鐵路牽引變電所的防雷技術(shù)分析

許德華

中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司 山西太原 030000

1 鐵路牽引變電所防雷的重要性

雷電作為一種較為常見(jiàn)的天氣，是天空中的雷云之間或者雷云對(duì)地之間由于電位差而產(chǎn)生的瞬間劇烈放電現(xiàn)象。帶負(fù)電的雷云在地表感應(yīng)出正電荷，使得雷云與大地之間類似于一個(gè)電容器。當(dāng)電容器的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，雷云對(duì)大地放電，即為雷擊。一般情況下，變電所雷擊大致分為兩種情況，一種為雷擊直接作用于變電所的設(shè)備之上，另一種情況是架空線路上的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵人變電所。無(wú)論哪種情況，若未能采取有效的防范措施，當(dāng)其發(fā)生時(shí)，強(qiáng)大的電流可能會(huì)造成變電所內(nèi)一次設(shè)備燒毀、二次設(shè)備損壞、自動(dòng)化系統(tǒng)退出等問(wèn)題，導(dǎo)致?tīng)恳冸娝鶡o(wú)法正常供電，進(jìn)而導(dǎo)致鐵路運(yùn)行可靠性降低[1]。

2 牽引變電所的雷電防護(hù)

2.1 防雷設(shè)備分析

（1）外部防雷設(shè)備。

①避雷針，工程建筑中，避雷針屬于常見(jiàn)避雷裝置，一般在桿塔頂端進(jìn)行安裝，可進(jìn)行雷擊的有效防控，將雷擊快速引到地面，降低外部雷擊等引起的危害，但是其一般不可以安裝在門型構(gòu)件位置處，避免雷擊引起變壓器受損的狀況。避雷針安裝中需要加強(qiáng)對(duì)安裝距離的考慮。注意事項(xiàng)：地上由獨(dú)立避雷針到配電裝置的導(dǎo)電部分之間、變電所電氣設(shè)備與構(gòu)架接地部分之間的空氣隙一般不小于5m。其次，地下由獨(dú)立避雷針本身的接地裝置與變電所接地網(wǎng)間最近的地中距離一般不小于3m。

②避雷線、避雷器，以35KV的線路保護(hù)為例，為了提高變電所周邊設(shè)備的穩(wěn)定性，需要加強(qiáng)雷擊沿線的設(shè)備設(shè)施優(yōu)化，需要在變電所進(jìn)出口2KM范圍內(nèi)進(jìn)行避雷線的安裝，一般不采用全線架設(shè)的方法。但是通常在架空避雷線的兩端裝設(shè)管型避雷器，限制沿保護(hù)段以外的線路進(jìn)入變電所內(nèi)的入侵波，其接地電阻不得大于10Ω。對(duì)于電壓35kv、容量3200kvA以下的一般負(fù)荷變電所，可采用簡(jiǎn)化的進(jìn)出線段保護(hù)接線方式。對(duì)于10kv以下的高壓配電線路進(jìn)出線段，只裝設(shè)FZ型或FS型閥型避雷器，以保護(hù)其線路斷路器及隔離開(kāi)關(guān)。

（2）內(nèi)部防雷設(shè)備。閥型避雷器。變壓器母線上，經(jīng)常需要進(jìn)行閥型避雷器的安裝，其保護(hù)效果十分明顯。在6-10kv變電所中，閥型避雷器與被保護(hù)的變壓器間的電氣距離，一般不應(yīng)大于5m。為使任何運(yùn)行條件下變電所內(nèi)的變壓器都能夠得到保護(hù)，對(duì)于分段母線的每段母線上都應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器。多雷區(qū)位置中，變壓設(shè)備的低壓接線需要采取接地處理，一般可安裝避雷器、氧化物等進(jìn)行保護(hù)，降低雷擊作用引起的擊穿。對(duì)應(yīng)防雷體系的材料一般以表面鍍鋅的方法實(shí)現(xiàn)防腐，傳統(tǒng)連接方法為焊接施工。對(duì)應(yīng)搭接長(zhǎng)度需要控制不超過(guò)6倍直徑，扁鋼搭接長(zhǎng)度需要大于寬度的二倍。避雷針安裝中，需要避免電話線等安裝位置，必須充分避免避雷針將雷擊作用借助電話線等傳入室內(nèi)。此外，避雷針的接地位置選擇中需要引起注意，合理考慮其與人行道、道路交叉口等位置的間距，需要采取有效的壓力控制措施，如瀝青材料的使用等[2]。

2.2 直擊雷防護(hù)

當(dāng)雷直接擊到導(dǎo)線上時(shí)，雷電流經(jīng)導(dǎo)線波阻抗產(chǎn)生壓降，其值可達(dá)幾十到幾百萬(wàn)伏，稱為直擊雷過(guò)電壓。雷電直接落在饋線間隔母線上，產(chǎn)生強(qiáng)大電弧，造成該回路上的避雷器瞬間炸裂接地，引起地網(wǎng)電位急劇上升，高壓竄入二次電纜及控制室，摧毀保護(hù)裝置和直流系統(tǒng)。保護(hù)裝置失靈，高壓設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間對(duì)地短路、燃弧，從而造成所內(nèi)設(shè)備大面積損壞，直至一臺(tái)主變壓器燒損，引起上一級(jí)變電站跳閘。直擊雷的防護(hù)主要依靠避雷針和避雷線，其防護(hù)措施的原則：①被保護(hù)物體處于避雷針或避雷器的防護(hù)范圍內(nèi)；②要求雷擊避雷針或避雷線時(shí)不應(yīng)被保護(hù)物體發(fā)生反擊。

避雷針按照接地方式可分為獨(dú)立式和構(gòu)架式。土壤電阻率大于1000Ω/m的地區(qū)或設(shè)備絕緣水平不高（如110kV以下）的情況下最好使用獨(dú)立避雷針，因?yàn)?，它比?gòu)架避雷針距離電氣設(shè)備遠(yuǎn)，不易發(fā)生反擊。使用避雷針應(yīng)就近埋設(shè)輔助集中接地裝置，且該裝置與地網(wǎng)的連接點(diǎn)距離主變壓器的地網(wǎng)連接點(diǎn)至少要大于15m。這是為了將避雷針上的電壓波衰減到不會(huì)對(duì)變壓器造成損害的程度。避雷線在我國(guó)較高電壓等級(jí)變電站內(nèi)使用普遍。它主要有兩種布置形式：一是該線的一端經(jīng)配電裝置構(gòu)架接地，另一端經(jīng)絕緣子串與廠房建筑物絕緣；二是該線兩端都接地形成一個(gè)架空地網(wǎng)。

2.3 侵入波過(guò)電壓防護(hù)

由于絕大多數(shù)變電所裝設(shè)了避雷針、避雷線和接地裝置，因此，繞擊和反擊的事故率很低，每年100個(gè)變電所約發(fā)生0．3次繞擊或反擊；相比之下，變電所的雷害事故主要是由于雷擊線路后產(chǎn)生的雷電侵入波過(guò)電壓和雷擊二次設(shè)備上感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓所造成的。對(duì)雷電侵入波過(guò)電壓的主要防護(hù)措施就是裝設(shè)避雷器。他的裝設(shè)位置和防護(hù)距離在防雷標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)給出，對(duì)于防護(hù)接線，無(wú)論變電所的電氣主接線如何，只要能保證每段可單獨(dú)運(yùn)行的母線上都有一組避雷器就可使整個(gè)主接線得到保護(hù)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示：變電所雷電侵入波過(guò)電壓事故約有50%是由雷擊變電所1km以內(nèi)的線路引起的，約有71%是由雷擊3km以內(nèi)線路引起的。這說(shuō)明加強(qiáng)進(jìn)線段線路防雷保護(hù)對(duì)于減少雷電侵入波過(guò)電壓非常重要，限制雷電侵入波過(guò)電壓還需要將保護(hù)的范圍延伸至變電所外1-2km的輸電線路上[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要保證鐵路牽引變電所的安全穩(wěn)定運(yùn)行，既要保證變電所接地電阻滿足規(guī)范要求，并定期檢測(cè)地網(wǎng)阻值，還要依據(jù)變電所的防雷條件、防雷要求等采取有效的防雷措施。