韓秀娟

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

探究牽引變電所二次系統(tǒng)防雷措施

韓秀娟

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

分析了牽引變電所被雷擊的原因，就雷電侵入其二次系統(tǒng)的主要途徑進(jìn)行了探討并給出行之有效的防雷措施。為進(jìn)一步提升遷引變電所的防雷技術(shù)，保證牽引變電所安全、平穩(wěn)的運(yùn)行提供了保障。

牽引變電所；二次系統(tǒng)；防雷措施

引言

進(jìn)入新世紀(jì)后，國(guó)內(nèi)電子科技水平不斷提升，電氣化鐵路牽引變電所擁有越來(lái)越高的自動(dòng)化程度，在二次系統(tǒng)中的信號(hào)、保護(hù)、交通等裝置中電子元件被大量的采用。這些微電子工作電壓不高，耐電壓和電流的水平有限，很容易遭受雷電的侵襲而無(wú)法平穩(wěn)的工作，筆者在本文中就其防雷措施進(jìn)行深入的探討，以期進(jìn)一步提升牽引變電所二次系統(tǒng)的防雷水平。

1　牽引變電所遭雷擊的原因分析

1.1雷電的成因分析

之所以會(huì)出現(xiàn)雷電則是在特殊環(huán)境下大氣和大地作用的結(jié)果，是一種正常的放電現(xiàn)象，在積雨云中很常見(jiàn)。大氣的溫度和氣流處于動(dòng)態(tài)之中，積雨云也會(huì)不斷地運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中相互磨察產(chǎn)生電子，導(dǎo)致云層帶電。一般情況下，在下層的雷云會(huì)帶負(fù)電荷，當(dāng)其接近地面的時(shí)候會(huì)發(fā)生電荷感應(yīng)，帶上正電荷，由此會(huì)出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象。這時(shí)，雷云和地面便形成電場(chǎng)。當(dāng)電荷密度大到一定程度的時(shí)候，就會(huì)把空氣擊穿出現(xiàn)雷電現(xiàn)象。

1.2牽引變電所遭雷擊的情況分析

1）感應(yīng)過(guò)電壓。雷電沿著架空線路侵入牽引變電所被稱為感應(yīng)過(guò)電壓。當(dāng)架空線路上方出現(xiàn)攜帶負(fù)電荷的雷云，在靜電感應(yīng)的作用下，正電荷在架空線路的某一處大量聚集。但是，雷雨向大地放電的過(guò)程中，架空線路里對(duì)正電荷的約束力會(huì)越來(lái)越弱，正電荷會(huì)越來(lái)越活躍，向?qū)w的兩端自由流動(dòng)，此時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓會(huì)很高，從而威脅牽引變電所的運(yùn)營(yíng)安全。

2）直擊過(guò)電壓。牽引變電所的設(shè)備有時(shí)會(huì)被雷云直接的擊中，產(chǎn)生的雷電流會(huì)特別大，設(shè)備的過(guò)電壓會(huì)很高，把設(shè)備的絕緣擊穿，讓設(shè)備出現(xiàn)短路的情況。與此同時(shí)，物體中有雷電電流穿出現(xiàn)過(guò)熱效應(yīng)，把導(dǎo)線燒斷。和變電所二次相連的設(shè)備被雷電直接擊中后，因?yàn)槎坞娎|具有導(dǎo)流的特性，變電所二次設(shè)備面臨被燒損的風(fēng)險(xiǎn)［1］。

2　雷電侵入牽引變電所二次系統(tǒng)的途徑

2.1交直流電源系統(tǒng)引入雷電過(guò)電壓

牽引變電所外部和內(nèi)部的電源被雷擊中，固然會(huì)經(jīng)過(guò)多級(jí)避雷器處理，電壓幅值顯著下降，但是因?yàn)槔纂姴妷?、能量都較高，仍有可能以脈沖形式經(jīng)過(guò)變電器向交直流系統(tǒng)傳遞。這種電壓不會(huì)危害高壓設(shè)備，但是對(duì)二次設(shè)備來(lái)講由于其的耐壓值很低，經(jīng)過(guò)電壓破壞，輕者設(shè)備老化嚴(yán)重，重則導(dǎo)致系統(tǒng)損壞，無(wú)法正常、平穩(wěn)的工作。除此之外，牽引變電所室內(nèi)和室外控制電纜較多，也極有可能被感應(yīng)雷過(guò)電壓破壞。

2.2電壓電流互感器引入雷電過(guò)電壓

對(duì)電流互感器和電壓互感器而言，他們是牽引變電所內(nèi)接入高壓的部分，很有可能承接來(lái)自高壓線路上的過(guò)電壓，然后再傳至自動(dòng)化設(shè)備，讓計(jì)量裝置、自投裝置等遭受損壞。

2.3接地系統(tǒng)引入雷電過(guò)電壓

目前接地電阻是牽引變電所接地網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中考核的主要指標(biāo)，而對(duì)接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)關(guān)注度不高，讓接觸電壓的效果不理想。當(dāng)雷電擊中牽引變電所的時(shí)候，在避雷針、避雷器的牽引下，雷電流會(huì)進(jìn)入變電網(wǎng)的接地網(wǎng)而散流向大地。要是接地網(wǎng)沒(méi)有較好的均壓效果，由于雷電流過(guò)于強(qiáng)大會(huì)讓接地網(wǎng)的局部電位過(guò)高，接地網(wǎng)不能均勻的分布電流，設(shè)備接地線會(huì)處于高電位，和設(shè)備外的通信、電源線路之間存在電位差，這些電位差會(huì)強(qiáng)加在設(shè)備上，損壞低壓設(shè)備。

2.4通信線路引入雷電過(guò)電壓

當(dāng)前，光纖通信是牽引變電所和外部聯(lián)系的主要方式，所以，GPS天線是牽引變電所中把雷電壓引入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要設(shè)備。

3　牽引變電所二次系統(tǒng)防雷措施

3.1合理設(shè)計(jì)接地裝置

對(duì)牽引變電站二次系統(tǒng)來(lái)講，接地系統(tǒng)的優(yōu)良與否直接決定其電壓防護(hù)的優(yōu)劣。在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，不能僅僅重視接地電阻值，還需要對(duì)接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)進(jìn)行驗(yàn)算。筆者建議設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的時(shí)候使用放空接地網(wǎng)，這樣才能具有更好的均壓效果；設(shè)置水平均壓帶之前要驗(yàn)算接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)以及其仿真情況，導(dǎo)致在雷擊的時(shí)候出現(xiàn)點(diǎn)位不均的情況，讓二次系統(tǒng)被損壞。要盡量的把垂直的接地體布置在避雷器和避雷針?biāo)幍奈恢?，可以讓雷電流散泄的更快，保證不出現(xiàn)雷電流過(guò)大讓局部電壓過(guò)高的情況。建設(shè)接地網(wǎng)的時(shí)候，讓主地網(wǎng)和設(shè)備接地線可靠地連接在一起［2］。

3.2屏蔽

所謂的屏蔽指的是讓雷電電磁場(chǎng)浸入二次系統(tǒng)的通道阻斷。就牽引變電所而言，采用的屏蔽措施主要是在二次設(shè)備外殼使用屏蔽材料，增強(qiáng)他們的抗干擾能力；在二次電纜上使用屏蔽電纜，因?yàn)椴唤拥氐那闆r下，屏蔽層不會(huì)屏蔽電場(chǎng)干擾，所以屏蔽層很有必要接地。為了讓雷電電磁場(chǎng)對(duì)二次電纜的電磁干擾進(jìn)一步降低，因此鋪設(shè)二次電纜的時(shí)候使用輻射的形狀效果會(huì)更好；電纜屏蔽層的接地點(diǎn)要盡量遠(yuǎn)離大雷電流。

3.3隔離

隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的輔助接點(diǎn)處是牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接入開(kāi)關(guān)量、采集回路的地方，同時(shí)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)所處的回路比較強(qiáng)，操作過(guò)電壓或者雷電壓會(huì)對(duì)其造成干擾，因此，筆者建議使用光耦隔離措施在回路接入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的時(shí)候進(jìn)行隔離。

4　結(jié)語(yǔ)

我們不僅需要對(duì)其進(jìn)行深化研究，更需要培養(yǎng)合格的人才，牽引變電所二次系統(tǒng)對(duì)牽引變電所安全、穩(wěn)定的運(yùn)行非常重要，由于其所處環(huán)境的限制經(jīng)常會(huì)被雷擊，這就要求我們必須加強(qiáng)其防雷措施的理論研究和利用。

［1］張誠(chéng)，張紀(jì)元，周惠斌，等.京哈線鐵路自閉貫通電能質(zhì)量分析及治理方案［J］.電氣化鐵道，2014（2）:1-4.

［2］張威，何守勝，胡東波，等.淺析變電站二次系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)［J］.湖北電力，2010（3）:45-46；48.

（編輯：王慧芳）

Research on Lightning Protection Measures for the Two System of Traction Substation

Han Xiujuan
（North Engineering Company Limited of Chinese Railway Electrification Bureau Group，Taiyuan Shanxi 030000）

In this paper，the reason of the electric traction substation is analyzed firstly，then the main way of the second system is discussed，and finally the effective lightning protection measures are given.To further improve the lightning protection technology，it is necessary to ensure the safety and smooth operation of traction substation.

traction substation；two system；lightning protection measure

U224.3

A

2095-0748（2015）21-0023-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.10

2015-10-10

韓秀娟（1973—），女，山西汾西人，大專，畢業(yè)于重慶大學(xué)，助理工程師，研究方向：鐵路電氣化工程及其自動(dòng)化。