摘要：本文通過(guò)分析現(xiàn)代鐵路變電所雷擊的危害，詳細(xì)介紹了防雷技術(shù)的應(yīng)用情況，以達(dá)到減輕雷擊對(duì)現(xiàn)代鐵路變電所配電的危害的目的。

　　關(guān)鍵詞：變電所;配電;防雷;鐵路供電

　　Abstract: This article analyses the modern railway substation the harm of lightning, detailed introduces the lightning protection technology application situation, in order to achieve alleviate lightning strikes on modern railway substation distribution of power of the harm of purpose.

　　Keywords: substation; Distribution; Lightning protection; Railway power supply

　　中圖分類號(hào)： TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　近幾年來(lái)，在現(xiàn)代鐵路供電系統(tǒng)中，諸如綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、安全視頻系統(tǒng)、交直流屏等越來(lái)越多的電子設(shè)備裝備到牽引變電所、電力配電所、開閉所等現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)揮著其不可替代的重要作用。這些電子設(shè)備和系統(tǒng)都工作在低電壓和小電流狀態(tài)下，其電磁兼容能力低，抗雷擊電磁脈沖過(guò)電壓、過(guò)電流的能力十分脆弱，在閃電環(huán)境下的易損性較高。對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行直擊雷和雷擊電磁脈沖的防護(hù)，具有十分的重要性和緊迫性。

　　一、變電所配電的雷電防護(hù)

　　現(xiàn)代鐵路變電所配電的雷擊危害從其發(fā)生的途徑上主要分為3種：雷電直擊、雷電過(guò)電壓波沿輸電線路侵入和雷擊在所內(nèi)設(shè)備上感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓。

　　1直擊雷防護(hù)

　　1.1現(xiàn)代鐵路變電所配電的防護(hù)措施

　　現(xiàn)代鐵路變電所配電的直擊雷防護(hù)主要依靠避雷針和避雷線，其防護(hù)措施的原則：(1)被保護(hù)物體處于避雷針或避雷線的防護(hù)范圍內(nèi);(2)要求雷擊避雷針或避雷線時(shí)不應(yīng)對(duì)被保護(hù)物體發(fā)生反擊。避雷針?lè)譃楠?dú)立式和構(gòu)架式2種。土壤電阻率大于1 000 Ω/m的地區(qū)或設(shè)備絕緣水平不高(如110 kV以下的配電設(shè)備)的情況下最好使用獨(dú)立避雷針，因?yàn)樗�比�?gòu)架避雷針距離電氣設(shè)備遠(yuǎn)，不易發(fā)生反擊。使用避雷針應(yīng)就近埋設(shè)輔助集中接地裝置，且該裝置與地網(wǎng)的連接點(diǎn)距離主變壓器的地網(wǎng)連接點(diǎn)至少要大于15 m。這是為了將避雷針上的電壓波衰減到不會(huì)對(duì)變壓器造成損害的程度。

　　避雷線在我國(guó)較高電壓等級(jí)變電站內(nèi)使用普遍。它主要有2種布置形式：一是該線的一端經(jīng)配電裝置構(gòu)架接地，另一端經(jīng)絕緣子串與廠房建筑物絕緣：二是該線兩端都接地形成一個(gè)架空地網(wǎng)。

　　1.2變電所接電網(wǎng)作用與設(shè)計(jì)

　　和架空避雷網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系密切的是變電所接地網(wǎng)絡(luò)。該接地網(wǎng)主要是流散雷擊建筑物時(shí)的雷電流，同時(shí)降低接地電阻，提供電氣設(shè)備故障時(shí)短路電流的流散通道，以維持低的電位升高。改善變配電所地表電位分布，從而為其中的設(shè)備提供良好的等電位系統(tǒng)，有效保護(hù)人員的安全。在該接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中主要使用經(jīng)驗(yàn)公式估算和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合來(lái)計(jì)算接地參數(shù)。對(duì)變電所配電的實(shí)際情況還可以采取有針對(duì)性的措施，比如：與附近大型公共設(shè)施的地下鋼結(jié)構(gòu)相連接可擴(kuò)大接地網(wǎng)的面積，并減小接地電阻;對(duì)土壤電阻率較大但分層較明顯的地區(qū)還可采用加垂直接地極的方法。

　　2侵入波過(guò)電壓防護(hù)

　　由于絕大多數(shù)變配電所裝設(shè)了避雷針、避雷線和接地裝置，因此繞擊和反擊的事故率很低，每年每100個(gè)變配電所約發(fā)生0.3次繞擊或反擊;相比之下變配電所的雷害事故主要是由于雷擊線路

　　之后產(chǎn)生的雷電侵入波過(guò)電壓和雷擊在二次設(shè)備上感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓所造成的。

　　1.1防護(hù)措施

　　對(duì)變配電所的雷電侵入波過(guò)電壓的主要限制措施就是裝設(shè)避雷器，包括裝設(shè)位置和防護(hù)距離，以及變配電所的防護(hù)接線。前者在防雷標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)給出，對(duì)于防護(hù)接線，無(wú)論變配電所的電氣主接線如何，只要能保證每段可單獨(dú)運(yùn)行的母線上都有一組避雷器就可使整個(gè)主接線得到保護(hù)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示：變配電所雷電侵入波過(guò)電壓事故約有50%是由雷擊變配電所1 km以內(nèi)線路引起的，約有71%是由雷擊3 km以內(nèi)線路引起的。這說(shuō)明加強(qiáng)進(jìn)線段線路的防雷保護(hù)對(duì)于減少雷電侵入波過(guò)電壓非常重要，限制雷電侵入波過(guò)電壓還需要將保護(hù)的范圍延伸至變配電所外l～2 km的輸電線路上。

　　雷電過(guò)電壓，不僅與避雷器的保護(hù)特性有關(guān)，還與侵入波的陡度，離避雷器的距副和被保護(hù)設(shè)備的入口電壓有關(guān)。當(dāng)侵入波陡度越陡，離避雷器的電氣距離越長(zhǎng)，入口電容越大，被保護(hù)設(shè)備上的過(guò)電壓就越高。如能提高避雷器的保護(hù)特性，被保護(hù)設(shè)備上的過(guò)電壓就會(huì)得到明顯抑制。實(shí)際中，大都采用電磁暫態(tài)計(jì)算程序EMTP進(jìn)行仿真計(jì)算的方法研究被保護(hù)設(shè)備和上述因素之間的關(guān)系。

　　2.2 GIS變配電所的侵入波防護(hù)

　　氣體絕緣變配電所(GIS)因體積小，不受周圍環(huán)境影響且運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。與普通變配電所不同，氣體絕緣變配電所的過(guò)電壓防護(hù)有以下特劇：

　　(1)絕緣水平主要取決于雷電沖擊水平。性能優(yōu)異的金屬氧化物避雷器(MOA)能有效限制GIS雷電過(guò)電壓特別是陡波過(guò)電壓;(2)波阻抗遠(yuǎn)低于架空線路，一般為60～100 Q，因此其折射系數(shù)小，即從架空線進(jìn)入GIS的折射波的陡度和幅值都小于入口處的侵入波，這對(duì)GIS內(nèi)部設(shè)備的防護(hù)是很有利的;(3)結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備之間的電氣距離小，避雷器距離被保護(hù)設(shè)備也近，因此易于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù);(4)內(nèi)部一旦發(fā)生電暈將無(wú)法恢復(fù)，因此要求GIS內(nèi)的絕緣裕度大，過(guò)電壓防護(hù)可靠性要高。

　　GIS的雷電過(guò)電壓防護(hù)一般通過(guò)在GIS入端、GIS出端即變壓器連接處或在GIS內(nèi)部裝設(shè)避雷器實(shí)現(xiàn)的。至于避雷器的裝設(shè)位置和不同位置下的避雷器參數(shù)，以及相互之間的配合需要根據(jù)實(shí)際情況

　　進(jìn)行計(jì)算。

　　3雷電二次效應(yīng)防護(hù)

　　3.1防護(hù)原理

　　雷電影響除前文提到的直接擊在建筑物或線路上外，還有雷電放電過(guò)程中產(chǎn)生的二次效應(yīng)，及先導(dǎo)發(fā)展過(guò)程和雷擊過(guò)程對(duì)空間的輻射作用，可以通過(guò)電磁耦合在金屬物體上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，在回

　　路上產(chǎn)生感應(yīng)電流。另外，當(dāng)雷擊中避雷針或者臨近高大構(gòu)件時(shí)強(qiáng)大的泄放電流引起地網(wǎng)電位升高，而在地下敷設(shè)的二次電纜屏蔽層會(huì)分流泄放雷電流，在纜芯間以及芯地間產(chǎn)生干擾電壓。

　　現(xiàn)代鐵路變電所配電的二次設(shè)備組成包括大量的集成電路和其他電子元器件，其抗電磁干擾和過(guò)電壓的能力很差。例如：一個(gè)電磁型繼電器的摧毀能量?jī)H為0.1 J，一個(gè)微機(jī)繼保裝置的摧毀能量?jī)H0.001 J。從變配電所防雷設(shè)計(jì)的角度考慮不管雷電以任何形式侵入，都希望能將其盡快泄入大地，同時(shí)產(chǎn)生盡可能小的地電位升高。另外希望盡可能均勻地將沖擊分配到各個(gè)泄放環(huán)節(jié)。而從二次系統(tǒng)的角度考慮，除了希望端口上的過(guò)電壓幅值較小，持續(xù)時(shí)間很短以外，還要求各個(gè)二次設(shè)備和線路的端口電位盡可能相等。這就是變配電所二次設(shè)備雷害防護(hù)的基本出發(fā)點(diǎn)。

　　3.2防護(hù)方式

　　在實(shí)際的變配電所二次系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)中，采用的防護(hù)有以下方式：

　　采用分級(jí)保護(hù)的概念，即將變配電所劃分為不同的雷電保護(hù)區(qū)，各區(qū)之間鋼筋混凝土以及金屬外殼會(huì)形成等電位屏蔽層，當(dāng)管線或電纜穿過(guò)這些屏蔽層時(shí)，其外皮必須與之相連接。另外，變配電所建筑物內(nèi)的各種電源進(jìn)線，通信信號(hào)線，天線等與室內(nèi)設(shè)備相連的引出線都應(yīng)該在經(jīng)過(guò)不同的雷電保護(hù)區(qū)和其終端加裝不同類型的浪涌保護(hù)器。將避雷器或保護(hù)器分別加到高壓變壓器后端至低壓設(shè)備的總配電盤間的電纜內(nèi)芯線兩端對(duì)地處(一級(jí)保護(hù))、二次低壓設(shè)備的總配電盤至二次低壓設(shè)備的配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端對(duì)地處(二級(jí)保護(hù))、在所有重要的、精密的設(shè)備以及24UPS的前端對(duì)地處(三級(jí)保護(hù))。目的是采用高吸收能量的分流設(shè)備(避雷器)將雷電過(guò)電壓(脈沖)能量分流泄入大地，達(dá)到保護(hù)目的，另外，對(duì)一些精密電子儀器還可采取特殊的防護(hù)措施，如加裝屏蔽等，以提高其抗雷電干擾能力。

　　二、防雷技術(shù)總結(jié)與展望

　　綜上所述，現(xiàn)代鐵路變電所是現(xiàn)代鐵路電力供應(yīng)的樞紐，一旦遭受雷擊將對(duì)其設(shè)備造成損害，甚至引起大范圍的停電事故。又因其主要電氣設(shè)備修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)現(xiàn)代鐵路運(yùn)營(yíng)造成較大影響。為此對(duì)變配電所的防雷技術(shù)要求比對(duì)輸電線路更高。現(xiàn)代鐵路變電所配電雷害防護(hù)研究?jī)?nèi)容包括對(duì)變配電所可能遭受的雷電危害的分析和相應(yīng)的防護(hù)措施，另外還需要考慮周圍環(huán)境因素(包括選址處的土壤電阻率，周圍已有建筑等)對(duì)變配電所防雷的影響。故變電所配電的防雷是一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程。變電所配電防雷設(shè)計(jì)中主要考慮的內(nèi)容，可以看出變配電所的雷害防護(hù)不僅牽扯到了變配電所內(nèi)的一次、二次設(shè)備，也貫穿到了變電所的初期設(shè)計(jì)，選址，施工，運(yùn)行等各個(gè)時(shí)期，而且還分布在變電所建筑的內(nèi)外，以及變電所的外部(進(jìn)線段)，由此可見，變電所配電防雷作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程的復(fù)雜程度。特別是在無(wú)人值守變電所開始方式運(yùn)行的情況下，變電所的正常運(yùn)行基本依賴自動(dòng)控制設(shè)備，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)”的方針，全盤考慮，使變電所的配電防雷設(shè)施能夠滿足實(shí)際要求，從而保證變電所內(nèi)配電設(shè)備免遭雷電襲擊。