分析供电系统牵引供电系统设备防雷保护理工
最后更新时间：2024-01-28
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论文导读：
摘要：针对铁路牵引供电系统二次回路防雷问题进行研究和分析，提出在所用变压器、交直流电源回路、UPS电源回路、弱电回路等应采取分级防护方案以防过电压。
关键词：供电系统；二次设备；防雷保护；研究
1引言
牵引变电所的作用是向牵引系统供电，是电气化铁道供电系统的“心脏”。一旦发生雷害事故，将造成大范围停电，严重威胁运输安全。因此，牵引变电所的雷电过电压防护措施必须十分可靠。
牵引变电所的雷害主要来自2个方面：一是直接雷———雷电直接击于变电所的电气设备和建筑物；二是间接雷———雷击接触网或电源线路产生的雷电过电压波沿线路侵入变电所。
对于直接雷的防护牵引变电所一般采用避雷针，从我局情况看还未发生直接雷害事故。而与牵引变电所相连接的接触网和110 kV（或220 kV）电源线路分别地处铁路上方和旷野，纵横交错，绵延数十至数百公里，遭受雷击比较频繁。由于电源线路上架设避雷线，有了规范的防护措施，因此，由此侵入牵引变电所的雷电波而造成雷害也较少；但由于电气化铁道接触网的结构特点，不可能在其上装设避雷线，所以由接触网侵入的雷电波是造成牵引变电所雷害事故的主要原因。
2防雷电问题分析
（1）接触网线路与牵引变电所设备防雷水平的差异侵入牵引变电所的雷电波的幅值，在一定程度上受到引入变电所的线路绝缘水平的限制，对于接触网的可靠性提出了越来越高的要求，接触网绝缘水平也逐渐提高。接触网绝缘爬距已提高到1 200 mm，1 200mm防污棒式绝缘子的雷电冲击耐受电压为300 kV；而牵引变电所供电设备（主变压器、断路器、隔离开关、母线支柱绝缘子、穿墙绝缘子等）的雷电冲击耐受电压为185 kV。因此，牵引变电所是雷电冲击的薄弱环节，必须采取必要的防护措施，削弱来自接触网线路的雷电侵入波幅度和陡度，限制变电所内的过电压水平，才能避免电气设备发生雷害事故。
（2）雷电电流的特点由文献［得知：一般雷电脉冲放电电流可达几十至二三百kA，幅值等于和超过50 kA的雷电流概率为33％。另外，人们眼睛观察到的一次闪电，实际上往往包含多次放电的重复过程。一般为2次￣3次，最多可达40多次，这就增加了雷电放电的总持续时间，对电力系统的运行同样会带来不利的影响。
总之，雷电的特点是脉冲放电电流大，且有多次重复的现象。因此，选择避雷器时要确保具有较大的通流容量，并且要具备承受多次雷电放电的能力。
（3）雷电过电压的特点众所周知，雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放。地面被击物体的电位取决于雷电流与被击物体阻抗的乘积。因此，从降低雷电过电压的目的出发，对于雷电比较频繁的地区，防雷接地电阻必须要低，越低越好。尤其对于距离变电所最近的接触网线路上的避雷器的接地电阻要尽量低。
3 牵引变电所二次设备防雷保护
通常将低压系统中的瞬态电冲击，包括电压冲击，电流冲击和功率冲击，称为电涌（Surge），这里所谓瞬态是指持续时间大大低于工频周期（0.02 s）的瞬变过程。雷电电涌都是由直接、邻近或远处雷击造成的。目前变电所在设计中就已经采用布置避雷针和架设避雷网的方式有效防止所内设备遭受直接雷击，因此直接雷击是指雷击避雷针或避雷网。邻近雷击是指雷击在与二次系统直接相连的延伸系统或管线（如管道、数据传输线）上。
远处雷击则主要指雷击架空线，包括绕击、反击和感应在传输线上产生的雷电过电压行波。
雷电或大容量电气设备的操作在供电系统内外部产生浪涌，其对低压供电系统和用电设备的影响已成为人们关注的焦点。低压供电系统的外部浪涌主要来自雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次放电或三次放电的时间。大多数闪电电流每次闪电之间大约相隔 1/20 s 的时间。大多数闪电电流在 10～100 kA 的范围之内降落，其持续时间一般小于100 μs。
低压供电系统的内部浪涌主要来自供电系统中大容量设备、变频设备和非线性用电设备的使用，给供电系统带来日益严重的内部浪涌问题。供电系统的内外部浪涌对一些敏感的电子设备，即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源部分或全部电子设备损坏。
对于牵引变电所侵入雷电波过电压防护的主要措施是，加强变电论文导读：mH；抗雷强度800kV，以限制流过避雷器的雷电流和降低侵入波陡度。（3）在馈线出口外，从第二根接触网杆塔开始分别在接触网（T相）和正馈线（F相）装设2组￣3组管型避雷器，使牵引变电所电气设备上过电压幅值限制在电气设备的雷电冲击耐受电压以下。4结论为了提高牵引变电所的可靠性，在作牵引供电系统防雷设计时，根据雷
所对接触网馈线侵入雷电波的防摘自：写毕业论文经典的网站www.7ctime.com
护，合理确定牵引变电所内外装设的避雷器的种类、参数、数量和位置。
（1）鉴于雷电时多次发生瓷绝缘外套氧化锌避雷器爆炸现象，可以采取下列措施：①将避雷器通流容量由5 kA提高到10 kA；②采用复合外套氧化锌避雷器，其主要优点是该避雷器的裙套材料为硅橡胶，可以从根本上消除避雷器裙套爆炸的危险；因为内部真空浇筑结构，排除了内部气隙，这就在很大程度上消除了避雷器受潮的隐患，提高了避雷器的可靠性。
（2）在馈线出口处的T线和F线上分别串接阻波器（也叫抗雷线圈），具体参数为：额定电感L＝1 mH；抗雷强度800 kV，以限制流过避雷器的雷电流和降低侵入波陡度。
（3）在馈线出口外，从第二根接触网杆塔开始分别在接触网（T相）和正馈线（F相）装设2组￣3组管型避雷器，使牵引变电所电气设备上过电压幅值限制在电气设备的雷电冲击耐受电压以下。
4结论
为了提高牵引变电所的可靠性，在作牵引供电系统防雷设计时，根据雷电日数所确定该地区的雷区等级而设计防雷设施的基础上，还必须要广泛调查该铁路沿线的地形、地貌及雷电活动特点；并据此综合考虑供电系统的防雷设备的配置，使变电所电气设备上的过电压水平限制在其冲击绝缘水平以下，避免由于原设计考虑不周，造成开通运行后造成雷电灾害损失，而再度投资进行设备改造。
参考文献：
TB/T3074-2003 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件[S].中华人民共和国铁道部，2003.
摘要：针对铁路牵引供电系统二次回路防雷问题进行研究和分析，提出在所用变压器、交直流电源回路、UPS电源回路、弱电回路等应采取分级防护方案以防过电压。
关键词：供电系统；二次设备；防雷保护；研究
1引言
牵引变电所的作用是向牵引系统供电，是电气化铁道供电系统的“心脏”。一旦发生雷害事故，将造成大范围停电，严重威胁运输安全。因此，牵引变电所的雷电过电压防护措施必须十分可靠。
牵引变电所的雷害主要来自2个方面：一是直接雷———雷电直接击于变电所的电气设备和建筑物；二是间接雷———雷击接触网或电源线路产生的雷电过电压波沿线路侵入变电所。
对于直接雷的防护牵引变电所一般采用避雷针，从我局情况看还未发生直接雷害事故。而与牵引变电所相连接的接触网和110 kV（或220 kV）电源线路分别地处铁路上方和旷野，纵横交错，绵延数十至数百公里，遭受雷击比较频繁。由于电源线路上架设避雷线，有了规范的防护措施，因此，由此侵入牵引变电所的雷电波而造成雷害也较少；但由于电气化铁道接触网的结构特点，不可能在其上装设避雷线，所以由接触网侵入的雷电波是造成牵引变电所雷害事故的主要原因。
2防雷电问题分析
（1）接触网线路与牵引变电所设备防雷水平的差异侵入牵引变电所的雷电波的幅值，在一定程度上受到引入变电所的线路绝缘水平的限制，对于接触网的可靠性提出了越来越高的要求，接触网绝缘水平也逐渐提高。接触网绝缘爬距已提高到1 200 mm，1 200mm防污棒式绝缘子的雷电冲击耐受电压为300 kV；而牵引变电所供电设备（主变压器、断路器、隔离开关、母线支柱绝缘子、穿墙绝缘子等）的雷电冲击耐受电压为185 kV。因此，牵引变电所是雷电冲击的薄弱环节，必须采取必要的防护措施，削弱来自接触网线路的雷电侵入波幅度和陡度，限制变电所内的过电压水平，才能避免电气设备发生雷害事故。
（2）雷电电流的特点由文献［得知：一般雷电脉冲放电电流可达几十至二三百kA，幅值等于和超过50 kA的雷电流概率为33％。另外，人们眼睛观察到的一次闪电，实际上往往包含多次放电的重复过程。一般为2次￣3次，最多可达40多次，这就增加了雷电放电的总持续时间，对电力系统的运行同样会带来不利的影响。
总之，雷电的特点是脉冲放电电流大，且有多次重复的现象。因此，选择避雷器时要确保具有较大的通流容量，并且要具备承受多次雷电放电的能力。
（3）雷电过电压的特点众所周知，雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放。地面被击物体的电位取决于雷电流与被击物体阻抗的乘积。因此，从降低雷电过电压的目的出发，对于雷电比较频繁的地区，防雷接地电阻必须要低，越低越好。尤其对于距离变电所最近的接触网线路上的避雷器的接地电阻要尽量低。
3 牵引变电所二次设备防雷保护
通常将低压系统中的瞬态电冲击，包括电压冲击，电流冲击和功率冲击，称为电涌（Surge），这里所谓瞬态是指持续时间大大低于工频周期（0.02 s）的瞬变过程。雷电电涌都是由直接、邻近或远处雷击造成的。目前变电所在设计中就已经采用布置避雷针和架设避雷网的方式有效防止所内设备遭受直接雷击，因此直接雷击是指雷击避雷针或避雷网。邻近雷击是指雷击在与二次系统直接相连的延伸系统或管线（如管道、数据传输线）上。
远处雷击则主要指雷击架空线，包括绕击、反击和感应在传输线上产生的雷电过电压行波。
雷电或大容量电气设备的操作在供电系统内外部产生浪涌，其对低压供电系统和用电设备的影响已成为人们关注的焦点。低压供电系统的外部浪涌主要来自雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次放电或三次放电的时间。大多数闪电电流每次闪电之间大约相隔 1/20 s 的时间。大多数闪电电流在 10～100 kA 的范围之内降落，其持续时间一般小于100 μs。
低压供电系统的内部浪涌主要来自供电系统中大容量设备、变频设备和非线性用电设备的使用，给供电系统带来日益严重的内部浪涌问题。供电系统的内外部浪涌对一些敏感的电子设备，即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源部分或全部电子设备损坏。
对于牵引变电所侵入雷电波过电压防护的主要措施是，加强变电论文导读：mH；抗雷强度800kV，以限制流过避雷器的雷电流和降低侵入波陡度。（3）在馈线出口外，从第二根接触网杆塔开始分别在接触网（T相）和正馈线（F相）装设2组￣3组管型避雷器，使牵引变电所电气设备上过电压幅值限制在电气设备的雷电冲击耐受电压以下。4结论为了提高牵引变电所的可靠性，在作牵引供电系统防雷设计时，根据雷
所对接触网馈线侵入雷电波的防摘自：写毕业论文经典的网站www.7ctime.com
护，合理确定牵引变电所内外装设的避雷器的种类、参数、数量和位置。
（1）鉴于雷电时多次发生瓷绝缘外套氧化锌避雷器爆炸现象，可以采取下列措施：①将避雷器通流容量由5 kA提高到10 kA；②采用复合外套氧化锌避雷器，其主要优点是该避雷器的裙套材料为硅橡胶，可以从根本上消除避雷器裙套爆炸的危险；因为内部真空浇筑结构，排除了内部气隙，这就在很大程度上消除了避雷器受潮的隐患，提高了避雷器的可靠性。
（2）在馈线出口处的T线和F线上分别串接阻波器（也叫抗雷线圈），具体参数为：额定电感L＝1 mH；抗雷强度800 kV，以限制流过避雷器的雷电流和降低侵入波陡度。
（3）在馈线出口外，从第二根接触网杆塔开始分别在接触网（T相）和正馈线（F相）装设2组￣3组管型避雷器，使牵引变电所电气设备上过电压幅值限制在电气设备的雷电冲击耐受电压以下。
4结论
为了提高牵引变电所的可靠性，在作牵引供电系统防雷设计时，根据雷电日数所确定该地区的雷区等级而设计防雷设施的基础上，还必须要广泛调查该铁路沿线的地形、地貌及雷电活动特点；并据此综合考虑供电系统的防雷设备的配置，使变电所电气设备上的过电压水平限制在其冲击绝缘水平以下，避免由于原设计考虑不周，造成开通运行后造成雷电灾害损失，而再度投资进行设备改造。
参考文献：
TB/T3074-2003 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件[S].中华人民共和国铁道部，2003.