浅论铁路牵引变电所的防雷技术

金玉山

摘要：为了充分提高电气化铁路行业的进展，需要充分加强变电所的防雷保护，采取各种有效措施进行防雷保护，以期提高综合控制能力和整体安全性，在保证供电系统基本功能的前期下，不断提高其安全等级，建立合理的设备运行体系和管理要求。鉴于此，本文主要分析铁路牵引变电所的防雷技术。

关键词：铁路;牵引变电所;防雷技术

一、引言

大秦线作为铁路重载运输的示范线，2003 年完成1. 2 亿吨运量任务后，以后每年以 5 千万吨的运量递增，随着运量逐年递增导致牵引供电容量不足，大秦线牵引供电随着逐年进行了扩能改造。大秦牵引变电所多数坐落于山区雷电灾害较重范围之内，而部分早期投运变电所的防雷设备改造却大大滞后于扩容改造，如管内夏庄子变电所、迁西变电所就位于山地多雷区段，该两所处位置每年5月到8月进入雷雨季节，其中因雷雨天气造成牵引跳闸频繁，严重干扰了正常供电。而大秦二期从目前牵引变电所防雷设备大体还是基于1992年开通时架设，避雷针设计高度防护范围，地阻网老化，防雷害能力弱化，遇雷害频繁时段，对牵引变电所安全形成巨大隐患。

二、雷击产生的原因

2.1直击过电压造成的雷击事故。有时雷云会直接击中牵引变电所的电缆设备，产生很大的电流导致设备电压过大，将设备绝缘击穿，出现电气短路的情况。另外，连入变电所的二次设备受到雷击后二次电缆导流，也会导致二次设备被烧坏。因为多条输电线路均在变电所交汇，并且线路多在野外架设，受雷击的概率比较大，所以直击过电压是造成雷击的主要因素。

2.2感应过电压造成的雷击事故。当带有负电荷的雷云从架空线路上方经过时，受静电感应的影响，会有大量的正电荷在架空线路的上方聚集，当雷云向大地放电以后，这些位于架空线路上方的正电荷的约束力会丧失，并再次获得自由，流动到导线两侧，产生较大的过电压，严重影响着牵引变电所运行的安全性。

三、雷击的入侵途径

3.1门型架雷电波入侵途径。当使用避雷线和架空导线接入到牵引变电所门型架的接线方式时，雷电波主要有以下三种方式侵入变电所：（1）站在地线间气隙击穿、雷击引起导电的角度来说，雷击点位于档距中间时对避雷线造成的危害最大;（2）从近区雷击干塔塔顶，顺着杆塔、避雷线等雷击线路产生的绝缘子串闪络。这种入侵途径下，电压值最大，受到的影响也最大.（3）处于进线段以外的远区落雷会顺着高压电源导线侵入到牵引变电所。雷击点如图1所示：

3.2从高压侧电缆进入。一些牵引变电所出于结构、地理位置等因素考虑，进入到变电所以后，最后档距会选用地下电缆进入，如图2所示。在一号杆塔外线路落雷和架空线直接进入的情况比较相似，只是在一定程度上降低了最后一段档距产生的落雷，由于这种情况下电缆没有处于被保护的情况下，如果对电缆头造成直击，雷电波会直接对变电所电气设备造成很大的破坏，并且维护难度也比较大。

四、牵引变电所的防雷技术应用

4.1、变电所内一次设备的防雷、接地及回流

避雷针是人为设立的优良导体，适用于电气设备相对集中的区域，对于泄放雷电流具有突出作用，对直击雷有很好的防护作用。所内避雷针在安装过程中要注意和变电所电气设备、接地装置之间保持足够的安全距离，同时避雷针的接地电阻也要严格控制在10Ω之内。

充分的利用避雷针，能够全面的进行防雷的工作。在避雷针的安装过程中，务必对距离标准给予足够的重视，具体有：首先，务必保证地上由独立避雷针到配电装置的导电部分之间≥5m，变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙≥5m。其次，避雷针的接地装置和变电所接地网间最近的地中距离≥3m。

在牵引变电所27.5.kV侧装设避雷器，以避免雷电波绕击、反击等现象对电气设备安全运行的影响。牵引变电所内常用的氧化锌避雷器没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，具有良好的保护性能。

在多雷区，还应在每回27.5.kV馈线的首端，即变电所设备和避雷器与馈线供电线之间装设抗雷线圈，可明显限制雷电波的波前陡度，并且降低雷电波人侵过电压幅值，从而进一步削弱过电压对变电所内电气设备的影响。或在馈线出口处装设独立的避雷针，其目的是避免强雷区變电所出线口附近的馈线或电网被雷击而引起的幅值和陡度较高的雷电波侵入变电所。为实现对变电所设备的防雷保护，不仅可在馈线上加装避雷器，还可采用电容器组加避雷器、抗雷线圈加避雷器、单芯电缆加保护间隙等接线方式。

4.2、变电所内二次系统防雷

现代电气化铁路牵引变电所仅靠避雷器、避雷针等进行防雷已不能满足要求，还需考虑对浪涌电压的防护。牵引变电所二次系统的防雷可以考虑在交直流屏、室外照明配电箱内设置相应等级的电源浪涌保护器，避免雷击过电压引起的瞬时大电流侵入自动化系统的电源设备，造成电源模块故障或损坏;在综自装置、接触网开关控制屏等内部也要按规范要求设置专用的浪涌保护器，且安装位置应尽量靠近设备前端，防止对测控保护回路造成影响。

4.3、变电所的防雷接地

雷电作用下，需要对变电所相关设备进行合理设置，将雷击电流充分引入地表，避免对设备的伤害，需要将电压维持在一定范围内，减低雷击作用导致的危害。变电所需要加强接地网的设置，在满足行业规范要求的前提下，根据实际运行工况，对其进行等电位连接、防雷装置保护等处理，提高设备的安全等级。加强变电所周边环境、运行工况等的综合分析，在不同区域建立合理的设备系统，提高变电所整体防雷效果。

五、结束语

总之，只有保证牵引供电系统的稳定安全的运行，才能全面的保证整个电气化铁路的列车的运行安全。同时其牵引变电的环境也能对供电系统造成一定的影响，因此，务必全面的保证接地防雷系统设计的质量，保证供电系统的运行安全。

参考文献：

[1]窦义乾.电气化铁路变电所遭受雷击的危害及防雷措施[J].通信电源技术，2018，35（10）：263-264.

[2]蔡娟，杨涛.高铁牵引变电所的防雷保护研究[J].中国高新技术企业，2016（09）：20-21.