中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段 刘志强

近些年来我国电气化铁路运营里程增加迅速，以及高铁、客专、重载线的快速发展，对牵引供电系统，尤其是二次系统要求越来越高，各种保护测控、传输、新网络设备和新技术的使用，集成度和运行速度都越来越高，这些二次设备采用了大量的半导体元器件，更容易受到各种新式雷电过电压或工频过电压等强电侵入而造成损坏。因此，如何提高牵引变电所二次系统的防强电入侵，对保障电气化铁路运输秩序十分重要。

但是，目前各牵引变电所二次系统没有专门、针对性的过电压保护，厂家通常结合自家设备的耐受性，只是在部分设备的部分端口安装过电压保护设备，而设备与室外设备的接线并未设置，如接触网开关控制屏与接触网开关等，使得室外的强电有路径可以侵入，存在造成牵引变电所二次设备雷击的风险，给铁路运输造成影响。

1 强电危害源

在沿线各个牵引变电所，存在很多种电磁干扰源，这些干扰源通过回路直接影响或间接影响到电气电子设备的正常运行，其中以雷电干扰、工频过电压干扰、以及其他电磁干扰最具代表性。

1.1 雷电干扰

（1）直击雷

牵引变电所通常建在周边无其他较高建筑物及其他较高物体的地方，地势比较平坦，因此所内避雷针是主要的落雷点，遭受直击雷的概率很高。直击雷电流在通过避雷针、塔体入地时如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在雷电流的入地路径上通过阻性耦合将形成瞬态高电位，必将会对与其有直接联系各个设备产生高电位反击，很容易造成电子设备的损坏。

（2）感应雷

感应雷，顾名思义，它是感应产生的，是由牵引变电所附近落雷时产生的电场和磁场在变化中所引起的静电感应和电磁感应。电磁感应危害原理与直击雷相似。而静电感应则属于容性耦合，雷云释放电荷时，在金属导体上产生的感应电荷也在瞬间释放，从而导致金属导体与地面之间形成很高的电位差。

（3）线路来波

牵引变电所稍远处其他与变电所有关联的设备，如接触网设备、10KV设备落雷后，雷电流会沿着各自路线，如27.5kV馈电线路、10kV所用变线路等侵入到牵引变电所二次系统。

（4）球雷

球雷最明显的特性是能在地面滚动或在空气中飘动，通过缝隙进入建筑物内部，会自己消失或产生剧烈爆炸，引起严重的后果，目前在技术上没有有效的方法对球雷进行防护。

1.2 工频转移过电压

当网开关处的接触网线路发生接地故障或产生绝缘子闪络时，短路电流在流向大地时由于地阻或导体本身的电阻会使网开关开关附近的地电位、支柱、机构箱外壳等产生较高的电位，接近工频而高于系统最高工作电压。较高的工频过电压会对二次回路绝缘造成损害，直至击穿回路绝缘，比较轻的现象是引起电源回路空开跳闸，严重的就有可能直接对设备造成伤害。另外线路上的设备与线路下的设备在通信联系上采用的是光缆，其技术要求和制作工艺决定了内部要采用金属设备，比如加强芯和钢铠，因此也会使光缆内的金属组成部分与设备的金属部分之间产生放电，对光缆及临近设备产生较大的威胁。

1.3 其它电磁干扰

其它干扰包括地方供电公司高压输变电工程的电磁干扰，其线路在运行过程当中产生的电晕可以对数公里外的地方产生影响。还有，如在10KV系统短路故障、一次系统隔离开关分合中会产生电弧，电弧是一种高频的电流源，敏感的电子线路对此种干扰比较脆弱。

2 防强电系统简介

2.1 系统组成

参考铁路专业现有防雷规范的相关要求，系统性的牵引变电所二次系统防强电综合措施主要包括接闪优化、接地补强、二次系统综合防雷、等电位、接触网隔离开关强电隔离和智能维护。在实际实施时，应根据具体情况进行综合考虑、采用。

2.2 主要思路

为被保护设备构建一个均压等电位系统，逐级把雷电电流泻放入地。不管雷电从何种径路侵入到二次设备，都必须在瞬间就将被保护线路及设备与等电位系统相连，从而保证各个端口等电位。

结合牵引变电所设备特点，对所内二次回路安装符合要求规格的浪涌保护器，通过对保护范围内的电流泄放和对电压的制约，将其制到被保护设备耐受性以下，从而保证所内二次设备的运行安全。

2.3 牵引变电所综合防雷屏的防雷设置

在实际运行过程中需要在一次设备与二次系统连接处的端口设置浪涌保护器。根据牵引变电所构造和运行情况及设备布置情况，从高压室各端子箱、室外进线及馈出设备的端子箱的电缆最终都会进入到控制室内的保护测控屏，但就目前在保护测控屏内端子排、空开及保护测控装置的影响，实际上空间有限，必定存在保护不全的现象，也无法解决防雷组合动作时对保护测控设备的电磁干扰问题。为了解决全面、有效防护问题，并考虑到电磁兼容性，可在控制室设置一台独立综合防雷屏。

2.3.1 防雷屏主要配置要求

装置柜体配置：

（1）每所配置独立防雷屏一台，用于各所二次系统防雷电电磁脉冲及过电压的防护。

（2）二次防雷屏采用集中式安装SPD的方式装配成独立的屏柜，与控制室屏柜组屏安装，整体安装时占用一个屏位。

（3）防雷柜分为前、后SPD布置区，侧面端子排、等电位汇集线布置区，底部反击抑制装置区，顶部灭火、照明、开关电源区，正面衬板设检测单元、柜门设人机交互屏。弱电信号保护和电源类保护分区，区域之间用隔板隔离。

（4）二次防雷屏接线应分为箱内元器件布置接线和箱外端子排接线。屏内各个端子排的布局应考虑运检修的工作量，需采用避免松动、免维护的端子，端子必须使用阻燃材料，且应有明显的标识。各类防雷模块数量可按需求匹配，防雷模块可在线插拔操作，方便后期维护及更换。

（5）防雷屏内设线缆屏蔽层接地区，安装电缆屏蔽层环流接地保护器，防止电缆屏蔽层绝缘击穿，对于外部光纤加强筋或铠装进行统一接地，防止电涌沿屏蔽层及加强筋侵入。

（6）屏体所采用的钢板和骨架钢性要符合规定，必须具备一定耐热能力，其厚度不得小于2.5mm，整体的面板及屏架应有足够的机械强度。

（7）防雷屏底部装设接地排并与柜体相连，其分离或活动金属构件与屏体之间应用符合规定线径的接地线可靠连接。

接线要求：

（1）综合防雷屏所有接线均采用凯文接线方式。

（2）被保护设备电源线路的前端均需安装浪涌保护器（SPD），根据现场实际情况应应分级、分别安装，浪涌保护器的接线端与被保护设备电源线路的相线相连。浪涌保护器的接地端与保护接地排相连，接地排应与所内大地网相连。为防止雷电流泄放引起感抗的变化而导致设备故障，因此浪涌保护器的连接导线应尽量短和直，其长度不大于0.5m，并固定牢靠。

（3）带有接线端子的浪涌保护器应采用压接的方式进行连接；带有接线柱的浪涌保护器其连接线需采用压线鼻与接线柱相连。

（4）所有电源SPD都应内置短路保护装置。

（5）第一级防护用浪涌保护器安装连接进线截面积为16mm2，接地线为25mm2；第二级防护用浪涌保护器安装连接进线截面积为10mm2，接地线为16mm2。

（6）工频耐压值。防雷设备接线端子与壳体之间绝缘：3kV/min。

（7）冲击耐压值防雷设备接线端子与壳体之间绝缘：6kV，1.2/50μs，正负各5次。

（8）所有电缆钢带进入综合防雷屏必须可靠接地，接地线截面积不小于2.5mm2，综合防雷屏接地线截面积不小于25mm2。2.3.2 防雷屏要具备的主要功能

防雷设备状态监测：对防雷系统中所使用的防雷设备状态实时监测，并提供防雷设备的寿命状态，在防雷设备接近损坏时，给出更换防雷设备的预警信息。

雷电信息监测：记录雷击发生的时间、幅值、波形等信息。

环境信息：监测机房、接线箱等的环境参数，比如供电质量、环境温湿度等，可实时了解系统运行环境是否满足要求。

现场查询与远程终端查询：设置智能屏用来显示监测、报警、上传等所有信息方便维护人员查看。现场的监测信息可以上传到牵引变电所现场的监控终端工控机上，也可以通过现有传输网络，在监测中心设置后台终端，进行实施状态监测。

预留外部新增模块端口：预留AI/DI端口，可外接其它监测模块，扩展系统监测功能。

3 其他建议措施

由于牵引变电所运行的原理特性和大地网的构造，在本所供电臂范围内其电流最终流入变电所，因此防雷系统的等电位接线和接地需要对线路回流在大地网不同点之间的产生的电位差，所以所内的防雷系统等电位点与大地网的连接采用单点连接，根据现场实际情况，在所内需要增家接地排的连接点以满足新增加防雷设备的等电位连接需求，并在不得改变既有设备等电位连接状态的前提下进行。

总结：防各种干扰侵入到牵引变电所二次系统是一个系统工程，各个方面需进行综合考虑，比如地电位升高、高频电流源、等电位点等方面，通过各种手段和综合治理来解决可能侵入到二次系统的电流和电压，并且具有针对性防止雷电过电压的入侵，从而保护二次设备的正常运行。