高鐵客專低壓配電防雷系統(tǒng)設計方案探討

徐啟程

中國鐵建電氣化局集團南方工程有限公司

高鐵客專低壓配電防雷系統(tǒng)設計方案探討

徐啟程

中國鐵建電氣化局集團南方工程有限公司

介紹浪涌保護器的工作原理及其主要性能、指標；針對高鐵低壓配電防雷系統(tǒng)的設計要點較為詳細的分析研討，并同普鐵對比；結論得出在低壓配電系統(tǒng)中加裝浪涌保護器防止雷電電磁脈沖是一種經濟且行之有效的防護措施。

浪涌保護器；高鐵低壓配電系統(tǒng)；設計要點；工程實際應用

1.浪涌保護器

1.1 浪涌保護器(英文縮寫SPD，以下均簡稱SPD)類型

(見表1)

1.2 SPD主要性能指標

1.2.1 10/350μs波是模擬直擊雷的波形，波形能量大；

8/20μs波是模擬雷電感應和雷電傳導的波形。

1.2.2 標稱放電電流In：

流過SPD、8/20μs電流波的峰值電流。

1.2.3 沖擊電流Iimp：

用于電源的第一級保護SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力(采用10/350μs波形)。

1.2.3 最大放電電流Imax：

又稱為最大通流量，指使用8/20μs電流波沖擊SPD一次能承受的最大放電電流。

1.2.4 最大持續(xù)工作耐壓Uc(rms)

可以持續(xù)施加于電涌保護器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等于電涌保護器的額定電壓。

1.2.5 保護電壓水平Up:

在標稱放電電流(In)下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對于電源保護器而言，可分為一、二、三、四級保護，保護級別決定其安裝位置，保護級別需與被保護系統(tǒng)和設備的耐壓能力相匹配。

2 高鐵客專低壓配電線路加裝浪涌保護器設計方案分析

2.1 低壓配電系統(tǒng)防雷浪涌多級分步泄放原則

由于雷擊的能量是非常巨大的，為了避免殘壓對設備的干擾；高鐵低壓配電系統(tǒng)中SPD的設置采用了多級分步的設計原則將雷擊能量逐步泄放到大地。

在直擊雷非防護區(qū)(LPZ0A)或在直擊雷防護區(qū)(LPZ0B)與第一防護區(qū)(LPZ1)交界處，安裝通過Ⅰ級分類試驗的浪涌保護器或限壓型浪涌保護器作為第一級保護，對直擊雷電流進行泄放，或者當電源傳輸線路遭受直接雷擊時，將傳導的巨大能量進行泄放。在第一防護區(qū)之后的各分區(qū)(包含LPZ1區(qū))交界處安裝限壓型浪涌保護器，作為二、三級或更高等級保護。第二級保護器是針對前級保護器的殘余電壓以及區(qū)內感應雷擊的防護設備，在前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設備或第三級保護器而言是相當巨大的能量，會傳導過來，需要第二級保護器進一步吸收。同時，經過第一級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈沖輻射。當線路足夠長時，感應雷的能量就變得足夠大，需要第二級保護器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級保護器對通過第二級保護器的殘余雷擊能量進行保護。根據(jù)被保護設備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低于設備的耐壓水平，就只需要做兩級保護；假如設備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護。

首先按建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質確定雷電防護等級，共分為A、B、C、D四級，火車樞紐站特別是高速鐵路通信、信號設備屬于甲級安全防范系統(tǒng)，屬于A級雷電防護等級。而相對應的配電線路采用防護級數(shù)為：A級一般采用3級或4級防護；B級一般采用2級或3級防護；C級一般采用2級防護；D級一般應采用1級或2級防護。

以石武客專(湖北段)低壓配電系統(tǒng)為例，其鐵路防災系統(tǒng)設備動力及通信、信號設配電線路中均采用3-4級防護，而站場二級負荷用配電采用了1級防護。

2.2 接線方式

2.2.1 SPD并聯(lián)線路的接線方式

低壓配電線路中一般都采用并聯(lián)安裝接線；這主要從線路負載角度考慮，并聯(lián)線路時加裝SPD與負載大小無關，還可以保障供電的連續(xù)性；而串聯(lián)安裝必須考慮負載功率不能超過SPD的額定功率，并且留有余量，這對于SPD的制造造成局限性且陳本較高。

2.2.2 SPD串聯(lián)電流斷路器或熔斷器進行過流保護

表1 浪涌保護器類型

雖然大多數(shù)電源浪涌保護器含有內置的熔絲，在承受過高的浪涌電流沖擊時可以起到一定的保護作用，但是由于在連接電源浪涌保護器的線路中，仍存在相間發(fā)生短路故障的可能性并且考慮到浪涌保護器的檢修、維護，所以SPD設計安裝電流斷路器或熔斷器對浪涌保護器及其線路進行過電流保護。

斷路器或熔斷器電流整定值需與電源浪涌保護器內部熔絲、連接導線匹配；瞬態(tài)過電壓沖擊的持續(xù)時間很短，整定值約為25安培的熔斷器或斷路器可以通過幾萬安培的瞬態(tài)浪涌電流(8/20μS波形)，而熔斷器和斷路器的響應時間相對來說是較慢的(幾十ms以上)，所以它們在浪涌沖擊狀態(tài)下動作機會極小。SPD上端加裝電流斷路器或熔斷器可行、合理。如圖3 為設置于電力遠動箱變低壓饋出總電源線側的SPD，并聯(lián)于線路中，且加上了斷路器進行過流保護。

在加斷路器或者熔斷器進行過流保護時，應特別注意斷路器或熔斷器的整定電流的選擇，SPD過流保護裝置的整定電流要小于斷路器或熔斷器整定電流；當SPD整定電流大于斷路器或熔斷器整定電流時；按要求可以取消SPD過流保護裝置可取消，與配電斷路器或熔斷器共用保護裝置。

根據(jù)蒸汽驅的篩選標準（表1），草33區(qū)塊除油層厚度較薄外，其他參數(shù)如油藏深度、含油飽和度、孔隙度、滲透率、純總厚度比等均滿足水平井蒸汽驅條件。但隨著水平井開發(fā)技術與注汽配套工藝的改進，對于這種薄層稠油油藏的開發(fā)是可以實現(xiàn)的。

2.2.3 SPD開關級數(shù)的選擇

高鐵電力低壓配電系統(tǒng)一般為TN-S系統(tǒng)，在TN-S系統(tǒng)接地型式中，N線與PE線是從電源線中性點處是完全分開獨立的，所以第一級防護(總配電)時應在L線與PE線，N線與PE線之間加裝四極式SPD；在才能滿足浪涌保護的基本原理，即在瞬態(tài)過電壓存在的極短時間內，在被保護區(qū)域內的所有導電部件之間建立起一個等電位。所以SPD第一級防護接線往往選擇四極式SPD。而分配電源箱依據(jù)受點設備的相數(shù)進行選擇級數(shù)，單相則選擇2P浪涌保護器。

4 結束語

本文是筆者在審圖、設備訂貨及具體施工中，就低壓配電線路中加裝SPD碰到的實際問題，也是目前備受關注的熱點與難點問題。涉及到防雷規(guī)范與標準的應用，通過相關資料的學習，與設計、廠家及其它專業(yè)的相互溝通，認真學習理解和實際工程中的應用，整理成文。為以后該類型施工圖的審查以及施工過程中的質量把關提供了一定的參考依據(jù)。

[1] B50057-94(2004版)建筑物防雷設計規(guī)范

[2] IEC61024-1：建筑物防雷 第1部分 通則

[3] IEC61312-1：雷擊電磁脈沖的防護 第1部分 通則

[5] IEC61312-3：雷擊電磁脈沖的防護 第3部分 浪涌保護器的要求

[6] IEC61662：雷擊損害風險評估

圖3 軌道電路絕緣測試示意圖

如圖3所示，首先將電壓表跨接在受電端鋼軌上，此時電壓表上可讀得一個數(shù)值，然后利用短路線a跨接在其中一組絕緣節(jié)A兩端的鋼軌上。此時，如果軌道繼電器銜鐵落下或電壓表數(shù)值減小，甚至指針反方向動作時，則說明相對應的那組絕緣B有破損現(xiàn)象。因此時鄰接軌道電源通過絕緣B直接串在電路中，構成環(huán)狀電路所致。再按此法，將短路線a跨接在另一組絕緣B上，同樣即可測得相對絕緣A的性能情況。

5、結束語

以上就城軌信號系統(tǒng)單軌道50Hz相敏軌道電路的工作原理及維護做了簡要說明，為了提高行車密度，保證行車安全，我們必須有計劃的對軌道電路進行維護，保證其正常工作，完成列車的占用檢查功能。

參考文獻：

[1] 張海生.淺談單軌道50Hz相敏軌道電路在軌道交通中的應用，《電子世界》，2013

[2] 郝紅霞.《城市軌道交通信號設備維護與保養(yǎng)》，重慶大學出版社，2013