電氣化鐵道供電系統幾種典型過電壓的分析與比較

高沖

摘 要：隨著科學技術的進一步發展及國民對高速鐵路需求的進一步提升，我國的高鐵建設工作穩步扎實推進。在電氣化鐵道施工運營的過程中，過電壓問題是保證供電系統安全的關鍵性工作。本文從電氣化鐵道供電系統幾種典型過電壓的分析入手，闡述不同過電壓的特點及保護措施，以期可以進一步提升鐵路安全工作。

關鍵詞：電氣化鐵道;供電系統;過電壓;分析;比較

過電壓是指工頻下交流電壓均方根值升高，超過額定值的10%，并且持續時間大于1分鐘的長時間電壓變動現象。電力系統在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統中的一種電磁擾動現象。電工設備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統安全可靠地運行。研究各種過電壓的起因，預測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統絕緣配合的前提，對于電氣化鐵道的電力系統運行具有重要意義。

一、電氣化鐵道供電系統幾種典型過電壓的分析比較

（一）大氣過電壓

大氣過電壓又稱沖擊過電壓，是自然界中普遍存在的，最為常見的一類過電壓。這類過電壓主要由外界自然條件引起，如雷云放電并作用于供電系統，瞬間就會出現大量高壓電聚集于供電設備周圍，導致電力設備受到強烈電磁擾動干擾。大氣過電壓具有突發性、瞬間性、電壓極高等特點，為了預防大氣過電壓對電氣化鐵道供電系統造成損害，在施工過程中就會進行大量防護措施，如裝設避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，采用自動重合閘裝置等措施。但是在實際鐵道運行中，鐵道供電系統如果連續多次受到大氣過電壓的攻擊，還是會造成局部被雷電擊穿的可能，尤其是在雷雨高發季節，大氣過電壓對電氣化鐵道供電系統的安全造成極大威脅。

（二）接觸網空載分閘過電壓

分閘過電壓，即是指在人工操作過程時，斷路器由合閘位置轉為斷開位置的過程中，線路所產生的過電壓。為了讓鐵路系統可以更好的發揮作用，對鐵路進行養護維修，開展天窗作業是必不可少的一環，而在對接觸網天窗作業的過程中，施工人員要進行倒閘作業，這時候空間線路便會在分閘瞬間出現電弧現象。通常情況下，在對接觸網天窗作業的過程中，牽引變電所都會采用真空斷路器作為饋線斷路器，該設備屬于滅弧能力比較強的斷路器，發生擊穿的概率小于5%，但是一旦分閘瞬間出現問題，空載閉合回路中就會發生高頻振蕩，電弧一旦重燃就相當于電路再次接通，造成極大的供電系統線路威脅，甚至人員傷亡。

（三）接觸網重合閘過電壓

接觸網重合閘過電壓的形成與分閘過電壓的過程正好相反，在天窗維修作業結束后，供電系統恢復供電，這個過程很容易發生過電壓。把空載閉合回路由原來的接觸網空載狀態直接向供電狀態轉換，在這個瞬間自動重合閘開始啟動，因鐵道供電系統電量輸出比較大，因而便容易導致過電壓的形成。這類過電壓在生活用電中也比較常見，如家庭用電中的開關如果接觸不良，在開關閉合的瞬間就會產生電火花。在電氣化鐵道系統中該類過電壓的產生不僅會對供電系統的正常運行形成威脅，甚至還會導致自動合閘失敗，整個供電系統停止工作。因此，必須要加對輸送電量線路絕緣部分的管理和維護。

二、電氣化鐵道供電系統幾種典型過電壓的有效預防

（一）大氣過電壓的預防

大氣過電壓是最常見的一類典型過電壓，對于它的預防要時刻警惕，尤其是在雷雨季節，供電系統同時受到自身供需電流和外部大氣過電壓的影響，極易發生擊穿。在設計變電所以及接觸網位置并進行安裝時，必須首先考慮大氣過電壓這一因素，盡量避免供電設備供電受到干擾。在安裝過程中，裝配更多防需電直擊裝置，在供電設備周圍設計大型接地網，將雷電沖擊引至距離設備較遠的開闊地區。定期檢查防需電直擊裝置的安全性，同時可以借助無線監測裝置對雷電雨閃擊集中時間段的雷電動作次數及供電設備電力幅值變化進行密切關注，一旦雷擊次數對電流幅值產生干擾，立即啟動預警裝置，報告技術人員，將大氣過電壓對鐵道供電系統的傷害降到最低。

（二）供電系統內部過電壓預防

針對另外兩種類型的過電壓，目前我們已經掌握了它的形成原理，在過電壓預防工作中主要要求相關技術人員，結合設備參數、工作經驗及具體工作情況，在施工前及施工過程中做好早發現、早預防、杜絕一切安全隱患。譬如選擇滅弧能力更強的斷路器，如今在鐵道供電系統中真空斷路器的應用最為廣泛，這類斷路器的安全系數非常高。另外可以在供電設備斷路器觸頭上并聯中值（1000～3000Q）電阻，該型式斷路器的主觸頭與電阻并聯之后，若電弧在電路狀態下出現重燃現象，因該類過電壓持續時間短，電阻式斷路器可以將電壓分流，對供電系統基本不會構成危害。

三、結語

經過上面的分析可知，電氣化鐵道供電系統幾種典型過電壓主要有大氣過電壓和接觸網空載分閘過電壓、接觸網重合閘過電壓。其中，第一種屬于自然狀態引起的過電壓，我們只能采取全面預防的措施，而后兩種屬于人工作業引起的過電壓，我們在提前預防的同時，需要從安全施工著手，有效應對。

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