高铁客专低压配电防雷系统设计方案探讨

徐启程

中国铁建电气化局集团南方工程有限公司

高铁客专低压配电防雷系统设计方案探讨

徐启程

中国铁建电气化局集团南方工程有限公司

介绍浪涌保护器的工作原理及其主要性能、指标；针对高铁低压配电防雷系统的设计要点较为详细的分析研讨，并同普铁对比；结论得出在低压配电系统中加装浪涌保护器防止雷电电磁脉冲是一种经济且行之有效的防护措施。

浪涌保护器；高铁低压配电系统；设计要点；工程实际应用

1.浪涌保护器

1.1 浪涌保护器(英文缩写SPD，以下均简称SPD)类型

(见表1)

1.2 SPD主要性能指标

1.2.1 10/350μs波是模拟直击雷的波形，波形能量大；

8/20μs波是模拟雷电感应和雷电传导的波形。

1.2.2 标称放电电流In：

流过SPD、8/20μs电流波的峰值电流。

1.2.3 冲击电流Iimp：

用于电源的第一级保护SPD，反映了SPD的耐直击雷能力(采用10/350μs波形)。

1.2.3 最大放电电流Imax：

又称为最大通流量，指使用8/20μs电流波冲击SPD一次能承受的最大放电电流。

1.2.4 最大持续工作耐压Uc(rms)

可以持续施加于电涌保护器的最大交流有效值电压或最大直流电压，等于电涌保护器的额定电压。

1.2.5 保护电压水平Up:

在标称放电电流(In)下的残压，又称SPD的最大钳压，对于电源保护器而言，可分为一、二、三、四级保护，保护级别决定其安装位置，保护级别需与被保护系统和设备的耐压能力相匹配。

2 高铁客专低压配电线路加装浪涌保护器设计方案分析

2.1 低压配电系统防雷浪涌多级分步泄放原则

由于雷击的能量是非常巨大的，为了避免残压对设备的干扰；高铁低压配电系统中SPD的设置采用了多级分步的设计原则将雷击能量逐步泄放到大地。

在直击雷非防护区(LPZ0A)或在直击雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZ1)交界处，安装通过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护，对直击雷电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时，将传导的巨大能量进行泄放。在第一防护区之后的各分区(包含LPZ1区)交界处安装限压型浪涌保护器，作为二、三级或更高等级保护。第二级保护器是针对前级保护器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备，在前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级保护器而言是相当巨大的能量，会传导过来，需要第二级保护器进一步吸收。同时，经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射。当线路足够长时，感应雷的能量就变得足够大，需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残余雷击能量进行保护。根据被保护设备的耐压等级，假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平，就只需要做两级保护；假如设备的耐压水平较低，可能需要四级甚至更多级的保护。

首先按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级，共分为A、B、C、D四级，火车枢纽站特别是高速铁路通信、信号设备属于甲级安全防范系统，属于A级雷电防护等级。而相对应的配电线路采用防护级数为：A级一般采用3级或4级防护；B级一般采用2级或3级防护；C级一般采用2级防护；D级一般应采用1级或2级防护。

以石武客专(湖北段)低压配电系统为例，其铁路防灾系统设备动力及通信、信号设配电线路中均采用3-4级防护，而站场二级负荷用配电采用了1级防护。

2.2 接线方式

2.2.1 SPD并联线路的接线方式

低压配电线路中一般都采用并联安装接线；这主要从线路负载角度考虑，并联线路时加装SPD与负载大小无关，还可以保障供电的连续性；而串联安装必须考虑负载功率不能超过SPD的额定功率，并且留有余量，这对于SPD的制造造成局限性且陈本较高。

2.2.2 SPD串联电流断路器或熔断器进行过流保护

表1 浪涌保护器类型

虽然大多数电源浪涌保护器含有内置的熔丝，在承受过高的浪涌电流冲击时可以起到一定的保护作用，但是由于在连接电源浪涌保护器的线路中，仍存在相间发生短路故障的可能性并且考虑到浪涌保护器的检修、维护，所以SPD设计安装电流断路器或熔断器对浪涌保护器及其线路进行过电流保护。

断路器或熔断器电流整定值需与电源浪涌保护器内部熔丝、连接导线匹配；瞬态过电压冲击的持续时间很短，整定值约为25安培的熔断器或断路器可以通过几万安培的瞬态浪涌电流(8/20μS波形)，而熔断器和断路器的响应时间相对来说是较慢的(几十ms以上)，所以它们在浪涌冲击状态下动作机会极小。SPD上端加装电流断路器或熔断器可行、合理。如图3 为设置于电力远动箱变低压馈出总电源线侧的SPD，并联于线路中，且加上了断路器进行过流保护。

在加断路器或者熔断器进行过流保护时，应特别注意断路器或熔断器的整定电流的选择，SPD过流保护装置的整定电流要小于断路器或熔断器整定电流；当SPD整定电流大于断路器或熔断器整定电流时；按要求可以取消SPD过流保护装置可取消，与配电断路器或熔断器共用保护装置。

根据蒸汽驱的筛选标准（表1），草33区块除油层厚度较薄外，其他参数如油藏深度、含油饱和度、孔隙度、渗透率、纯总厚度比等均满足水平井蒸汽驱条件。但随着水平井开发技术与注汽配套工艺的改进，对于这种薄层稠油油藏的开发是可以实现的。

2.2.3 SPD开关级数的选择

高铁电力低压配电系统一般为TN-S系统，在TN-S系统接地型式中，N线与PE线是从电源线中性点处是完全分开独立的，所以第一级防护(总配电)时应在L线与PE线，N线与PE线之间加装四极式SPD；在才能满足浪涌保护的基本原理，即在瞬态过电压存在的极短时间内，在被保护区域内的所有导电部件之间建立起一个等电位。所以SPD第一级防护接线往往选择四极式SPD。而分配电源箱依据受点设备的相数进行选择级数，单相则选择2P浪涌保护器。

4 结束语

本文是笔者在审图、设备订货及具体施工中，就低压配电线路中加装SPD碰到的实际问题，也是目前备受关注的热点与难点问题。涉及到防雷规范与标准的应用，通过相关资料的学习，与设计、厂家及其它专业的相互沟通，认真学习理解和实际工程中的应用，整理成文。为以后该类型施工图的审查以及施工过程中的质量把关提供了一定的参考依据。

[1] B50057-94(2004版)建筑物防雷设计规范

[2] IEC61024-1：建筑物防雷 第1部分 通则

[3] IEC61312-1：雷击电磁脉冲的防护 第1部分 通则

[5] IEC61312-3：雷击电磁脉冲的防护 第3部分 浪涌保护器的要求

[6] IEC61662：雷击损害风险评估

图3 轨道电路绝缘测试示意图

如图3所示，首先将电压表跨接在受电端钢轨上，此时电压表上可读得一个数值，然后利用短路线a跨接在其中一组绝缘节A两端的钢轨上。此时，如果轨道继电器衔铁落下或电压表数值减小，甚至指针反方向动作时，则说明相对应的那组绝缘B有破损现象。因此时邻接轨道电源通过绝缘B直接串在电路中，构成环状电路所致。再按此法，将短路线a跨接在另一组绝缘B上，同样即可测得相对绝缘A的性能情况。

5、结束语

以上就城轨信号系统单轨道50Hz相敏轨道电路的工作原理及维护做了简要说明，为了提高行车密度，保证行车安全，我们必须有计划的对轨道电路进行维护，保证其正常工作，完成列车的占用检查功能。

参考文献：

[1] 张海生.浅谈单轨道50Hz相敏轨道电路在轨道交通中的应用，《电子世界》，2013

[2] 郝红霞.《城市轨道交通信号设备维护与保养》，重庆大学出版社，2013