鐵路牽引變電所的防雷技術分析

許德華

中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司 山西太原 030000

1 鐵路牽引變電所防雷的重要性

雷電作為一種較為常見的天氣，是天空中的雷云之間或者雷云對地之間由于電位差而產生的瞬間劇烈放電現象。帶負電的雷云在地表感應出正電荷，使得雷云與大地之間類似于一個電容器。當電容器的電場強度超過大氣的擊穿強度時，雷云對大地放電，即為雷擊。一般情況下，變電所雷擊大致分為兩種情況，一種為雷擊直接作用于變電所的設備之上，另一種情況是架空線路上的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵人變電所。無論哪種情況，若未能采取有效的防范措施，當其發生時，強大的電流可能會造成變電所內一次設備燒毀、二次設備損壞、自動化系統退出等問題，導致牽引變電所無法正常供電，進而導致鐵路運行可靠性降低[1]。

2 牽引變電所的雷電防護

2.1 防雷設備分析

（1）外部防雷設備。

①避雷針，工程建筑中，避雷針屬于常見避雷裝置，一般在桿塔頂端進行安裝，可進行雷擊的有效防控，將雷擊快速引到地面，降低外部雷擊等引起的危害，但是其一般不可以安裝在門型構件位置處，避免雷擊引起變壓器受損的狀況。避雷針安裝中需要加強對安裝距離的考慮。注意事項：地上由獨立避雷針到配電裝置的導電部分之間、變電所電氣設備與構架接地部分之間的空氣隙一般不小于5m。其次，地下由獨立避雷針本身的接地裝置與變電所接地網間最近的地中距離一般不小于3m。

②避雷線、避雷器，以35KV的線路保護為例，為了提高變電所周邊設備的穩定性，需要加強雷擊沿線的設備設施優化，需要在變電所進出口2KM范圍內進行避雷線的安裝，一般不采用全線架設的方法。但是通常在架空避雷線的兩端裝設管型避雷器，限制沿保護段以外的線路進入變電所內的入侵波，其接地電阻不得大于10Ω。對于電壓35kv、容量3200kvA以下的一般負荷變電所，可采用簡化的進出線段保護接線方式。對于10kv以下的高壓配電線路進出線段，只裝設FZ型或FS型閥型避雷器，以保護其線路斷路器及隔離開關。

（2）內部防雷設備。閥型避雷器。變壓器母線上，經常需要進行閥型避雷器的安裝，其保護效果十分明顯。在6-10kv變電所中，閥型避雷器與被保護的變壓器間的電氣距離，一般不應大于5m。為使任何運行條件下變電所內的變壓器都能夠得到保護，對于分段母線的每段母線上都應裝設閥型避雷器。多雷區位置中，變壓設備的低壓接線需要采取接地處理，一般可安裝避雷器、氧化物等進行保護，降低雷擊作用引起的擊穿。對應防雷體系的材料一般以表面鍍鋅的方法實現防腐，傳統連接方法為焊接施工。對應搭接長度需要控制不超過6倍直徑，扁鋼搭接長度需要大于寬度的二倍。避雷針安裝中，需要避免電話線等安裝位置，必須充分避免避雷針將雷擊作用借助電話線等傳入室內。此外，避雷針的接地位置選擇中需要引起注意，合理考慮其與人行道、道路交叉口等位置的間距，需要采取有效的壓力控制措施，如瀝青材料的使用等[2]。

2.2 直擊雷防護

當雷直接擊到導線上時，雷電流經導線波阻抗產生壓降，其值可達幾十到幾百萬伏，稱為直擊雷過電壓。雷電直接落在饋線間隔母線上，產生強大電弧，造成該回路上的避雷器瞬間炸裂接地，引起地網電位急劇上升，高壓竄入二次電纜及控制室，摧毀保護裝置和直流系統。保護裝置失靈，高壓設備長時間對地短路、燃弧，從而造成所內設備大面積損壞，直至一臺主變壓器燒損，引起上一級變電站跳閘。直擊雷的防護主要依靠避雷針和避雷線，其防護措施的原則：①被保護物體處于避雷針或避雷器的防護范圍內；②要求雷擊避雷針或避雷線時不應被保護物體發生反擊。

避雷針按照接地方式可分為獨立式和構架式。土壤電阻率大于1000Ω/m的地區或設備絕緣水平不高（如110kV以下）的情況下最好使用獨立避雷針，因為，它比構架避雷針距離電氣設備遠，不易發生反擊。使用避雷針應就近埋設輔助集中接地裝置，且該裝置與地網的連接點距離主變壓器的地網連接點至少要大于15m。這是為了將避雷針上的電壓波衰減到不會對變壓器造成損害的程度。避雷線在我國較高電壓等級變電站內使用普遍。它主要有兩種布置形式：一是該線的一端經配電裝置構架接地，另一端經絕緣子串與廠房建筑物絕緣；二是該線兩端都接地形成一個架空地網。

2.3 侵入波過電壓防護

由于絕大多數變電所裝設了避雷針、避雷線和接地裝置，因此，繞擊和反擊的事故率很低，每年100個變電所約發生0．3次繞擊或反擊；相比之下，變電所的雷害事故主要是由于雷擊線路后產生的雷電侵入波過電壓和雷擊二次設備上感應產生的過電壓所造成的。對雷電侵入波過電壓的主要防護措施就是裝設避雷器。他的裝設位置和防護距離在防雷標準中已經給出，對于防護接線，無論變電所的電氣主接線如何，只要能保證每段可單獨運行的母線上都有一組避雷器就可使整個主接線得到保護。運行經驗顯示：變電所雷電侵入波過電壓事故約有50%是由雷擊變電所1km以內的線路引起的，約有71%是由雷擊3km以內線路引起的。這說明加強進線段線路防雷保護對于減少雷電侵入波過電壓非常重要，限制雷電侵入波過電壓還需要將保護的范圍延伸至變電所外1-2km的輸電線路上[3]。

3 結語

綜上所述，要保證鐵路牽引變電所的安全穩定運行，既要保證變電所接地電阻滿足規范要求，并定期檢測地網阻值，還要依據變電所的防雷條件、防雷要求等采取有效的防雷措施。