浅谈电气化铁路防雷技术分析及其生产应用研究

马瑞军

(郑州铁路局 郑州供电段，河南 郑州 450000)

接触网是牵引供电系统的重要组成部分，绝大部分裸露于自然环境中且没有备份，需要采用必要的大气过电压防护措施。如果缺少防护措施或措施不当，可能引起绝缘子损坏、造成线路跳闸，直接影响电气化铁道运营。雷电防护是铁路电气化发展的一个重要课题，很多铁路架空线路架设在旷野，离地又有一定的高度，容易遭雷，为了保证安全供电，必需防雷。在上世纪中叶，开展了大量的雷电活动观测研究。人们观测到地面落雷密度、雷电流幅值的分布等雷电参数。到上世纪后期，随着计算机和通讯技术的进步又开始了雷电定位系统的研究开发和使用，并建立了雷电监测网络，完善了雷电预报和预警机制，为人类更多地了解雷电活动的规律提供了新的手段。

1 雷电的形成

1.1 通常雷击有三种主要形式

一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“雷电电磁脉冲感应”俗称“感应雷”，它是二次雷击。所以也有称为“二次雷”。三是“球形雷”。

1.2 雷击的形成

雷击是指一部分带电的云层与另一部分带电的云层或带电的云层与大地之间的迅猛放电。这种迅猛放电伴有强烈的光和巨大的声音。所谓雷就是指的“声音”，电实际指的是“光”，即“电闪雷鸣”。根据年平均雷暴日，将雷电活动地区分为:少雷区、中雷区、多雷区、强雷区。

1.3 雷电流参数

研究雷电流参数，主要要了解雷电的幅值和波形。根据国外观测统计，目前世界上观测到的最大的雷电流可达到430KA(瑞士)，国内观测到的最大雷电流为300kA(黑龙江)。在自然界中超过200kA的雷电仅占全部雷电数的1%左右。

2 避雷器的保护原理

避雷器是用以限制由线路传来的雷电冲击或由操作引起的内部过电压的一种电气设备。其保护原理和避雷针不同，它实质上是一种放电器，并联在被保护设备附件。当雷电入侵波或操作波超过避雷器的放电电压，避雷器将优先于与其并联的被保护电力设备放电，从而限制了过电压的发展，使与其并联的电力设备得到保护。目前使用的避雷器有①保护间隙，②管式避雷器，③阀式避雷器，④金属氧化物避雷器。

2.1 保护间隙

保护间隙常用双羊角状间隙，取其有电弧上吹特性，我国常用于3－10kV电网中。保护间隙有一定的限制过电压效果，但不能避免供电中断。

优点:结构简单、价廉。缺点:保护效果差，与被保护设备的伏秒特性不易配合;动作后产生的截波，对变压器匝间绝缘有很大的威胁。因此它往往与其它防护措施配合使用。

2.2 管型避雷器

管式避雷器不但有一个切断电流的下限，而且还有一个切断电流的上限。其安装点最大与最小短路电流要分别小于和大于管式避雷器的上、下限。管式避雷器伏秒特性陡，放电分散性大，动作产生截波，放电特性受大气条件影响，故它主要用作保护线路弱绝缘，以及变电所的进线保护段。

2.3 阀型避雷器

当过电压达到间隙动作电压，间隙动作，冲击电流经阀片流入大地;之后，阀片仅受到工频电压作用，由于非线性关系，阀片电阻值增高，使流过的工频续流受到限制，并在第一次过零瞬间，由间隙将此续流切断。注意:避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，因此线路在整个过程均保持正常供电。

2.4 磁吹阀式避雷器

提高避雷器切断工频续流值的方法之一是“磁吹”，即利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间隙灭弧能力。

2.5 金属氧化物避雷器(MOA)

20世纪60年代末，70年代初，日本首先研制成功氧化锌非线性电阻片和电力用避雷器以后，经过世界各国的共同努力，氧化锌电阻片的发展已达到成熟。氧化锌非线性电阻片是以氧化锌为主要材料，掺以微量的氧化铋、氧化钴、氧化锰、氧化锑、氧化铬等添加物，经过成型、烧结、表面处理等工艺过程而制成。氧化锌电阻片具有非常优异的非线性伏安特性，可以取消串连火花间隙，实现避雷器无间隙、无续流。

2.6 复合外套氧化锌避雷器

2.6.1 保护性能好。在额定电压作用下，通过的电流极小，因此可以做成无间隙避雷器，它不需间隙动作。电压一旦升高，即可迅速吸收过电压能量，抑制过电压的发展;有良好的陡度响应特性;性能稳定。

2.6.2 金属氧化物避雷器基本无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强。在雷电或操作冲击作用下，只需吸收过电压能量，不需吸收续流能量。

2.6.3 通流容量大。避雷器容易吸收能量，没有串联间隙的制约，仅与阀片本身的强度有关。同碳化硅(SiC)阀片比较，氧化物阀片单位面积的通流能力大4－4.5倍。

2.6.4 复合外套金属氧化物避雷器的优点。很大程度上消除了避雷器受潮的隐患。复合外套ZnO避雷器，内部真空浇注，排除了内部气隙。从根本上消除了避雷器外套爆炸的危险。重量轻，体积小。扩大了避雷器的使用范围。耐污性能好。散热特性好。制造工艺简单。27.5kV无间隙ZnO避雷器的典型参数:额定电压42kV，标称放电电流下残压(10kA)110/120kV，方波通流容量20次(400－600A)，持续运行电压下阻性电流200μA.

3 结束语

通过对雷电知识的了解，掌握基本的雷电原理及应对方法，这样在铁路防雷产品的选择和安装过程中就可以避免造成不必要损失，同时从经济上也得到效益最大化。

［1］于万聚.高速电气化铁路接触网［U］.成都:西南交通大学，2005.

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［4］王卫峰.正确选择安装金属氧化物避雷器.河南科技.2002年12期

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