浅析牵引供电的防雷措施

摘要：牵引供电系统主要包括牵引变电所与接触网，其是否安全可靠运行是决定铁路运营畅通的一个重要因素。防雷措施布置得当会对牵引变电所与接触网安全运行提供可靠保障。

关键词：牵引变电所；接触网；防雷保护；避雷针；避雷器；反击；接地网；一次重合闸

牵引变电所和接触网是电气化铁路的枢纽和脉络，牵引变电所和接触网一旦发生雷害事故，往往导致变压器等重要电气设备的损坏，并造成大面积停电，严重影响铁路运营畅通。 特别是近些年来，随着铁路提速步伐的加快，牵引变电所和接触网的防雷问题显得更为重要。本文介绍运行的牵引供电变电和接触网设备如何进行防雷。

雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中的雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样，雷云和大地之间就形成了强大的电场，随着雷云的发展和运动，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云之间或雷云对地的放电，形成雷电。按其发展方向可分为下行雷和上行雷。下行雷是在雷云产生并向大地发展的，上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的。

1、牵引变电所的防雷措施

牵引变电所的雷害一般来自两个方面，一是雷直击牵引变电所造成设备、建筑等造成损坏；二是雷击接触网或电源进线后产生的入侵波侵入牵引变电所对变电设备及保护装置等造成损坏。

预防直击雷最有效的措施是安置避雷针，对于入侵波的防护主要为设置避雷器。同时接地网是雷电释放雷电流的最终通道，地网的状态也是防雷要塞。

1.1 设置避雷针

牵引变电所属于“集中型”设施，直接雷击防护以避雷针为主，简便有效，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中，从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。

避雷针的选择安装要求有：①能保护所有被保护设备；②有良好的接地；③防止反击发生。

1.12 避雷针接地电阻要求

避雷针的接闪器可用Φ10～20mm 圆钢，引下线用Φ6mm圆钢，接地体用几根2.5m 长的角钢（20x20x3～50x50x5）或钢管垂直埋入地中，并要与引下线可靠连接。单装避雷针接地电阻要求不大于10欧姆。

1.13 防止反击设备发生

当雷击避雷针时，避雷针对地面的电位可能很高，如它们与被保护电气设备之间的绝缘距离不够，就有可能在避雷针遭受雷击后，使避雷针与被保护设备之间发生放电现象，这种现象叫反击。此时避雷针仍能将雷电波的高电位加至被保护的电气设备上，造成事故。不发生反击事故的避雷针与电气设备之间的距离称为避雷针与电气设备之间防雷最小距离。

为了防止避雷针接地装置与被保护设备或构架之间在土壤中的间隙被击穿而造成反击事故，空气间隙必须大于最小安全净距。

牵引变电所27.5KV侧由于绝缘水平原因需架设单独避雷针。110KV侧，可采用构架避雷针，既可节约投资，也便于布置， 但应注意装设避雷针的构架应就近埋设辅助集中接地装置，其与变电所接地网的连接点离主变压器与地网连接点之间的电气距离应不小于15m，以使雷击避雷针时，在接地装置上出现的电位升高，经15m 的距离后，其幅值已衰减到不至于对绝缘相对较弱的变压器造成反击。 同理，变压器的门型构架上，绝对不容许装设避雷针。

1.2设置避雷器

避雷器是连接在导线和地之间的一种防止雷击的设备，通常与被保护设备并联。避雷器可以有效的保护电力设备，一旦出现不正常电压，避雷器产生作用，起到保护作用。

当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用。一旦出现高电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护电气设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电。避雷器的主要作用是通过并联放电间隙或非线性电阻的作用，对入侵流动波进行削幅，降低被保护设备所受过电压值，从而达到保护电力设备的作用。

避雷器不仅可用来防护大气高电压，也可用来防护操作高电压。如果出现雷雨天气，就可能产生过电压，供电设备就有可能受到损害，此时避雷器就会起作用，保护电力设备免受损害。避雷器的最大作用也是最重要的作用就是限制过电压以保护电气设备。

为了防止线路入侵波对牵引变电所的危害应在各馈线及进线侧装设避雷器。同时为了防止残波对变压器的危害，基本措施是靠近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。

1.3 可靠的接地系统

牵引变电所接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。

牵引变电所要求主地网与避雷针接地分离，保证直击雷雷击避雷针时发生反击现象。同时要求主地网接地电阻小于0.5欧姆，有效防止跨步电压产生，对人员或设备造成损害。雷雨季节前期对地网电阻进行测试防止设备接地虚接或开焊。

2、接触网防雷措施

接触网是电气化铁路的脉络，分支较多遍布较广，更容易被雷电所干扰。加强接触网的防雷措施更有利于减少牵引变电所行进波的危害。

对线路的防雷措施可架设避雷线，装设避雷器，改善外绝缘及进行保护重合闸。但由于接触网为悬挂式构造，增设架空线不利于实施，实际施工设计主要采用加装避雷器改善外绝缘及增设重合闸等方式进行防雷。

2.1 装设避雷器

在接触网线路安装避雷器，当过电压产生，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器，保证线路运行的可靠性。

2.2 改善外绝缘

当雷击供电设备时，绝缘子容易产生闪络放电，严重时损坏绝缘子内绝缘及烧损外绝缘使绝缘子击穿发生永久性损坏。加强绝缘子抗冲击水平，加大爬电距离可减少闪络放电几率，当线路遭雷击时，大部分雷电流可经避雷器泄入大地而不致损坏接触网设备。

2.3 增设一次重合闸

由于线路发生雷击故障多为瞬时性故障，设备遭受雷击时产生闪络放电现象，当雷击结束后设备绝缘一般会恢复到原来的状态而不致发生永久性损坏。因此在线路上装设重合闸，当因雷击跳闸后，线路进行重合。若为瞬时性故障馈线断路器不再跳开，若为永久性故障馈线断路器再次跳开后不再重合。增设重合闸保护有利增强供电可靠性，将停电时间缩减到最小。

总之通过合理的选择安装防雷设备，优化防雷设备布置，并辅助以相应的馈线保护是能够有效的防止雷电对牵引供电系统的危害，保障铁路运营的畅通。

参考文献：

1、唐兴祚.《高电压技术》.重庆：重庆大学出版社，2003

2、刘光明.《铁道电网过电压分析与防护》.北京：清华大学出版社有限公司，2009

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