铁路牵引变电所的防雷技术分析

许德华

中国铁建电气化局集团第二工程有限公司 山西太原 030000

1 铁路牵引变电所防雷的重要性

雷电作为一种较为常见的天气，是天空中的雷云之间或者雷云对地之间由于电位差而产生的瞬间剧烈放电现象。带负电的雷云在地表感应出正电荷，使得雷云与大地之间类似于一个电容器。当电容器的电场强度超过大气的击穿强度时，雷云对大地放电，即为雷击。一般情况下，变电所雷击大致分为两种情况，一种为雷击直接作用于变电所的设备之上，另一种情况是架空线路上的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵人变电所。无论哪种情况，若未能采取有效的防范措施，当其发生时，强大的电流可能会造成变电所内一次设备烧毁、二次设备损坏、自动化系统退出等问题，导致牵引变电所无法正常供电，进而导致铁路运行可靠性降低[1]。

2 牵引变电所的雷电防护

2.1 防雷设备分析

（1）外部防雷设备。

①避雷针，工程建筑中，避雷针属于常见避雷装置，一般在杆塔顶端进行安装，可进行雷击的有效防控，将雷击快速引到地面，降低外部雷击等引起的危害，但是其一般不可以安装在门型构件位置处，避免雷击引起变压器受损的状况。避雷针安装中需要加强对安装距离的考虑。注意事项：地上由独立避雷针到配电装置的导电部分之间、变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般不小于5m。其次，地下由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般不小于3m。

②避雷线、避雷器，以35KV的线路保护为例，为了提高变电所周边设备的稳定性，需要加强雷击沿线的设备设施优化，需要在变电所进出口2KM范围内进行避雷线的安装，一般不采用全线架设的方法。但是通常在架空避雷线的两端装设管型避雷器，限制沿保护段以外的线路进入变电所内的入侵波，其接地电阻不得大于10Ω。对于电压35kv、容量3200kvA以下的一般负荷变电所，可采用简化的进出线段保护接线方式。对于10kv以下的高压配电线路进出线段，只装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护其线路断路器及隔离开关。

（2）内部防雷设备。阀型避雷器。变压器母线上，经常需要进行阀型避雷器的安装，其保护效果十分明显。在6-10kv变电所中，阀型避雷器与被保护的变压器间的电气距离，一般不应大于5m。为使任何运行条件下变电所内的变压器都能够得到保护，对于分段母线的每段母线上都应装设阀型避雷器。多雷区位置中，变压设备的低压接线需要采取接地处理，一般可安装避雷器、氧化物等进行保护，降低雷击作用引起的击穿。对应防雷体系的材料一般以表面镀锌的方法实现防腐，传统连接方法为焊接施工。对应搭接长度需要控制不超过6倍直径，扁钢搭接长度需要大于宽度的二倍。避雷针安装中，需要避免电话线等安装位置，必须充分避免避雷针将雷击作用借助电话线等传入室内。此外，避雷针的接地位置选择中需要引起注意，合理考虑其与人行道、道路交叉口等位置的间距，需要采取有效的压力控制措施，如沥青材料的使用等[2]。

2.2 直击雷防护

当雷直接击到导线上时，雷电流经导线波阻抗产生压降，其值可达几十到几百万伏，称为直击雷过电压。雷电直接落在馈线间隔母线上，产生强大电弧，造成该回路上的避雷器瞬间炸裂接地，引起地网电位急剧上升，高压窜入二次电缆及控制室，摧毁保护装置和直流系统。保护装置失灵，高压设备长时间对地短路、燃弧，从而造成所内设备大面积损坏，直至一台主变压器烧损，引起上一级变电站跳闸。直击雷的防护主要依靠避雷针和避雷线，其防护措施的原则：①被保护物体处于避雷针或避雷器的防护范围内；②要求雷击避雷针或避雷线时不应被保护物体发生反击。

避雷针按照接地方式可分为独立式和构架式。土壤电阻率大于1000Ω/m的地区或设备绝缘水平不高（如110kV以下）的情况下最好使用独立避雷针，因为，它比构架避雷针距离电气设备远，不易发生反击。使用避雷针应就近埋设辅助集中接地装置，且该装置与地网的连接点距离主变压器的地网连接点至少要大于15m。这是为了将避雷针上的电压波衰减到不会对变压器造成损害的程度。避雷线在我国较高电压等级变电站内使用普遍。它主要有两种布置形式：一是该线的一端经配电装置构架接地，另一端经绝缘子串与厂房建筑物绝缘；二是该线两端都接地形成一个架空地网。

2.3 侵入波过电压防护

由于绝大多数变电所装设了避雷针、避雷线和接地装置，因此，绕击和反击的事故率很低，每年100个变电所约发生0．3次绕击或反击；相比之下，变电所的雷害事故主要是由于雷击线路后产生的雷电侵入波过电压和雷击二次设备上感应产生的过电压所造成的。对雷电侵入波过电压的主要防护措施就是装设避雷器。他的装设位置和防护距离在防雷标准中已经给出，对于防护接线，无论变电所的电气主接线如何，只要能保证每段可单独运行的母线上都有一组避雷器就可使整个主接线得到保护。运行经验显示：变电所雷电侵入波过电压事故约有50%是由雷击变电所1km以内的线路引起的，约有71%是由雷击3km以内线路引起的。这说明加强进线段线路防雷保护对于减少雷电侵入波过电压非常重要，限制雷电侵入波过电压还需要将保护的范围延伸至变电所外1-2km的输电线路上[3]。

3 结语

综上所述，要保证铁路牵引变电所的安全稳定运行，既要保证变电所接地电阻满足规范要求，并定期检测地网阻值，还要依据变电所的防雷条件、防雷要求等采取有效的防雷措施。