蔡娟　楊濤

摘要：在鐵路供電系統(tǒng)中，牽引變電所是重要的組成部分。由于牽引變電所中有很多高壓電氣設(shè)備，如果受到雷擊很有可能會(huì)被摧毀，導(dǎo)致供電中斷，影響鐵路的正常運(yùn)輸，所以做好鐵路牽引變電所的防雷保護(hù)措施具有重要意義。基于此，文章對高鐵牽引變電所的防雷保護(hù)措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高鐵；牽引變電所；防雷保護(hù)；鐵路供電系統(tǒng)；高壓電氣設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2016）09-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.009

變電所防雷主要指的是雷電侵入波防護(hù)、直擊雷防護(hù)等。由于牽引變電所中的電氣設(shè)備均不具備自我恢復(fù)的能力，受雷擊影響，如果保護(hù)措施不到位導(dǎo)致電氣設(shè)備被損壞，就會(huì)出現(xiàn)大面積停電的情況，為了避免出現(xiàn)雷害，需要充分做好牽引變電所的防雷保護(hù)措施。

1 牽引變電所介紹

牽引變電所是高速鐵路的供電電源。通過使用變換、降壓的方式將電力系統(tǒng)三相高壓轉(zhuǎn)變成單相電壓送入到接觸網(wǎng)上，由動(dòng)車組或供電力機(jī)車進(jìn)行取流。由于電氣化鐵道為一級負(fù)荷，需要確保供電的連續(xù)性，所以牽引變電所一般會(huì)使用主電源和備用電源兩套高壓電源。我國很多地方牽引變電所主要使用110kV電壓等級的線路進(jìn)行供電。為了降低單相牽引負(fù)荷引起高壓側(cè)三項(xiàng)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)序、不對稱、諧波等因素，高速鐵路牽引變電所主要使用220kV以上的電壓等級來進(jìn)行供電。牽引網(wǎng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓為25kV，因?yàn)榻佑|網(wǎng)線路允許電壓有10%的波動(dòng)，所以牽引變電所牽引母線對地電壓大小為27.5kV，為了提高檢修的便利性以及牽引變電所持續(xù)供電，牽引變電所一般使用兩臺同型號的牽引變壓器并聯(lián)運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，牽引變壓器是保證牽引變電所安全運(yùn)行的重點(diǎn)，是傳輸能量和降壓的主要設(shè)備，所以，變電所的保護(hù)裝置、電氣主接線、監(jiān)控輔助設(shè)備、控制設(shè)備都需要將牽引變壓器作為中心來設(shè)置。牽引變電所中的設(shè)備主要有隔離開關(guān)、斷路器、主變壓器、電流互感器、電壓互感器、補(bǔ)償電容等電氣設(shè)備，這些電氣設(shè)備和連接導(dǎo)線共同組成電氣主接線。在運(yùn)行過程中，電氣主接線對配電裝置的布置方式、電氣設(shè)備的選擇、設(shè)備的運(yùn)行方式、設(shè)備的檢修方式等均有很大的影響。

2 雷擊產(chǎn)生的原因以及入侵途徑

2.1 雷擊產(chǎn)生的原因

2.1.1 直擊過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)備電壓過大，將設(shè)備絕緣擊穿，出現(xiàn)電氣短路的情況。與此同時(shí)，雷電從物體穿過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，并且還會(huì)將導(dǎo)線燒斷。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，并且線路多在郊外架設(shè)，受雷擊的概率比較大，所以直擊過電壓是造成雷擊的主要因素。

2.1.2 感應(yīng)過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)生較大的過電壓，嚴(yán)重影響著牽引變電所運(yùn)行的安全性。

2.2 雷擊入侵途徑

2.2.1 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)電的角度來說，雷擊點(diǎn)位于檔距中間時(shí)對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，當(dāng)某個(gè)基桿塔塔頂受到雷擊時(shí)，受到的影響最大，因?yàn)榇藭r(shí)雷電流會(huì)從此桿塔進(jìn)入到大地，電壓值最大；（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：

圖1 雷擊示意圖

2.2.2 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有處于被保護(hù)的情況下，如果對電纜頭造成直擊，雷電波會(huì)直接對變電所電氣設(shè)備造成很大的破壞，并且維護(hù)難度也比較大。

圖2 高壓側(cè)電纜侵入雷擊示意圖

3 牽引變電所防雷措施

3.1 直擊雷的預(yù)防措施

安裝避雷針是預(yù)防直擊雷的一個(gè)有效措施，作為一種保護(hù)電力設(shè)備和建筑物免受雷擊的設(shè)備，避雷針可以將收到的雷電流引入到大地，防止建筑物受到雷電侵?jǐn)_。因?yàn)榘惭b避雷針主要是將雷電流引導(dǎo)到自身，所以安裝過程中要注意做好以下三點(diǎn)：（1）在安裝避雷針時(shí)，要和牽引變電所的電氣設(shè)備、接地設(shè)備等保持合理的距離。避雷針地下接地部分要和變電所接地網(wǎng)之間的距離要保3米以上，地上部分避雷針和牽引變電所電氣設(shè)備、裝置導(dǎo)電部分、架構(gòu)地部分的空間距離要保持6米以上；（2）通常情況下，避雷針的接地電阻要控制在10歐姆以內(nèi)；（3）要選擇合理的位置安裝避雷針，為了防止反擊雷電以及感應(yīng)雷電毀壞設(shè)備，避雷針不要在牽引變電所的房屋上安裝。

3.2 雷電波侵入防護(hù)措施

在對感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓產(chǎn)生的雷電波入侵進(jìn)行防護(hù)時(shí)，多使用MOA避雷器，為了可以將MOA避雷器的保護(hù)作用充分發(fā)揮出來，需要達(dá)到以下四個(gè)要求：（1）電流限制。要將所有從避雷器流過的電流限制到標(biāo)準(zhǔn)放電電流水平范圍中；（2）伏秒特性曲線。避雷針的曲線要大于被保護(hù)電氣設(shè)備的曲線；（3）限制距離。要將避雷針和被保護(hù)電氣設(shè)備之間的距離保持在允許的距離范圍中；（4）限制電壓。當(dāng)有標(biāo)稱放電電流從避雷器中流過時(shí)，MOA避雷設(shè)備的殘壓和沖擊電壓要保持在允許的標(biāo)稱放電電流范圍中。

3.3 保護(hù)牽引變電所V側(cè)進(jìn)線段

在對進(jìn)線段進(jìn)行保護(hù)時(shí)，為了使侵入沿線的雷電波陡度降低，可以使用避雷線架設(shè)在進(jìn)線線路的上方。具體而言，架設(shè)避雷線主要有兩個(gè)作用：（1）防止雷電對保護(hù)線路造成直擊，降低進(jìn)入到該段雷電波流；（2）對從避雷器經(jīng)過的沖擊電流進(jìn)行限制。

3.4 對牽引變壓器進(jìn)行保護(hù)

為了避免對雷電波絕緣造成損害，需要將避雷器安裝到牽引變壓器四周。一般情況下可以選用雙繞組牽引變壓器進(jìn)行安裝。在使用雙繞組牽引變壓器時(shí)，需要在低壓繞組處和高壓繞組處都安裝避雷器。對于三繞組牽引變壓器，需要使用一根避雷器安裝在低壓繞組任意一個(gè)出線段。

3.5 變電所防雷接地

防雷接地的主要目的是為了順利地將進(jìn)入到防雷系統(tǒng)的閃電流導(dǎo)入到大地中，避免雷電能力在防雷系統(tǒng)中的某個(gè)位置集中對變電所造成破壞。只有良好的接地效果才可以將雷電能量卸掉，使引線上的電壓降低，防止出現(xiàn)反擊的情況。為了保證防雷效果，首先要保證接地的良好性，防止避雷帶、避雷針等設(shè)備接地，出現(xiàn)二次反擊雷，影響電子設(shè)備的正常使用。因此，變電所接地電網(wǎng)運(yùn)行過程中，要保證電阻可以達(dá)到規(guī)定要求，并定期檢測電網(wǎng)電阻，保證接地電阻可以安全運(yùn)行。按照變電所防雷條件、防雷要求，使用相應(yīng)的防雷措施。對于不同位置的設(shè)備系統(tǒng)，要進(jìn)行電源防雷設(shè)備、等電位設(shè)備浪涌電壓保護(hù)設(shè)備進(jìn)行防雷，保證各個(gè)層次的設(shè)備都可以取得良好的防雷效果。在變電所防雷保護(hù)達(dá)到規(guī)定要求后，要根據(jù)工作接地和安全防雷的要求，建立統(tǒng)一的接地網(wǎng)，為了達(dá)到防雷要求，使用接地體安裝在避雷器和避雷針下方。在鋪設(shè)接地體時(shí)，一般單獨(dú)進(jìn)行

鋪設(shè)。

3.6 二次系統(tǒng)防雷

根據(jù)二次系統(tǒng)的基本配置，在進(jìn)行防雷時(shí)，可以在各母線段、交流屏電源進(jìn)線處安裝電源SPD，避免雷擊產(chǎn)生的過電壓對交直流系統(tǒng)造成干擾，初步保證二次系統(tǒng)的安全性。為了保證通信設(shè)備、UPS電源等設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，可以將SPD電源布置在一些比較重要的饋出回路上。為了避免合閘電源進(jìn)線在高壓設(shè)備區(qū)出現(xiàn)雷電過電壓，可以將電源SPD布置在合閘母線和控制母

線處。

4 結(jié)語

在我國高速鐵路的不斷發(fā)展下，防雷已經(jīng)成為了高鐵牽引變電所的工作重點(diǎn)，為了降低雷擊對高速鐵路正常運(yùn)行造成的影響，確保高速鐵路持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行下去，需要重點(diǎn)做好牽引變電所的防雷工作。在施工時(shí)，高架橋的高度不能過大，降低雷擊影響。為了將直擊雷造成的危害降低，對于多雷區(qū)域可以適當(dāng)增加避雷線

數(shù)量。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：蔡娟（1991-），女，湖南岳陽人，中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司變電專業(yè)技術(shù)員，研究方向：鐵路牽引變電施工。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）