铁路牵引变电所的防雷措施研究

铁路牵引变电所的防雷措施研究

王智超

中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特供电段 内蒙古 呼和浩特 010000

摘要：随着国民经济的飞速发展，现阶段大部分机车的运行方式已经转化为电力驱动，为了能够确保机车运行拥有充足的动力来源，就需要依靠牵引变电所来为铁路运行提供充足的电力供应。采用电力运行机车由于跨越区域特别宽广，牵引供电系统经常受到雷击影响，造成外部过电压从而引发牵引变电所出现故障，严重时造成设备损坏、停电事故，威胁铁路安全运营。因此本文将对铁路牵引变电所的防雷措施进行梳理与解析。

关键词：铁路；牵引变电所；防雷

引言

我国高速铁路的不断建设开通，为了推动铁路行业的持续稳定发展，电气化成为了当前铁路行业的重要发展方向，同时人们对高速铁路安全可靠运行的要求也在不断提高，其中牵引变电所的安全稳定运行是很重要的部分。在实际的运行过程中，牵引变电所一旦受到雷击影响，就会导致电力输出出现中断问题，进而造成供电臂内部的铁路运输工作受到严重影响。为了避免此类问题的出现，就需要采取有效措施来确保铁路牵引路线的稳定供电，尤其是在预防雷击方面，要将电力线路的保护措施不断加强，进而对严重的安全事故有效预防。

1 铁路牵引变电所防雷的重要性

铁路行业在不断的发展过程中，为了能够将运输能力、行驶速度全面提升，并将能源消耗与运营成本有效降低，这就需要不断加强对于电气化铁路的研究。而电气化铁路在实际运行过程中，需要将重要的电力电能依靠高压输电线有效传递至各牵引变电所之内，而牵引变电所的本质是对电能进行有效转化的设备集合，依靠牵引变电所进行降压与分相之后，进而将电力电能有效传输至在铁路上方所架设的接触网之内，如此一来，电能才能够被电力机车进行合理运用。基于此前提，这也使得牵引变电所成为了整个铁路牵引供电系统的核心部分，牵引变电所设备运行的安全性成为了铁路稳定运行的关键。

雷电的产生是无法遏止的，在实际运行过程中，牵引变电所发生的雷击现象有两种：一种是直接作用于变电所内部相关设备的雷击；另一种是架空线路上的雷电感应过电压与直接雷击过电压所形成的雷电波沿线路侵入铁路牵引变电所之中。但不论是哪种雷击现象，如果不采取有效的措施进行预防，一旦发生雷击情况，就极有可能导致铁路牵引变电所出现一次设备烧毁、二次设备损坏与变电站自动化系统退出等问题，造成牵引变电所的正常供电受到严重影响，致使铁路运营的可靠性大大降低。为了有效避免此类问题的发生，确保铁路牵引变电所的安全稳定运行，除了要加强对铁路牵引变电所相关设备的日常维护外，防雷保护同样也是非常重要的一环。

2 铁路牵引变电所的防雷措施

2.1 避雷器在牵引变电所的防雷作用

避雷器是人工架设的优良导体，所以被广泛运用与电气设备相对集中的区域。这主要是因其在泄放雷电电流中起着突出的作用，这也使其对直击雷具有良好的防护效果。在对避雷针进行安装时，变电所内的避雷针应与内部的相关电气设备和接地装置保持足够的安全距离。如有必要，还需在牵引变电所外进线终端杆塔与变电所之间对独立的避雷针进行设置，并配合变电所原有避雷针实现共同防雷，当雷击高压线路终端杆塔或输电线时，也能起到有效的防护效果。

除此之外，在变电所供电线路首端对避雷针进行合理架设，能够有效预防雷电波在不衰减的情况下进入变电所集中接地箱之中，然后通过接地网进行泄流。由于进入变电所的架空回路线一般是由两段所组成，而架空部分通常为钢芯铝绞线，进入变电所的部分为电缆，为此就可以对三级防护措施进行采用，即增设避雷器或浪涌保护器限压元件，并依靠计算将集中接地箱的最佳安装位置进行确定，以防止雷电波侵入过电压对集中接地箱乃至与其相连的电气设备造成损坏。

2.2抗雷线圈在牵引变电所的防雷作用

金属氧化物避雷器的设置已明显将雷电过电压侵入波的幅值限制在了可耐受范围内，但从牵引变电所长期稳定运行的角度考虑，仍需进一步限制过电压侵入波，这样造成伤害的程度和概率越小。避雷器虽然可以控制雷电侵入波的幅度，但对侵入波的陡度影响不大。当雷击距离变电站较近时，侵入波陡度过大会对所内设备绝缘造成冲击损坏。从限制雷电侵入波陡度的角度来看，可以在牵引变电站出口加装抗雷线圈来限制雷电侵入波的波前陡度，抗雷线圈实际上是一个量值较大的电感器，串联在线路上，当行波通过电感时，波前会变平，陡度减小，对设备的危害越小。因此抗雷线圈电感值越大对变压器上过电压、波前陡度的抑制效果越好,由于抗雷线圈的价格与电感值成正比例关系，所以应从经济和技术两方面综合考虑确定抗雷线圈电感值,目前牵引变电所27.5kV馈线侧使用的抗雷线圈为1mH。

2.3支柱冲击接地电阻在牵引变电所的防雷作用

支柱冲击接地电阻越大，牵引变压器受过电压侵入波影响的时间越长。因为冲击接地电阻越大，雷击馈线时，雷电流流经支柱直接入地的分量就越少，进入牵引变电所内的电流分量增多，这使得在雷电放电之后，支柱顶端的过电压被限定在了较高的水平，最终反射叠加导致变压器上过电压处于较高水平，不利于牵引变电所防雷。所以采用较小支柱冲击接地电阻，不仅能限制牵引变电所过电压侵入波的幅值，还能减少其持续作用在设备上的时间，因此条件具备时，支柱应尽量使用较小冲击接地电阻。

2.4浪涌保护器在变电所二次系统防雷作用

对于牵引变电所二次系统的防护，应从控制室内交直流系统、馈电回路及各类通信接口等全面考虑。目前有效措施是加装浪涌保护器。当浪涌保护器上出现过电压时，作为速度最快的元件瞬变电压抑制二极管首先动作，并开始泄放电流，输出电压被钳位在其截止电压上，可以有效避免因雷电过电压，所引发的瞬时大电流侵入自动化系统的电源设备，进而导致电源模块故障或损坏。

结合牵引变电所二次系统配置情况，可考虑在交直流屏与室外照明配电箱内部，对相应等级的浪涌保护器进行设置；在综合自动化系统装置，其安装位置需在接引交直流电源 的端子排连接处或接引电压电流互感器二次侧的电缆连接处；牵引变电所的通信接口主要采用BNC、RJ45、RS485等接口，需在接口处、GPS时钟的天线接口处、控制室内引入监控线的视频监控屏等位置安装浪涌保护器。

3 结束语

牵引变电所具有良好的防雷性能是保证铁路运行的基本要素，而各项防雷措施需要综合运用才能确保牵引变电所的安全可靠运行。所以不仅要保证变电所接地电阻符合规范要求，还要定期检测，同时根据变电所的防雷条件和防雷要求，以确保实现良好的防雷效果。

参考文献

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