陳進(jìn)斌

摘 要： 隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，鐵路牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路的核心保障，隨著鐵路路網(wǎng)的快速建設(shè)，牽引變電所設(shè)置也愈發(fā)密集，確保牽引變電所的正常穩(wěn)定運(yùn)行成為安全運(yùn)維的第一要?jiǎng)?wù)。據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，在牽引供電系統(tǒng)歷年發(fā)生的事故中，有超過(guò)半數(shù)的事故是由雷擊造成。鐵路牽引變電所二次側(cè)系統(tǒng)相應(yīng)增設(shè)了大量的電子設(shè)備。這些微電子裝置工作電壓低，耐過(guò)壓及過(guò)流的水平低，抗雷電電磁脈沖的能力差，易遭受雷電的危害及干擾，給鐵路運(yùn)輸造成了大量直接或間接經(jīng)濟(jì)損失。雖然，牽引變電所高壓設(shè)備的防雷措施目前已比較完善，但其二次側(cè)系統(tǒng)還缺乏行之有效的防雷保護(hù)措施，成為了牽引供電系統(tǒng)綜合防雷保護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞： 防雷系統(tǒng);牽引變電所;安全防護(hù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】U223 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）04-0177-01

引言：高速鐵路的快速發(fā)展對(duì)鐵路供電系統(tǒng)安全運(yùn)行提出更高的要求，高速鐵路供電安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用對(duì)保障供電設(shè)備安全起到一定作用，但目前在6C系統(tǒng)分析過(guò)程中仍存在經(jīng)驗(yàn)不足、分析方法欠缺等問(wèn)題影響供電設(shè)備質(zhì)量鑒定。

1 雷電流侵入牽引供電系統(tǒng)的途徑

1）電源系統(tǒng)引入過(guò)電壓。大多數(shù)牽引變電所變壓器的二次側(cè)既沒(méi)有裝配避雷器保護(hù)，也沒(méi)有任何防雷措施，一旦出現(xiàn)過(guò)電壓侵入，必然波及到變電所內(nèi)整個(gè)低壓弱電系統(tǒng)。雖然所用變壓器二次側(cè)絕緣的冗余度比較高，通常不會(huì)造成絕緣擊穿，但雷電流從低壓電源系統(tǒng)傳輸?shù)轿C(jī)系統(tǒng)，有時(shí)甚至高達(dá)上千伏，極易在低壓弱電系統(tǒng)的絕緣薄弱處，如集成電路、微機(jī)芯片等造成擊穿或燒毀，影響鐵路安全運(yùn)輸，并帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2）接地系統(tǒng)引入過(guò)電壓。當(dāng)牽引變電所遭受雷擊時(shí)，雷電流經(jīng)接閃桿、浪涌保護(hù)器等防雷裝置的接地引下線注入地網(wǎng)，當(dāng)有大電流通過(guò)地網(wǎng)泄放時(shí)，就會(huì)在地網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生很高的電位差，由于地網(wǎng)的接地阻抗，特別是感抗的影響，使得地網(wǎng)電位極不均勻，兩點(diǎn)間的電位會(huì)差別很大。通常情況下，地網(wǎng)與二次側(cè)設(shè)備電源或信號(hào)電纜屏蔽層相連接，由于耦合作用，這樣電位差會(huì)通過(guò)電纜的屏蔽層，在電纜芯線上產(chǎn)生電壓和電流。這種橫向電位分布不均勻、電位梯度大、跨步電壓超標(biāo)等接地問(wèn)題，在不同程度上造成了過(guò)電壓侵入二次側(cè)設(shè)備。在沒(méi)有其他防雷設(shè)備保護(hù)的情況下，一旦侵入的過(guò)電壓超過(guò)二次側(cè)設(shè)備入口端可以承受干擾的最大值，就會(huì)造成設(shè)備干擾甚至燒毀。

2 智能分析法

采用2C分析方法時(shí)間緊任務(wù)重，容易漏掉個(gè)別鳥(niǎo)窩檢測(cè)，尤其是在隔離開(kāi)關(guān)、避雷器等重要處所的鳥(niǎo)窩檢測(cè)。這些處所的鳥(niǎo)窩對(duì)供電設(shè)備的危害較大，須逐一分析。采用鳥(niǎo)窩智能圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)鳥(niǎo)窩建立模板，將設(shè)備軟件和分析軟件進(jìn)行升級(jí)，使其具備鳥(niǎo)窩在線識(shí)別功能，分析人員進(jìn)行即時(shí)分析時(shí)啟動(dòng)地面復(fù)檢功能，人工進(jìn)行二次鳥(niǎo)窩篩選，極大地減輕2C人工分析工作量，提高2C識(shí)別鳥(niǎo)窩的速度和準(zhǔn)確率。

3 牽引供電能耗試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先需全面掌握京滬高鐵全天不同車(chē)型能耗、全天整所耗能及制動(dòng)發(fā)電量情況。目前京滬高鐵線路上有和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組、復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組、單列及重聯(lián)動(dòng)車(chē)組混跑。本文針對(duì)該情況對(duì)牽引供電系統(tǒng)能耗試驗(yàn)測(cè)試方案進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的多層次對(duì)比分析，掌握中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組CR400AF及CR400BF運(yùn)營(yíng)車(chē)、和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組、單列及重聯(lián)動(dòng)車(chē)組能耗水平及發(fā)電量情況，同時(shí)對(duì)比線路運(yùn)營(yíng)動(dòng)車(chē)組300km/h、350km/h速度條件下能量消耗水平及發(fā)電量情況，并與非京滬線路進(jìn)行對(duì)比分析。目前京滬高鐵列車(chē)平均追蹤間隔為3-5min，同一供電臂同一行別或上下行別同時(shí)存在運(yùn)行動(dòng)車(chē)組，給后期數(shù)據(jù)分析帶來(lái)一定難度，故需嚴(yán)格對(duì)照列車(chē)時(shí)刻表、運(yùn)營(yíng)車(chē)型，設(shè)置牽引供電能耗采集系統(tǒng)觸發(fā)參數(shù)及精準(zhǔn)對(duì)時(shí)，確保測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

4 智能監(jiān)測(cè)部分

為了便于運(yùn)維值班人員迅速定位故障位置，引入智能防雷監(jiān)測(cè)理念，既能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牽引變電所內(nèi)新增防雷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，也可以記錄防雷設(shè)備狀態(tài)和雷電信息，及時(shí)掌握全線所有牽引變電所雷害事故的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智能防雷監(jiān)測(cè)界面如圖4所示，該部分的具體功能如下。1）防雷設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。針對(duì)新型雙脫扣浪涌保護(hù)器，采用獨(dú)立的SPD監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)防雷模塊遭到雷擊失效后，防雷模塊翻紅牌，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警并傳輸報(bào)警信息。2）雷電信息監(jiān)測(cè)。采用高精度雷電流傳感器，不僅可以監(jiān)測(cè)防雷設(shè)備經(jīng)受的浪涌過(guò)流次數(shù)，也可提供雷電流峰值、發(fā)生時(shí)間等數(shù)據(jù)。3）溫度監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度，當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)警時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并通過(guò)通信接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，形成圖表，以供查詢(xún)。4）接地電阻值監(jiān)測(cè)。針對(duì)牽引變電所的建筑特點(diǎn)及電磁環(huán)境的特殊性，提供綜合地網(wǎng)、機(jī)房?jī)?nèi)主接地線等接地電阻值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)接地電阻值超過(guò)設(shè)計(jì)閾值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出告警信息，以便現(xiàn)場(chǎng)人員有針對(duì)性地及時(shí)排查處理。同時(shí)還將采集的地阻信息進(jìn)行匯總整理形成年報(bào)，為防雷整治排查工作提供數(shù)據(jù)支撐。

5 技術(shù)裝備水平提升

通過(guò)上文分析可以看出，在提升動(dòng)車(chē)組技術(shù)裝備水平以及在節(jié)能方面均具有明顯效果，同時(shí)也可以看出中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的優(yōu)越性。動(dòng)車(chē)組是能耗的主體，繼續(xù)提升新型動(dòng)車(chē)組節(jié)能水平需重點(diǎn)考慮。從鐵路牽引供電系統(tǒng)來(lái)看，動(dòng)車(chē)組變流四象限系統(tǒng)有2%～6%的制動(dòng)反饋電能并未得到利用，如果在系統(tǒng)內(nèi)增加能量回收裝置，回收能量用于鐵路其他電量用戶(hù)，可節(jié)約鐵路電費(fèi)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語(yǔ)：提高鐵路牽引供電系統(tǒng)安全防護(hù)等級(jí)，加強(qiáng)防范強(qiáng)電侵入的能力，減少雷擊事故對(duì)鐵路運(yùn)輸以及設(shè)備維護(hù)造成的經(jīng)濟(jì)損失，本文分析了牽引變電所常見(jiàn)的強(qiáng)電侵入類(lèi)型及途徑，針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題逐一提出了優(yōu)化技術(shù)方案，并闡述了研究思路及方案具體實(shí)施方法。

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