高鐵牽引變電所的防雷保護研究

蔡娟　楊濤

摘要：在鐵路供電系統中，牽引變電所是重要的組成部分。由于牽引變電所中有很多高壓電氣設備，如果受到雷擊很有可能會被摧毀，導致供電中斷，影響鐵路的正常運輸，所以做好鐵路牽引變電所的防雷保護措施具有重要意義。基于此，文章對高鐵牽引變電所的防雷保護措施進行了探討。

關鍵詞：高鐵；牽引變電所；防雷保護；鐵路供電系統；高壓電氣設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2016）09-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.009

變電所防雷主要指的是雷電侵入波防護、直擊雷防護等。由于牽引變電所中的電氣設備均不具備自我恢復的能力，受雷擊影響，如果保護措施不到位導致電氣設備被損壞，就會出現大面積停電的情況，為了避免出現雷害，需要充分做好牽引變電所的防雷保護措施。

1 牽引變電所介紹

牽引變電所是高速鐵路的供電電源。通過使用變換、降壓的方式將電力系統三相高壓轉變成單相電壓送入到接觸網上，由動車組或供電力機車進行取流。由于電氣化鐵道為一級負荷，需要確保供電的連續性，所以牽引變電所一般會使用主電源和備用電源兩套高壓電源。我國很多地方牽引變電所主要使用110kV電壓等級的線路進行供電。為了降低單相牽引負荷引起高壓側三項系統產生負序、不對稱、諧波等因素，高速鐵路牽引變電所主要使用220kV以上的電壓等級來進行供電。牽引網系統標準電壓為25kV，因為接觸網線路允許電壓有10%的波動，所以牽引變電所牽引母線對地電壓大小為27.5kV，為了提高檢修的便利性以及牽引變電所持續供電，牽引變電所一般使用兩臺同型號的牽引變壓器并聯運行，在運行過程中，牽引變壓器是保證牽引變電所安全運行的重點，是傳輸能量和降壓的主要設備，所以，變電所的保護裝置、電氣主接線、監控輔助設備、控制設備都需要將牽引變壓器作為中心來設置。牽引變電所中的設備主要有隔離開關、斷路器、主變壓器、電流互感器、電壓互感器、補償電容等電氣設備，這些電氣設備和連接導線共同組成電氣主接線。在運行過程中，電氣主接線對配電裝置的布置方式、電氣設備的選擇、設備的運行方式、設備的檢修方式等均有很大的影響。

2 雷擊產生的原因以及入侵途徑

2.1 雷擊產生的原因

2.1.1 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。與此同時，雷電從物體穿過時，會產生熱效應，并且還會將導線燒斷。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，并且線路多在郊外架設，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。

2.1.2 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。

2.2 雷擊入侵途徑

2.2.1 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，當某個基桿塔塔頂受到雷擊時，受到的影響最大，因為此時雷電流會從此桿塔進入到大地，電壓值最大；（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：

圖1 雷擊示意圖

2.2.2 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。

圖2 高壓側電纜侵入雷擊示意圖

3 牽引變電所防雷措施

3.1 直擊雷的預防措施

安裝避雷針是預防直擊雷的一個有效措施，作為一種保護電力設備和建筑物免受雷擊的設備，避雷針可以將收到的雷電流引入到大地，防止建筑物受到雷電侵擾。因為安裝避雷針主要是將雷電流引導到自身，所以安裝過程中要注意做好以下三點：（1）在安裝避雷針時，要和牽引變電所的電氣設備、接地設備等保持合理的距離。避雷針地下接地部分要和變電所接地網之間的距離要保3米以上，地上部分避雷針和牽引變電所電氣設備、裝置導電部分、架構地部分的空間距離要保持6米以上；（2）通常情況下，避雷針的接地電阻要控制在10歐姆以內；（3）要選擇合理的位置安裝避雷針，為了防止反擊雷電以及感應雷電毀壞設備，避雷針不要在牽引變電所的房屋上安裝。

3.2 雷電波侵入防護措施

在對感應雷過電壓和直擊雷過電壓產生的雷電波入侵進行防護時，多使用MOA避雷器，為了可以將MOA避雷器的保護作用充分發揮出來，需要達到以下四個要求：（1）電流限制。要將所有從避雷器流過的電流限制到標準放電電流水平范圍中；（2）伏秒特性曲線。避雷針的曲線要大于被保護電氣設備的曲線；（3）限制距離。要將避雷針和被保護電氣設備之間的距離保持在允許的距離范圍中；（4）限制電壓。當有標稱放電電流從避雷器中流過時，MOA避雷設備的殘壓和沖擊電壓要保持在允許的標稱放電電流范圍中。

3.3 保護牽引變電所V側進線段

在對進線段進行保護時，為了使侵入沿線的雷電波陡度降低，可以使用避雷線架設在進線線路的上方。具體而言，架設避雷線主要有兩個作用：（1）防止雷電對保護線路造成直擊，降低進入到該段雷電波流；（2）對從避雷器經過的沖擊電流進行限制。

3.4 對牽引變壓器進行保護

為了避免對雷電波絕緣造成損害，需要將避雷器安裝到牽引變壓器四周。一般情況下可以選用雙繞組牽引變壓器進行安裝。在使用雙繞組牽引變壓器時，需要在低壓繞組處和高壓繞組處都安裝避雷器。對于三繞組牽引變壓器，需要使用一根避雷器安裝在低壓繞組任意一個出線段。

3.5 變電所防雷接地

防雷接地的主要目的是為了順利地將進入到防雷系統的閃電流導入到大地中，避免雷電能力在防雷系統中的某個位置集中對變電所造成破壞。只有良好的接地效果才可以將雷電能量卸掉，使引線上的電壓降低，防止出現反擊的情況。為了保證防雷效果，首先要保證接地的良好性，防止避雷帶、避雷針等設備接地，出現二次反擊雷，影響電子設備的正常使用。因此，變電所接地電網運行過程中，要保證電阻可以達到規定要求，并定期檢測電網電阻，保證接地電阻可以安全運行。按照變電所防雷條件、防雷要求，使用相應的防雷措施。對于不同位置的設備系統，要進行電源防雷設備、等電位設備浪涌電壓保護設備進行防雷，保證各個層次的設備都可以取得良好的防雷效果。在變電所防雷保護達到規定要求后，要根據工作接地和安全防雷的要求，建立統一的接地網，為了達到防雷要求，使用接地體安裝在避雷器和避雷針下方。在鋪設接地體時，一般單獨進行

鋪設。

3.6 二次系統防雷

根據二次系統的基本配置，在進行防雷時，可以在各母線段、交流屏電源進線處安裝電源SPD，避免雷擊產生的過電壓對交直流系統造成干擾，初步保證二次系統的安全性。為了保證通信設備、UPS電源等設備運行的可靠性和安全性，可以將SPD電源布置在一些比較重要的饋出回路上。為了避免合閘電源進線在高壓設備區出現雷電過電壓，可以將電源SPD布置在合閘母線和控制母

線處。

4 結語

在我國高速鐵路的不斷發展下，防雷已經成為了高鐵牽引變電所的工作重點，為了降低雷擊對高速鐵路正常運行造成的影響，確保高速鐵路持續、穩定的運行下去，需要重點做好牽引變電所的防雷工作。在施工時，高架橋的高度不能過大，降低雷擊影響。為了將直擊雷造成的危害降低，對于多雷區域可以適當增加避雷線

數量。

參考文獻

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作者簡介：蔡娟（1991-），女，湖南岳陽人，中鐵十一局集團電務工程有限公司變電專業技術員，研究方向：鐵路牽引變電施工。

（責任編輯：黃銀芳）