摘要：随着交通运输业的发展，电气化铁路已经成为人们出行的重要设施，电气化铁路牵引变电所以及接触网雷电防护是满足铁路运行安全的重要保障，是推动电气化铁路进一步发展的必要举措。文章探讨了接地、避雷线、避雷器、电涌保护器等防雷技术对电气化铁路牵引变电所以及接触网的雷电防护。
关键词：电气化铁路；牵引变电所；接触网；雷电防护；避雷器
1、牵引供电系统的简介
牵引供电系统是以电能为动力能源，其牵引动力是电力机车。电力机车是一种非自给性机车，必须在电气化铁道沿线设置一套完善的、不间断的向电力机车供电的设备。由这种设备构成的供电系统叫做牵引供电系统。牵引供电系统由牵引变电所和接触网构成，作用是接受电力系统的三相高压电能，经降压、分相后通过牵引网向电力机车供电。根据牵引供电的标准不同，分为单相交流电和单相直流电。牵引供电系统的主要设备包括电力设备和变压器，通过这些设备来控制开关电流（或转换的交流电频率），提供电力负荷电流机车式（交流或直流）电源，并对机车提供足够的牵引力，所有形式的传输功率分配频率的单相交流电牵引系统都是来自于变电站单相供电网络，通过电源线连接轨道电路和回线等等，目的都是为了使电能有效可靠的服务于电力机车。我国牵引供电系统的标准额定电压为27.5kV，额定50赫兹。电源回路经过牵引站、电源线的电力机车接触轨道返回牵引供电变压器。
2、牵引变电所的雷电防护
电气化铁路牵引变电所的雷电防护技术应从接地、屏蔽、均压和限幅隔离等多方面综合采取措施。
2.1牵引变电所附近供电线架设避雷线
为限制牵引变电所馈线流经过避雷器的雷电流幅值和入侵波的陡度，平均年雷暴日大于40天的地区，需在牵引变电所馈线供电线一定范围内架设避雷线，实现进线段保护，且避雷线兼做成排支柱集中接地线用。避雷线的架设范围为牵引变电所馈线供电线（最长一般不超1km），安装方式采用增高肩架柱顶安装，通过接地引下线将避雷线与接地极相连，接地电阻不大于10Ω。变电所馈线供电线的避雷线不得直接和所内配电装置架构相连，避雷线的接地装置应与牵引变电所的主接地网相连。连接线采用裸导线，埋在地中的直线长度不应小于15m。
2.2非接触网合架单独供电线支柱接地方案
为減小变电所近点接地短路过渡电阻，提高变电所馈线保护装置动作的可靠性，降低短路工频续流侵入变电所二次系统风险，牵引变电所馈线出口非接触网合架单独供电线支柱应做好接地。每根支柱设独立接地极，接地电阻不大于30Ω。成排具备架设集中接地线条件的，应架设集中接地线，架空集中接地线或者零散供电线支柱接地极都应保证至少和接触网回流线、综合接地贯通地线、牵引变电所主接地网三者之一可靠相连，构成可靠短路电流回流径路。安装有电动隔离开关机构的供电线或接触网支柱不得架设避雷线或架空地线。
2.3加强电气化铁路变电所控制室二次设备抗雷电入侵防护能力
基于现行相关设计标准，需加强电气化铁路变电所控制室二次设备抗雷电入侵防护能力。结合牵引变电所特点和雷电防护分区的原则，对牵引变电所二次回路加装电涌保护器，通过分级泄放，将雷击能量逐步泄放到大地。为监视安装的电涌保护器的工作状态，可根据实际情况配各带有声光报警或遥信报警等辅助功能的电涌保护器。加强所内所外电气隔离措施，避免雷电侵入二次系统而出现全所控制保护失效的严重后果。
2.4电气化铁路变电所二次系统的雷电防护技术
2.4.1综合自动化系统直流电源供电回路的优化方案
将目前牵引变电所综合自动化系统直流电源经过总开关后接至控制小母线方式，优化为分支或分组供电方式。分组数可根掘具体情況确定，但至少保证2组以上，即主变压器保护和馈线保护各1组，如图1所示。
图1 改进接线型式
2.4.2设置直流电源失电后的应急保护装置
牵引变电所增设独立的应急保护装置。应急保护装置宜用独立电源，采集综合自动化装置控制回路电源监视接点信号。当综自重要回路失电时，驱动牵引变电所进线高压侧断路器跳闸，如图2所示。
图2 牵引变电所应急保护装置
3、接触网的雷电防护
3.1安装避雷线装置
为降低接触网因雷电电击而导致的跳闸和绝缘子损坏，最有效的措施之一就是架设避雷线，对于雷电高发区的高速铁路线路，必须全面考虑铁路的建设线路条件和雷电防护的具体要求，在以安装避雷线为主的同时，按照折角法进行计算，将避雷线增高肩架高度设置在柱顶上部2.5米处，因为增高肩架的尺寸和重量都过大，同时安装固定难度都较大，对支柱的稳定性都有非常大的影响。按照滚球法进行计算，避雷线的增高肩架设置在支柱顶部约1米处，不但对支柱稳定性的影响较小，还易于施工进行。在安置避雷线后就可将雷电通过接地装置引入大地，从而保护接触网等设施。
3.2提高接触网整体接地水平
接地系统建设的质量直接决定了接触网防雷设施的效果，确保接地装置的安全性也成为设计施工部门的重中之重，管理运行单位要经常对接地装置进行检测，定期进行维护检修，发现问题及时处理，尤其是每年雨季前对接地装置进行全面检测，对已经不能继续工作的设备要及时进行更换。对单独的接地装置进行整治处理，重新安装建设确保接地良好。
3.3加强线路绝缘
为增加线路的绝缘性，在增加接触网设备中绝缘子应用的同时增加绝缘子串中的片数，为避免雷电电击造成严重后果，要增加塔头空气间距，同时为避免由于绝缘子性能降低带来的影响，要定时对绝缘装置进行清扫，对易严重污染的绝缘子进行随时清扫。
3.4安装避雷器
防雷的重要举措在于安装避雷针或避雷器，安装避雷器可以大大提高线路耐雷水平。制定合适的接触网防雷设施的前提是要确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件。尤其是在雷雨季节来临之前，对避雷器进行避雷防御性的试验，对于达不到防御性要求的避雷装置要进行及时更换，防止设备在雷击状态下损坏。
3.5接触网隔离开关控制技术的优化
3.5.1接触网隔离开关的控制采用独立控制盘控制
牵引变电所远程监控的外接触网隔离开关全部采用独立控制盘控制，不应采用综自保护模块控制。
3.5.2接触网隔离开关交流电源回路设置防雷隔离措施
从交流屏引出的接触网隔离开关操作电源回路宜在所内设置隔离变压器，再由隔离变压器馈出至接触网隔离开关，隔离变压器两侧均不接地。隔高变压器采用单相变压器，宜具有档位调节功能。容量按考虑接触网隔离开关操作机构的用电容量。
结语
通过制定和完善高速铁路牵引供电系统的雷电防护体系，高速铁路牵引供电系统所具备的雷电防护能力有效的得到了提升，从而大大保证了高速铁路中列车运行的安全性及可靠性。随着更多铁路工程的建设，电气化铁路将覆盖更多的高雷暴地区。因此，我们不仅应在思想意识上高度重视，还应该在雷电防护技术的研究方面，也应尽快制定和完善适合于电气化铁路系统的雷电防护设计技术体系。
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论文作者:王岩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/24
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