電氣化鐵道供電系統(tǒng)幾種典型過電壓的分析與比較

高沖

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及國民對高速鐵路需求的進(jìn)一步提升，我國的高鐵建設(shè)工作穩(wěn)步扎實推進(jìn)。在電氣化鐵道施工運營的過程中，過電壓問題是保證供電系統(tǒng)安全的關(guān)鍵性工作。本文從電氣化鐵道供電系統(tǒng)幾種典型過電壓的分析入手，闡述不同過電壓的特點及保護(hù)措施，以期可以進(jìn)一步提升鐵路安全工作。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵道;供電系統(tǒng);過電壓;分析;比較

過電壓是指工頻下交流電壓均方根值升高，超過額定值的10%，并且持續(xù)時間大于1分鐘的長時間電壓變動現(xiàn)象。電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象。電工設(shè)備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運行。研究各種過電壓的起因，預(yù)測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)絕緣配合的前提，對于電氣化鐵道的電力系統(tǒng)運行具有重要意義。

一、電氣化鐵道供電系統(tǒng)幾種典型過電壓的分析比較

（一）大氣過電壓

大氣過電壓又稱沖擊過電壓，是自然界中普遍存在的，最為常見的一類過電壓。這類過電壓主要由外界自然條件引起，如雷云放電并作用于供電系統(tǒng)，瞬間就會出現(xiàn)大量高壓電聚集于供電設(shè)備周圍，導(dǎo)致電力設(shè)備受到強(qiáng)烈電磁擾動干擾。大氣過電壓具有突發(fā)性、瞬間性、電壓極高等特點，為了預(yù)防大氣過電壓對電氣化鐵道供電系統(tǒng)造成損害，在施工過程中就會進(jìn)行大量防護(hù)措施，如裝設(shè)避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，采用自動重合閘裝置等措施。但是在實際鐵道運行中，鐵道供電系統(tǒng)如果連續(xù)多次受到大氣過電壓的攻擊，還是會造成局部被雷電擊穿的可能，尤其是在雷雨高發(fā)季節(jié)，大氣過電壓對電氣化鐵道供電系統(tǒng)的安全造成極大威脅。

（二）接觸網(wǎng)空載分閘過電壓

分閘過電壓，即是指在人工操作過程時，斷路器由合閘位置轉(zhuǎn)為斷開位置的過程中，線路所產(chǎn)生的過電壓。為了讓鐵路系統(tǒng)可以更好的發(fā)揮作用，對鐵路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，開展天窗作業(yè)是必不可少的一環(huán)，而在對接觸網(wǎng)天窗作業(yè)的過程中，施工人員要進(jìn)行倒閘作業(yè)，這時候空間線路便會在分閘瞬間出現(xiàn)電弧現(xiàn)象。通常情況下，在對接觸網(wǎng)天窗作業(yè)的過程中，牽引變電所都會采用真空斷路器作為饋線斷路器，該設(shè)備屬于滅弧能力比較強(qiáng)的斷路器，發(fā)生擊穿的概率小于5%，但是一旦分閘瞬間出現(xiàn)問題，空載閉合回路中就會發(fā)生高頻振蕩，電弧一旦重燃就相當(dāng)于電路再次接通，造成極大的供電系統(tǒng)線路威脅，甚至人員傷亡。

（三）接觸網(wǎng)重合閘過電壓

接觸網(wǎng)重合閘過電壓的形成與分閘過電壓的過程正好相反，在天窗維修作業(yè)結(jié)束后，供電系統(tǒng)恢復(fù)供電，這個過程很容易發(fā)生過電壓。把空載閉合回路由原來的接觸網(wǎng)空載狀態(tài)直接向供電狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在這個瞬間自動重合閘開始啟動，因鐵道供電系統(tǒng)電量輸出比較大，因而便容易導(dǎo)致過電壓的形成。這類過電壓在生活用電中也比較常見，如家庭用電中的開關(guān)如果接觸不良，在開關(guān)閉合的瞬間就會產(chǎn)生電火花。在電氣化鐵道系統(tǒng)中該類過電壓的產(chǎn)生不僅會對供電系統(tǒng)的正常運行形成威脅，甚至還會導(dǎo)致自動合閘失敗，整個供電系統(tǒng)停止工作。因此，必須要加對輸送電量線路絕緣部分的管理和維護(hù)。

二、電氣化鐵道供電系統(tǒng)幾種典型過電壓的有效預(yù)防

（一）大氣過電壓的預(yù)防

大氣過電壓是最常見的一類典型過電壓，對于它的預(yù)防要時刻警惕，尤其是在雷雨季節(jié)，供電系統(tǒng)同時受到自身供需電流和外部大氣過電壓的影響，極易發(fā)生擊穿。在設(shè)計變電所以及接觸網(wǎng)位置并進(jìn)行安裝時，必須首先考慮大氣過電壓這一因素，盡量避免供電設(shè)備供電受到干擾。在安裝過程中，裝配更多防需電直擊裝置，在供電設(shè)備周圍設(shè)計大型接地網(wǎng)，將雷電沖擊引至距離設(shè)備較遠(yuǎn)的開闊地區(qū)。定期檢查防需電直擊裝置的安全性，同時可以借助無線監(jiān)測裝置對雷電雨閃擊集中時間段的雷電動作次數(shù)及供電設(shè)備電力幅值變化進(jìn)行密切關(guān)注，一旦雷擊次數(shù)對電流幅值產(chǎn)生干擾，立即啟動預(yù)警裝置，報告技術(shù)人員，將大氣過電壓對鐵道供電系統(tǒng)的傷害降到最低。

（二）供電系統(tǒng)內(nèi)部過電壓預(yù)防

針對另外兩種類型的過電壓，目前我們已經(jīng)掌握了它的形成原理，在過電壓預(yù)防工作中主要要求相關(guān)技術(shù)人員，結(jié)合設(shè)備參數(shù)、工作經(jīng)驗及具體工作情況，在施工前及施工過程中做好早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、杜絕一切安全隱患。譬如選擇滅弧能力更強(qiáng)的斷路器，如今在鐵道供電系統(tǒng)中真空斷路器的應(yīng)用最為廣泛，這類斷路器的安全系數(shù)非常高。另外可以在供電設(shè)備斷路器觸頭上并聯(lián)中值（1000～3000Q）電阻，該型式斷路器的主觸頭與電阻并聯(lián)之后，若電弧在電路狀態(tài)下出現(xiàn)重燃現(xiàn)象，因該類過電壓持續(xù)時間短，電阻式斷路器可以將電壓分流，對供電系統(tǒng)基本不會構(gòu)成危害。

三、結(jié)語

經(jīng)過上面的分析可知，電氣化鐵道供電系統(tǒng)幾種典型過電壓主要有大氣過電壓和接觸網(wǎng)空載分閘過電壓、接觸網(wǎng)重合閘過電壓。其中，第一種屬于自然狀態(tài)引起的過電壓，我們只能采取全面預(yù)防的措施，而后兩種屬于人工作業(yè)引起的過電壓，我們在提前預(yù)防的同時，需要從安全施工著手，有效應(yīng)對。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭佳.電氣化鐵路諧波特性及無功補(bǔ)償方法研究[D].

[2]賴俊駒.過電壓保護(hù)器無線監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)村電氣化，2017（11）：39-41.

[3]劉家軍，劉創(chuàng)，韓斌.一種鐵路電氣化區(qū)段電力電纜頭的監(jiān)測保護(hù)裝置[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018，46（13）.

[4]劉學(xué)佳.電氣線路同步關(guān)合控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[D].