摘要：牵引变电所的二次设备防高压和防雷是一门综合性学科，要从接地、屏蔽、均压、限幅、隔离等多种途径综做好防范措施。做好牵引变电所的防雷电和接地设计，重点关注接触网避雷的架设和隔离开关的接地。基于此，文章探讨分析了牵引变电所二次设备防高压侵入技术，以供参考。
关键词：牵引变电所；二次设备；防高压；防雷
1.牵引变电所二次设备概述
牵引变电所的二次设备主要是由监视仪表、测量仪表、继电器、信号器具、控制开关、自动装置、控制电缆等部件组成。二次设备的主要功能是对一次设备进行状态的监测、测量、控制、调节和保护，是整个变电所能够良好运行的控制中心。二次设备绝大部分属于弱电，在高电压的侵害下很容易发生不可逆的破坏，导致整个牵引变电所的运行瘫痪。所以研究二次设备的防高压侵入技术对保护整个牵引变电所的正常运行会起到重要的作用。
2.牵引变电所防雷及过电压设计
牵引变电所的防过电压和防雷设计主要涵盖了一次设备和二次设备这两个重要组成部分。
2.1一次设计主要是在牵引变电所内设避雷针，作为室外电气设备的防雷保护。牵引变电所的一次电源进线侧、馈线侧、变压器高压侧、开闭所、分区所的高压进馈线侧均需安装氧化锌避雷器，以作为雷击的防护和操作过电压的保护单元。
2.2二次设计主要是在分区所、牵引变电所、AT所、开闭所、控制室的二次设备的回路上加装防涌保护模块，使得二次设备抗干扰、防雷击、防电位升高的能力得到加强。
3.牵引变电所防雷及过电压接地设计
主要采取以水平接地体与垂直接地体相结合的复合接地体形式，主接地网的埋深要求超过0.8m，接地电阻值必须满足短路电流计算值的要求，接地体宜采用镀锌接地扁钢或铜绞线，所内钢结构、设备、端子箱外壳等必须可靠连接并接入综合接地体。
4.导致二次设备过压的主要因素
二次设备的过电压击穿主要由两个方面的原因。一是操作过电压，此影响因素可以通过在管理上把关，严格执行牵引变电所操作规程的方法降低和消除。二是由于雷电的影响，导致所内设备的大面积损坏。此影响因素破坏性较大，且人为不可控，是我们二次设备防过压的主要研究对象。
因雷击致使所内设备损毁的原因主要有以下几个方面：
4.1雷电直接通过所内电缆或户外裸露钢构件侵入，使得如绝缘子、避雷器等一次设备发生爆炸损坏，其结果会导致地电压的升高，影响二次设备的正常运作。一般来说，牵引变电所从设计上都会装设塔式避雷针，导致雷电直接破坏变电所户外设备或电缆的概率非常小，不是研究的主要对象。
4.2雷电直接从户外的供电线路入侵，当雷电电流非常大的时候，直接击打在户外供电线路上会使得馈线出口避雷器损毁，从而失去对强电流的防护功能。
4.3雷电直接击中所外架空回流线，超大电流通过回流电缆进入所内集中接地箱或端子箱中，其结果会导致地电压的升高，影响二次设备的正常运作。
4.4雷电击穿所外接触网的隔离开关，高压电流沿着路径进入设备内部，使隔离开关的操作箱电压升高，烧坏设备，高压电流通过二次电缆入侵所内二次设备，影响所内牵引变电所的正常运行。
4.5雷电击中变电所附近区域地面，使得对地电压快速升高，在电磁耦合的作用下，产生感应电压，影响所内二次设备的正常运行。
4.6所内综自系统的二次回路上发生断电事故，使得二次保护失灵，引起继发损害。
综上所述，4.2、4.4、4.6等三项原因对所内二次设备的危害较高。
5.解决过压危害的措施
一要减少雷电从一、二次侵入所内的途径，尽量使雷电能量在未侵入前就泄露完毕。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆二要提高所内二次设备的过压防护能力，减小二次设备的受损范围，确保二次设备不会全部失效。三要加强对应急电源的防护，当所内二次设备的保护功能完全失效时候，需要确保所内主电源回路立即断开，切断雷电侵入路径，确保一次设备不被烧毁。
其主要保护措施如下：
5.1在所外架空线和接触网附近增设避雷线
如果雷电击中变电所附近的供电线路或者接触网，瞬间提升的超高电压会很容易破坏变电所馈线端出口位置的避雷器。所以我们需要在变电所的供电线路或者接触网附近构筑物上增设一段避雷线，避雷线需以引下线与地网可靠连接，用以保护变电所馈线出口的避雷器。增设避雷线后，雷电只会击打在范围外的导线上，由于进线段导线产生的阻抗作用，流经避雷器的电流会被极大遏制，使得雷电波的幅值降低，进而起到保护所内二次设备的作用。
5.2加强对隔离开关的接地以及电源的保护
5.2.1增强对接触网隔离开关的接地保护
将处于隔离开关两侧控制装置所连接的地网相连，使得对地电位能够处于同一个电压基准线，当隔离开关发生短路接地时，降低入侵地网的短路电流，减少对地电位的升高，当隔离开关两侧的控制装置处于同一个等电位的地网中时，就可以保护二次设备不被高压破坏。接地线应采用铜裸绞线，其整体埋地的长度不得少于15m，以提高对地接触面，减小接地电阻。
5.2.2加强对电源的防雷保护
为了保护供电回路不受高压伤害，在接触网的隔离开关的出线侧操作电源供电回路中设置隔离变压器，两侧不接地，用接入的隔离变压器的初级线圈对牵引变电所的馈出电源的操作机构进行隔离，当有过高的浪涌电压通过时，能保护操作电源不被侵入，能迅速有效的切断供电回路，实现保护功能。
5.3增强综自系统直流供电的安全性。
5.3.1采用辐射状供电设计方案
辐射状供电设计方案就是对综自系统中每一个控制、保护单元分别单独供电，形状像以主电源为中心点向四周辐射。辐射状供电设计方案的好处是如果某一个受电单元发生失电故障也不会对其他的保护回路产生影响。多路保护单元的供电臂同时发生失电故障的概率非常低，从而能够保证保护单元正常可靠运转。
5.3.2采用分组环状供电设计方案
当整个系统中保护单元模块过多的情况下，单一的辐射状供电方案已无法满足系统需要，可以采用环状和辐射状相结合的方案来为整个保护单元供电，即对保护单元划分区域，区域内部采用环网供电，区域间采用辐射状供电，能够保证保护系统高效优质健康的运行。
5.3.3两种供电方案的比较
单一的辐射状供电方案适合馈出线路较少的系统，牵引变电所中的二次保护单元往往数量庞大，采用分组环状供电方式，既能提高综合自动化保护系统运行的可靠性，又能减少馈出回路，对直流柜的需求量大幅降低，有效的节约成本，是系统可靠运行和经济效益的综合体现。
5.4对电源进线采用应急保护
在牵引变电所主电源进线回路上增加强制断电应急保护模块，此保护模块以单独的直流电源进行控制和操作，除蓄电池外，其余单元不与整个系统相连，单独从直流控制母线上采集运行状态数据，当检测到直流控制母线失电或状态异常时，立即启动保护功能，向隔离开关或断路器发送断开信号，使整个变电所停止运转，待故障排除后重新启动。
结束语
牵引变电所二次设备的防雷和防过电压保护是整个变电所正常运行的重要技术手段，为整个牵引供电系统提供了强有力的保护。主要设计思路就是减少雷击侵入的途径，采用隔离手段，利用感应电压，并加强自身的接地可靠性，提高保护电源供电的可靠性等方法。这些方法的综合运用，能够极大的提高牵引变电所抗雷击的能力，对铁路系统的安全运行提供了保障，减少经济损失，保障了人民的生命安全。
参考文献：
［1］陈兴强．牵引变电所防雷加强措施的研究［J］．铁道工程学报，2015（6）：76-80．
［2］夏宝哲．电气化铁道牵引变电所防雷加保护研究［J］．铁道学报，1990（4）：15-22．
论文作者:王剑
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：变电所论文; 设备论文; 过电压论文; 雷电论文; 防雷论文; 所内论文; 回路论文; 《电力设备》2017年第19期论文;