吕乃全

摘 要：针对牵引供电系统供电线防雷、接触网隔离开关接地方案和所内综自系统的电源回路分析，提出接触网架设避雷线、完善隔离开关接地、综自系统电源回路改进等提高牵引供电系统防雷可靠性的技术措施。

关键词：牵引供电系统；雷击；接地；电源；防护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.133

1 前言

牵引供电系统线路大多露天架设，极易受到雷电侵害。我国牵引供电系统在防雷、接地保护方面，按照《高速铁路设计规范》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》、《交流电气装置的接地设计规范》等进行了完善的过电压和接地系统设计。本文在设计规范的基础上，对牵引供电系统防雷措施做进一步探讨。

1.1 变电所防雷

雷电对变电所侵害，一是雷电直击电力设备，二是以雷电波的方式破坏系统。变电所的防雷，一次方面，主要是在场坪内设置独立避雷针作为室外设备的直击雷防护。在电源进线侧、牵引变压器二次侧、馈线侧设置避雷器作为雷电侵入波防护。二次方面，通过在二次回路装设防涌流保护单元，提高二次设备防雷击引入和抗干扰能力，限制地电位的升高。

1.2 变电所接地

变电所接地采用以水平接地体为主的复合接地体形式，接地网埋深不小于0.8m，水平接地体根据铁路等级不同选用铜绞线或扁钢，架构、设备、端子箱外壳、接地回流箱外壳采用接地引下线与接地网相连。高速铁路所内接地网采用2根截面70 mm?或35mm?的铜芯电缆与综合地网连接[1]。独立避雷针的接地装置与所内接地网地中距离不小于3m，接地电阻不大于10Ω。

2 对二次设备影响的主要因素

近几年来，铁路发生了多起雷击造成变电所设备大面积烧损事故，限制了铁路运输能力，对铁路运输影响极大。

导致设备烧损的直接原因，一是雷电击穿电气绝缘产生的工频续流，二是雷电入侵后，摧毁综自系统导致保护失效，从而不能及时切断工频续流。

雷电影响变电所设备的原因主要有以下几种：（1）直击雷落在变电所内导线或架构，导致一次设备如绝缘子炸裂、避雷器爆炸，地电位抬升，影响二次设备安全运行。由于独立避雷针的设置，直击雷落在所内的概率较小。（2）雷击所外供电线，强大的电流损坏馈线出口避雷器，失去对雷电侵入波的防护。（3）雷击所外架空回流线，雷电流通过回流电缆进入所内集中接地箱或端子箱，引起地电位的抬升，导致二次设备故障。（4）接触网隔离开关遭雷击，造成机构箱电位抬升，烧损设备；并通过电缆引入所内，进而影响所内二次设备。（5）雷击附近区域，由于电磁耦合作用，产生感应电压，影响二次设备的安全运行。（6）综自系统二次回路电源失压，导致保护失效，引发次生灾害。通过分析，（2）（4）（6）项危害较大。

3 解决措施

一是降低雷电波从一、二次侵入变电所的概率，将雷电产生的能量泄放在线路上；二是提高变电所二次系统抗雷电入侵能力，缩小二次保护的损坏范围；三是增加电源应急保护，当变电所保护整体失效时，电源回路断电，整体退出运行，切断可能产生的工频续流，保证一次设备不被烧损。

3.1 近所亭端架空供电线或接触网加设避雷线

若雷击发生在变电所近端线路上，雷电侵入波极易损坏变电所出口避雷器。我们尝试在变电所附近加装一段避雷线，如此，当雷电流经避雷器动作后，产生的负电压波折回到雷击点，又在该点产生负反射波到达避雷器时，避雷器的雷电流已经过了峰值。

即变电所馈出线至少在750米的范围内应架设避雷线。如此，直击雷只能落在该范围之外的接触网导线上。当发生雷击时，会因为进线段导线的波阻抗，使流进避雷器的雷电流幅值受到限制，且由于冲击电晕的影响将使入侵波陡度和幅值下降。

3.2 接触网隔离开关接地和电源加强措施

（1）接触网隔离开关的接地引入变电所地网。不同的地网，将使在隔离开关处的地电位抬升加于两侧控制装置，解决问题的最好方法是将两侧接地进行连接，当隔离开关发生闪络或短路接地时，使得短路电流有一个很好的回流通路，从而降低地电位的抬升，避免烧损二次设备。隔离开关的接地装置与变电所主接地网在地中连接线宜采用裸导线，埋在地中的长度不应小于15m。

（2）接触网隔离开关交流电源回路设置防雷隔离措施。交流电源馈出侧设置隔离变压器。由隔离变压器的初级线圈馈出电源至接触网隔离开关，浪涌过电压由初级线圈侵入时实现隔离，隔离变压器两侧均不接地。

3.3 提高综自系统直流电源供电可靠性

（1）辐射状供电。综自系统各测控单元分别采用辐射供电方式，如图1。任一测控屏发生失电故障，不会影响到其他供电回路。对于各保护测控盘，虽然只有一路电源，由于直流屏和测控屏都布置在控制室内，电源发生故障的概率较低，能够保证供电可靠性。（2）分组环状供电。结合环状供电和辐射状供电两种方案的优点，对综自系统各测控单元分别采用分组环状供电方式，如图2。分两个区域：主变保护测控和所内监控部分、馈线保护测控部分。（3）方案比较。分组环状供电方式，对综自系统供电可靠性的提高作用明显，且直流屏馈线回路数增加不多，实施容易，适合既有变电所的改造，只需利用直流屏两个预留回路；辐射状供电在电力110kV及以上变电站应用广泛，可靠性高，但增加直流屏馈线回路较多，适用于新建变电所。

3.4 增设电源进线应急保护

在变电所内增设电源回路应急保护系统，单独设置直流电源屏和控制模块，从变电所直流控制母线和馈出开关采集信号，当控制母线失电或馈出开关全部跳闸时，控制模块直接驱动电源进线断路器跳闸，整所退出运行。

4 结论

牵引供电系统仿强雷入侵是一门综合性的学科，需从接地、屏蔽、均压、限幅、隔离等多个方面采取措施，重点是做好变电所与接触网的结合部设计。变电所附近架设避雷线可防止或降低雷电从一次回路引入变电所的概率。接触网隔离开关操作机构箱接地整治和操作电源加装隔离变压器，可防止或降低雷电从二次回路引入变电所的概率，直流电源控制母线采用放射供电或分组供电，可保证变电所二次保护不会整体失效，进线电源应急保护措施可保证综自系统失效时变电所退出运行。这些措施将大大提高变电所防强电侵入的综合能力。

参考文献：

[1]铁集成[2010]258号 关于印发《客运专线铁路牵引供电及电力供电系统集成若干问题的指导意见》的通知.

[2]GB/T 50065-2011 交流電气装置的接地设计规范.

[3]胡正伟.雷电波波头、波尾时间数值分布的统计分析[J].高电压技术，1997（12）：71-72.

[4]GB/T 50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范.