基于电力机车高压电气系统过电压防护方案分析

刘文莉

摘要：在牵引供电的过程中，电压会影响到电力机车高压电气设备的正常运行，甚至还会烧毁高压电气设备，本文以电力机车为例，分析了电力机车在运行的过程中可能运到的雷电过电压、操作过电压等现象的产生，并针对于电力机车过电压的防护方案做了优化，为今后的相关工作的开展，提供了借鉴，

关键词：电力机车;高压电器系统;过电压;防护方案分析

0  引言

随着我国经济的快速发展，铁路交通已经成为经济发展的一个重要因素，我国当前高速铁路运行已经居世界第一位，当前我国牵引供电系统的电化率和复现率都能够满足我国当前社会发展和国家经济发展的需要，并且相关的技术都已经达到国际先进水平。当前我国牵引供电系统一般通过电力机车经过断路器、互感器等一系列的高压设备，将电能转化为动能，从而推动电车的行驶。但是长期以来电力机车的供电系统以及高压防护问题都没有得到很好的解决。以电力机车为例，在运行的过程中除恶劣环境外，大气过电压操作都有可能会影响电力机车的正常运行。因此，就电力机车所承受的电压环境进行测试分析，了解国内外对于电气系统防护方案及过电压防护的标准，改进了当前电力机车高压电气系统的防护方案，推动我国铁路安全运行，为我国未来铁路快速发展，起良好的推动性作用。

1  电力机车过电压产生机理

根据相关的数据表明，电力机车在运行的过程中可能会受到以下几种电压的影响：首先是工频电压，即在正常的运行系统下的电压，我国当前规定铁路部门牵引供电系统的电压为25000瓦;暂态过电压，这主要是指在短时间内受到的工频电压，其严重程度主要取决于幅值和持续的时间;操作过电压主要是指电压与供电系统的结构，特别是与开关设备的特性有关的电压;雷电过电压，主要是雷电直击于接触网或者是线路及其地面所产生的电压。这些不同方面的电压都对电气化铁路安全的运行造成了重要的干扰[1]。

2  电气系统过电压的类型

2.1 接地故障形成的电压

接地故障是常见的电力系统故障之一，特别是单相接地故障发生的次数相对比较多，当电压增大时单线接地故障发生频率也会随之增加。当单线接地故障发生时，电压会随之增大，此时避雷器的防护措施也难以发挥其作用，在实际电力系统操作的过程中发现单相接地时电压值会来对避雷针挡弧电压进行选择，从而导致正常供电系统受到破坏。当超高电压对电网产生故障时，则需要立即对电流进行切断，同时还需要配合合理的方法来对故障采取相应的措施进行补救[2]。

2.2 负载突变型过电压

电气系统在运行的过程中可能会出现各种各样的临时性的故障，此时一些比较大负荷的供电停止，这样也会导致电压升高，从而使得内部的过电压现象的产生。在电力系统正常运行的过程中，其电压是不会发生改变的，会保持足够的输送功率，其断电系统也是不变的，这样就可能会出现电压升高的情况。发动机在运行的过程中，其系统会根据自身的惯性保持一定的转速，当发生甩负荷时，转速会增加，从而导致发动机的实际频率会产生相应的提高。一旦该现象发生在输电线路的长线的末端时，会导致电容效应产生，从而使得电压升高，可能会产生过电压的现象[3]。

2.3 谐振过电压

谐振过电压则主要发生的原因是由于电感电容元件组成的回路在同一频率下发生了共振现象，可以根据过电压的形式不同分为线性过电压和非线性过电压。谐波过电压主要是发生在系统故障或者是非全项操作的状况下，系统发生单相接地故障时，则有可能会发生线性谐振过电压的现象。非线性谐振过电压则有可能是由于变压器或者是互感器的铁子元件而引发的，主要随着外部电压的变化而产生变化[4]。

3  过电压防护的方法

基于过电压对于电气设备的影响和危害，因此过电压现象需要得到相关电力工作人员的重视，一般过电压的防护措施需要根据电气设备所在的环境进行不同类型的电压幅值的推测，根据原理选择相应的防护对电压进行压制，或者是利用绝缘设备进行防护。对过电压的防护主要是稳定电压保护电气设备的正常运行。本文基于电压防护以及影响电路线路的过电压现象进行了分析，从而加强对电力线路的保护，重视电气设备的电压防护以及相关元件的检测等方面入手。

3.1 电力线路的保护

电力线路是电气设备中十分重要的组成成分之一，电力线路都是过电压的高发地带，电力线路可以分为输电线路以及配电线路。一般而言，电力线路由于雷击或者其他的自然天气很容易出现过电压现象，为了保护过电线路避免造成过电压现象造成的短路，需要对线路的装置以及其他方面进行避雷或者是限制电压的装置的安装，从而保障电力线路的安全。过电线路保护需要装置避雷针，避免雷暴直击导线，避免超负荷运行从而中断供电，还可以设置避雷接地的引线保护电力线路的安全运营将电压成功的引入到地底，保证电路线路的内部的电压稳定，从而有效地保障用电的安全。

3.2 限制电力设备的电压

对于电气设备而言，限制电气设备的电压是保护内部电压防止过电压现象产生的良好的手段。一般电气设备的损害主要是短时间内的电压峰值超过了可控制的范围，需要利用各种手段限制电压峰值，或者是将电压进行分流，限制电压对电气设备的损害。过高的电压对电气设备的损害主要产生于对电力设备的冲击，为了有效地防止过电压现象的产生，需要将电气设备内部的电压进行有效的限制，是避免过电压现象产生的有效措施。通常减少或者限制电压的方式有设置接地线，从而将电压进行导出，减少电力设备内部的电压峰值，有效地控制内部电压。其次还需要合理的布局电气设备中的设置和控制周围的环境，从而有效地避免过电压现象的产生。通过限制电气设备的电压，减轻了电气设备的电压负担，保证了用电安全，有效地防止了过电压现象的产生。

3.3 加强电气设备的检修与监测

电气设备零件老化也是产生过电压现象的重要原因之一。为了有效地降低过电压现象的危害，除了需要设置保护装置以外，也需要有效的检查电气设备中的各种性能和安全性。电气设备中的绝大多数的材料都是由非金属材料构成的，具有一定的防电压性，但是也存在着寿命较短，材质脆弱的现象。因此需要加强电力设备中的绝缘材料的检修，对于发现具有故障的零件，需要进行及时的更换和修整。对电气设备的监测也是保证电气系统正常运行的措施之一，需要加强电气设备的监测环节，加强对相关的电流及电压进行监测，发挥电力系统的警报系统的作用，当电力系统存在着危险时进行有效的预防和信息传递。

4  结束语

总而言之，电气设备的安全性和可靠性对于电力机车的正常运行具有重要的影响，电气设备除了常见的自然损耗以及电流的冲击以外，过电压现象也是一项需要注意的内容。因此需要采取有效的措施，例如防雷装置的安装、加强电压限制等方式，有效的避免由于电压现象对电器设备产生损害，从而提高电力设备的稳定性与可靠性，加强电力机车的正常运行，提高供电的质量。

参考文献：

[1]李秀琪.浅析超高压电力系统中大气过电压的防范[J].中国新技术新产品，2014（23）：56.

[2]马牮.电力机车车顶高压绝缘检测系统应用分析[J].科技创新与应用，2017（12）：141.

[3]赫鹏，黄召明，邱艳春，等.浅析过电压对电力机车高压电气设备的影响[J].电子世界，2014（007）：97.

[4]魏琪.过电压对电力机车高压电气设备的影响[J].内燃机与配件，2017（019）：116-117.

[5]王長华.过电压对电力机车高压电气设备的影响[J].黑龙江科学，2018，9（24）：120-121.