淺論鐵路牽引變電所的防雷技術

金玉山

摘要：為了充分提高電氣化鐵路行業的進展，需要充分加強變電所的防雷保護，采取各種有效措施進行防雷保護，以期提高綜合控制能力和整體安全性，在保證供電系統基本功能的前期下，不斷提高其安全等級，建立合理的設備運行體系和管理要求。鑒于此，本文主要分析鐵路牽引變電所的防雷技術。

關鍵詞：鐵路;牽引變電所;防雷技術

一、引言

大秦線作為鐵路重載運輸的示范線，2003 年完成1. 2 億噸運量任務后，以后每年以 5 千萬噸的運量遞增，隨著運量逐年遞增導致牽引供電容量不足，大秦線牽引供電隨著逐年進行了擴能改造。大秦牽引變電所多數坐落于山區雷電災害較重范圍之內，而部分早期投運變電所的防雷設備改造卻大大滯后于擴容改造，如管內夏莊子變電所、遷西變電所就位于山地多雷區段，該兩所處位置每年5月到8月進入雷雨季節，其中因雷雨天氣造成牽引跳閘頻繁，嚴重干擾了正常供電。而大秦二期從目前牽引變電所防雷設備大體還是基于1992年開通時架設，避雷針設計高度防護范圍，地阻網老化，防雷害能力弱化，遇雷害頻繁時段，對牽引變電所安全形成巨大隱患。

二、雷擊產生的原因

2.1直擊過電壓造成的雷擊事故。有時雷云會直接擊中牽引變電所的電纜設備，產生很大的電流導致設備電壓過大，將設備絕緣擊穿，出現電氣短路的情況。另外，連入變電所的二次設備受到雷擊后二次電纜導流，也會導致二次設備被燒壞。因為多條輸電線路均在變電所交匯，并且線路多在野外架設，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。

2.2感應過電壓造成的雷擊事故。當帶有負電荷的雷云從架空線路上方經過時，受靜電感應的影響，會有大量的正電荷在架空線路的上方聚集，當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喪失，并再次獲得自由，流動到導線兩側，產生較大的過電壓，嚴重影響著牽引變電所運行的安全性。

三、雷擊的入侵途徑

3.1門型架雷電波入侵途徑。當使用避雷線和架空導線接入到牽引變電所門型架的接線方式時，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、雷擊引起導電的角度來說，雷擊點位于檔距中間時對避雷線造成的危害最大;（2）從近區雷擊干塔塔頂，順著桿塔、避雷線等雷擊線路產生的絕緣子串閃絡。這種入侵途徑下，電壓值最大，受到的影響也最大.（3）處于進線段以外的遠區落雷會順著高壓電源導線侵入到牽引變電所。雷擊點如圖1所示：

3.2從高壓側電纜進入。一些牽引變電所出于結構、地理位置等因素考慮，進入到變電所以后，最后檔距會選用地下電纜進入，如圖2所示。在一號桿塔外線路落雷和架空線直接進入的情況比較相似，只是在一定程度上降低了最后一段檔距產生的落雷，由于這種情況下電纜沒有處于被保護的情況下，如果對電纜頭造成直擊，雷電波會直接對變電所電氣設備造成很大的破壞，并且維護難度也比較大。

四、牽引變電所的防雷技術應用

4.1、變電所內一次設備的防雷、接地及回流

避雷針是人為設立的優良導體，適用于電氣設備相對集中的區域，對于泄放雷電流具有突出作用，對直擊雷有很好的防護作用。所內避雷針在安裝過程中要注意和變電所電氣設備、接地裝置之間保持足夠的安全距離，同時避雷針的接地電阻也要嚴格控制在10Ω之內。

充分的利用避雷針，能夠全面的進行防雷的工作。在避雷針的安裝過程中，務必對距離標準給予足夠的重視，具體有：首先，務必保證地上由獨立避雷針到配電裝置的導電部分之間≥5m，變電所電氣設備與構架接地部分之間的空氣隙≥5m。其次，避雷針的接地裝置和變電所接地網間最近的地中距離≥3m。

在牽引變電所27.5.kV側裝設避雷器，以避免雷電波繞擊、反擊等現象對電氣設備安全運行的影響。牽引變電所內常用的氧化鋅避雷器沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的作用，具有良好的保護性能。

在多雷區，還應在每回27.5.kV饋線的首端，即變電所設備和避雷器與饋線供電線之間裝設抗雷線圈，可明顯限制雷電波的波前陡度，并且降低雷電波人侵過電壓幅值，從而進一步削弱過電壓對變電所內電氣設備的影響。或在饋線出口處裝設獨立的避雷針，其目的是避免強雷區變電所出線口附近的饋線或電網被雷擊而引起的幅值和陡度較高的雷電波侵入變電所。為實現對變電所設備的防雷保護，不僅可在饋線上加裝避雷器，還可采用電容器組加避雷器、抗雷線圈加避雷器、單芯電纜加保護間隙等接線方式。

4.2、變電所內二次系統防雷

現代電氣化鐵路牽引變電所僅靠避雷器、避雷針等進行防雷已不能滿足要求，還需考慮對浪涌電壓的防護。牽引變電所二次系統的防雷可以考慮在交直流屏、室外照明配電箱內設置相應等級的電源浪涌保護器，避免雷擊過電壓引起的瞬時大電流侵入自動化系統的電源設備，造成電源模塊故障或損壞;在綜自裝置、接觸網開關控制屏等內部也要按規范要求設置專用的浪涌保護器，且安裝位置應盡量靠近設備前端，防止對測控保護回路造成影響。

4.3、變電所的防雷接地

雷電作用下，需要對變電所相關設備進行合理設置，將雷擊電流充分引入地表，避免對設備的傷害，需要將電壓維持在一定范圍內，減低雷擊作用導致的危害。變電所需要加強接地網的設置，在滿足行業規范要求的前提下，根據實際運行工況，對其進行等電位連接、防雷裝置保護等處理，提高設備的安全等級。加強變電所周邊環境、運行工況等的綜合分析，在不同區域建立合理的設備系統，提高變電所整體防雷效果。

五、結束語

總之，只有保證牽引供電系統的穩定安全的運行，才能全面的保證整個電氣化鐵路的列車的運行安全。同時其牽引變電的環境也能對供電系統造成一定的影響，因此，務必全面的保證接地防雷系統設計的質量，保證供電系統的運行安全。

參考文獻：

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