附近的饋線或電網(wǎng)被雷擊而引起的幅值和陡度較高的雷電波侵入變電所。為實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所設(shè)備的防雷保護(hù)，不僅可在饋線上加裝避雷器，還可采用電容器組加避雷器、抗雷線圈加避雷器、單芯電纜加保護(hù)間隙等接線方式。

4.2、變電所內(nèi)二次系統(tǒng)防雷

現(xiàn)代電氣化鐵路牽引變電所僅靠避雷器、避雷針等進(jìn)行防雷已不能滿足要求，還需考慮對(duì)浪涌電壓的防護(hù)。牽引變電所二次系統(tǒng)的防雷可以考慮在交直流屏、室外照明配電箱內(nèi)設(shè)置相應(yīng)等級(jí)的電源浪涌保護(hù)器，避免雷擊過(guò)電壓引起的瞬時(shí)大電流侵入自動(dòng)化系統(tǒng)的電源設(shè)備，造成電源模塊故障或損壞;在綜自裝置、接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制屏等內(nèi)部也要按規(guī)范要求設(shè)置專用的浪涌保護(hù)器，且安裝位置應(yīng)盡量靠近設(shè)備前端，防止對(duì)測(cè)控保護(hù)回路造成影響。

4.3、變電所的防雷接地

雷電作用下，需要對(duì)變電所相關(guān)設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)置，將雷擊電流充分引入地表，避免對(duì)設(shè)備的傷害，需要將電壓維持在一定范圍內(nèi)，減低雷擊作用導(dǎo)致的危害。變電所需要加強(qiáng)接地網(wǎng)的設(shè)置，在滿足行業(yè)規(guī)范要求的前提下，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)其進(jìn)行等電位連接、防雷裝置保護(hù)等處理，提高設(shè)備的安全等級(jí)。加強(qiáng)變電所周邊環(huán)境、運(yùn)行工況等的綜合分析，在不同區(qū)域建立合理的設(shè)備系統(tǒng)，提高變電所整體防雷效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，只有保證牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定安全的運(yùn)行，才能全面的保證整個(gè)電氣化鐵路的列車的運(yùn)行安全。同時(shí)其牽引變電的環(huán)境也能對(duì)供電系統(tǒng)造成一定的影響，因此，務(wù)必全面的保證接地防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，保證供電系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

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