基于電力機車高壓電氣系統過電壓防護方案分析

劉文莉

摘要：在牽引供電的過程中，電壓會影響到電力機車高壓電氣設備的正常運行，甚至還會燒毀高壓電氣設備，本文以電力機車為例，分析了電力機車在運行的過程中可能運到的雷電過電壓、操作過電壓等現象的產生，并針對于電力機車過電壓的防護方案做了優化，為今后的相關工作的開展，提供了借鑒，

關鍵詞：電力機車;高壓電器系統;過電壓;防護方案分析

0? 引言

隨著我國經濟的快速發展，鐵路交通已經成為經濟發展的一個重要因素，我國當前高速鐵路運行已經居世界第一位，當前我國牽引供電系統的電化率和復現率都能夠滿足我國當前社會發展和國家經濟發展的需要，并且相關的技術都已經達到國際先進水平。當前我國牽引供電系統一般通過電力機車經過斷路器、互感器等一系列的高壓設備，將電能轉化為動能，從而推動電車的行駛。但是長期以來電力機車的供電系統以及高壓防護問題都沒有得到很好的解決。以電力機車為例，在運行的過程中除惡劣環境外，大氣過電壓操作都有可能會影響電力機車的正常運行。因此，就電力機車所承受的電壓環境進行測試分析，了解國內外對于電氣系統防護方案及過電壓防護的標準，改進了當前電力機車高壓電氣系統的防護方案，推動我國鐵路安全運行，為我國未來鐵路快速發展，起良好的推動性作用。

1? 電力機車過電壓產生機理

根據相關的數據表明，電力機車在運行的過程中可能會受到以下幾種電壓的影響：首先是工頻電壓，即在正常的運行系統下的電壓，我國當前規定鐵路部門牽引供電系統的電壓為25000瓦;暫態過電壓，這主要是指在短時間內受到的工頻電壓，其嚴重程度主要取決于幅值和持續的時間;操作過電壓主要是指電壓與供電系統的結構，特別是與開關設備的特性有關的電壓;雷電過電壓，主要是雷電直擊于接觸網或者是線路及其地面所產生的電壓。這些不同方面的電壓都對電氣化鐵路安全的運行造成了重要的干擾[1]。

2? 電氣系統過電壓的類型

2.1 接地故障形成的電壓

接地故障是常見的電力系統故障之一，特別是單相接地故障發生的次數相對比較多，當電壓增大時單線接地故障發生頻率也會隨之增加。當單線接地故障發生時，電壓會隨之增大，此時避雷器的防護措施也難以發揮其作用，在實際電力系統操作的過程中發現單相接地時電壓值會來對避雷針擋弧電壓進行選擇，從而導致正常供電系統受到破壞。當超高電壓對電網產生故障時，則需要立即對電流進行切斷，同時還需要配合合理的方法來對故障采取相應的措施進行補救[2]。

2.2 負載突變型過電壓

電氣系統在運行的過程中可能會出現各種各樣的臨時性的故障，此時一些比較大負荷的供電停止，這樣也會導致電壓升高，從而使得內部的過電壓現象的產生。在電力系統正常運行的過程中，其電壓是不會發生改變的，會保持足夠的輸送功率，其斷電系統也是不變的，這樣就可能會出現電壓升高的情況。發動機在運行的過程中，其系統會根據自身的慣性保持一定的轉速，當發生甩負荷時，轉速會增加，從而導致發動機的實際頻率會產生相應的提高。一旦該現象發生在輸電線路的長線的末端時，會導致電容效應產生，從而使得電壓升高，可能會產生過電壓的現象[3]。

2.3 諧振過電壓

諧振過電壓則主要發生的原因是由于電感電容元件組成的回路在同一頻率下發生了共振現象，可以根據過電壓的形式不同分為線性過電壓和非線性過電壓。諧波過電壓主要是發生在系統故障或者是非全項操作的狀況下，系統發生單相接地故障時，則有可能會發生線性諧振過電壓的現象。非線性諧振過電壓則有可能是由于變壓器或者是互感器的鐵子元件而引發的，主要隨著外部電壓的變化而產生變化[4]。

3? 過電壓防護的方法

基于過電壓對于電氣設備的影響和危害，因此過電壓現象需要得到相關電力工作人員的重視，一般過電壓的防護措施需要根據電氣設備所在的環境進行不同類型的電壓幅值的推測，根據原理選擇相應的防護對電壓進行壓制，或者是利用絕緣設備進行防護。對過電壓的防護主要是穩定電壓保護電氣設備的正常運行。本文基于電壓防護以及影響電路線路的過電壓現象進行了分析，從而加強對電力線路的保護，重視電氣設備的電壓防護以及相關元件的檢測等方面入手。

3.1 電力線路的保護

電力線路是電氣設備中十分重要的組成成分之一，電力線路都是過電壓的高發地帶，電力線路可以分為輸電線路以及配電線路。一般而言，電力線路由于雷擊或者其他的自然天氣很容易出現過電壓現象，為了保護過電線路避免造成過電壓現象造成的短路，需要對線路的裝置以及其他方面進行避雷或者是限制電壓的裝置的安裝，從而保障電力線路的安全。過電線路保護需要裝置避雷針，避免雷暴直擊導線，避免超負荷運行從而中斷供電，還可以設置避雷接地的引線保護電力線路的安全運營將電壓成功的引入到地底，保證電路線路的內部的電壓穩定，從而有效地保障用電的安全。

3.2 限制電力設備的電壓

對于電氣設備而言，限制電氣設備的電壓是保護內部電壓防止過電壓現象產生的良好的手段。一般電氣設備的損害主要是短時間內的電壓峰值超過了可控制的范圍，需要利用各種手段限制電壓峰值，或者是將電壓進行分流，限制電壓對電氣設備的損害。過高的電壓對電氣設備的損害主要產生于對電力設備的沖擊，為了有效地防止過電壓現象的產生，需要將電氣設備內部的電壓進行有效的限制，是避免過電壓現象產生的有效措施。通常減少或者限制電壓的方式有設置接地線，從而將電壓進行導出，減少電力設備內部的電壓峰值，有效地控制內部電壓。其次還需要合理的布局電氣設備中的設置和控制周圍的環境，從而有效地避免過電壓現象的產生。通過限制電氣設備的電壓，減輕了電氣設備的電壓負擔，保證了用電安全，有效地防止了過電壓現象的產生。

3.3 加強電氣設備的檢修與監測

電氣設備零件老化也是產生過電壓現象的重要原因之一。為了有效地降低過電壓現象的危害，除了需要設置保護裝置以外，也需要有效的檢查電氣設備中的各種性能和安全性。電氣設備中的絕大多數的材料都是由非金屬材料構成的，具有一定的防電壓性，但是也存在著壽命較短，材質脆弱的現象。因此需要加強電力設備中的絕緣材料的檢修，對于發現具有故障的零件，需要進行及時的更換和修整。對電氣設備的監測也是保證電氣系統正常運行的措施之一，需要加強電氣設備的監測環節，加強對相關的電流及電壓進行監測，發揮電力系統的警報系統的作用，當電力系統存在著危險時進行有效的預防和信息傳遞。

4? 結束語

總而言之，電氣設備的安全性和可靠性對于電力機車的正常運行具有重要的影響，電氣設備除了常見的自然損耗以及電流的沖擊以外，過電壓現象也是一項需要注意的內容。因此需要采取有效的措施，例如防雷裝置的安裝、加強電壓限制等方式，有效的避免由于電壓現象對電器設備產生損害，從而提高電力設備的穩定性與可靠性，加強電力機車的正常運行，提高供電的質量。

參考文獻：

[1]李秀琪.淺析超高壓電力系統中大氣過電壓的防范[J].中國新技術新產品，2014（23）：56.

[2]馬牮.電力機車車頂高壓絕緣檢測系統應用分析[J].科技創新與應用，2017（12）：141.

[3]赫鵬，黃召明，邱艷春，等.淺析過電壓對電力機車高壓電氣設備的影響[J].電子世界，2014（007）：97.

[4]魏琪.過電壓對電力機車高壓電氣設備的影響[J].內燃機與配件，2017（019）：116-117.

[5]王長華.過電壓對電力機車高壓電氣設備的影響[J].黑龍江科學，2018，9（24）：120-121.