淺談電氣化鐵路防雷技術分析及其生產應用研究

馬瑞軍

(鄭州鐵路局 鄭州供電段，河南 鄭州 450000)

接觸網是牽引供電系統的重要組成部分，絕大部分裸露于自然環境中且沒有備份，需要采用必要的大氣過電壓防護措施。如果缺少防護措施或措施不當，可能引起絕緣子損壞、造成線路跳閘，直接影響電氣化鐵道運營。雷電防護是鐵路電氣化發展的一個重要課題，很多鐵路架空線路架設在曠野，離地又有一定的高度，容易遭雷，為了保證安全供電，必需防雷。在上世紀中葉，開展了大量的雷電活動觀測研究。人們觀測到地面落雷密度、雷電流幅值的分布等雷電參數。到上世紀后期，隨著計算機和通訊技術的進步又開始了雷電定位系統的研究開發和使用，并建立了雷電監測網絡，完善了雷電預報和預警機制，為人類更多地了解雷電活動的規律提供了新的手段。

1 雷電的形成

1.1 通常雷擊有三種主要形式

一是帶電的云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象，叫做“直擊雷”。二是帶電云層由于靜電感應作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當直擊雷發生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓以致發生閃擊的現象，叫做“雷電電磁脈沖感應”俗稱“感應雷”，它是二次雷擊。所以也有稱為“二次雷”。三是“球形雷”。

1.2 雷擊的形成

雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶電的云層或帶電的云層與大地之間的迅猛放電。這種迅猛放電伴有強烈的光和巨大的聲音。所謂雷就是指的“聲音”，電實際指的是“光”，即“電閃雷鳴”。根據年平均雷暴日，將雷電活動地區分為:少雷區、中雷區、多雷區、強雷區。

1.3 雷電流參數

研究雷電流參數，主要要了解雷電的幅值和波形。根據國外觀測統計，目前世界上觀測到的最大的雷電流可達到430KA(瑞士)，國內觀測到的最大雷電流為300kA(黑龍江)。在自然界中超過200kA的雷電僅占全部雷電數的1%左右。

2 避雷器的保護原理

避雷器是用以限制由線路傳來的雷電沖擊或由操作引起的內部過電壓的一種電氣設備。其保護原理和避雷針不同，它實質上是一種放電器，并聯在被保護設備附件。當雷電入侵波或操作波超過避雷器的放電電壓，避雷器將優先于與其并聯的被保護電力設備放電，從而限制了過電壓的發展，使與其并聯的電力設備得到保護。目前使用的避雷器有①保護間隙，②管式避雷器，③閥式避雷器，④金屬氧化物避雷器。

2.1 保護間隙

保護間隙常用雙羊角狀間隙，取其有電弧上吹特性，我國常用于3－10kV電網中。保護間隙有一定的限制過電壓效果，但不能避免供電中斷。

優點:結構簡單、價廉。缺點:保護效果差，與被保護設備的伏秒特性不易配合;動作后產生的截波，對變壓器匝間絕緣有很大的威脅。因此它往往與其它防護措施配合使用。

2.2 管型避雷器

管式避雷器不但有一個切斷電流的下限，而且還有一個切斷電流的上限。其安裝點最大與最小短路電流要分別小于和大于管式避雷器的上、下限。管式避雷器伏秒特性陡，放電分散性大，動作產生截波，放電特性受大氣條件影響，故它主要用作保護線路弱絕緣，以及變電所的進線保護段。

2.3 閥型避雷器

當過電壓達到間隙動作電壓，間隙動作，沖擊電流經閥片流入大地;之后，閥片僅受到工頻電壓作用，由于非線性關系，閥片電阻值增高，使流過的工頻續流受到限制，并在第一次過零瞬間，由間隙將此續流切斷。注意:避雷器從間隙擊穿到工頻續流被切斷不超過半個周波，因此線路在整個過程均保持正常供電。

2.4 磁吹閥式避雷器

提高避雷器切斷工頻續流值的方法之一是“磁吹”，即利用磁場電弧的電動力作用，使電弧拉長或旋轉，以提高間隙滅弧能力。

2.5 金屬氧化物避雷器(MOA)

20世紀60年代末，70年代初，日本首先研制成功氧化鋅非線性電阻片和電力用避雷器以后，經過世界各國的共同努力，氧化鋅電阻片的發展已達到成熟。氧化鋅非線性電阻片是以氧化鋅為主要材料，摻以微量的氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化銻、氧化鉻等添加物，經過成型、燒結、表面處理等工藝過程而制成。氧化鋅電阻片具有非常優異的非線性伏安特性，可以取消串連火花間隙，實現避雷器無間隙、無續流。

2.6 復合外套氧化鋅避雷器

2.6.1 保護性能好。在額定電壓作用下，通過的電流極小，因此可以做成無間隙避雷器，它不需間隙動作。電壓一旦升高，即可迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓的發展;有良好的陡度響應特性;性能穩定。

2.6.2 金屬氧化物避雷器基本無續流，動作負載輕，耐重復動作能力強。在雷電或操作沖擊作用下，只需吸收過電壓能量，不需吸收續流能量。

2.6.3 通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒有串聯間隙的制約，僅與閥片本身的強度有關。同碳化硅(SiC)閥片比較，氧化物閥片單位面積的通流能力大4－4.5倍。

2.6.4 復合外套金屬氧化物避雷器的優點。很大程度上消除了避雷器受潮的隱患。復合外套ZnO避雷器，內部真空澆注，排除了內部氣隙。從根本上消除了避雷器外套爆炸的危險。重量輕，體積小。擴大了避雷器的使用范圍。耐污性能好。散熱特性好。制造工藝簡單。27.5kV無間隙ZnO避雷器的典型參數:額定電壓42kV，標稱放電電流下殘壓(10kA)110/120kV，方波通流容量20次(400－600A)，持續運行電壓下阻性電流200μA.

3 結束語

通過對雷電知識的了解，掌握基本的雷電原理及應對方法，這樣在鐵路防雷產品的選擇和安裝過程中就可以避免造成不必要損失，同時從經濟上也得到效益最大化。

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