何秋泠
（铁道第三勘察设计院集团有限公司 300142）
【摘要】牵引变电所在牵引供电系统中具有极为重要的作用，一旦发生雷击事故，将会造成大面积停电，严重危害交通运输的安全。因此，牵引变电所必须具备非常可靠的雷击过电压防护措施。
【关键词】牵引变电所；防雷；策略
一、过电压的类型及产生
过电压的产生原因不同，由不同的原因导致其可分为内部过电压和外部过电压。内部过电压是基于电网工作电压基础上形成的，其主要是由于电磁能量的振荡和积累所导致的，所以内部过电压可以分为操作过电压和暂时过电压两种。而导致外部过电压产生的因素主要是雷电所导致的，所以外部过电压也可称为大气过电压和雷电过电压，由于在雷雨天有带电荷的雷云则会导致放电现象的产生，而在大气层由水气云团和包围水气云团的绝缘空气所组成，所以其导致雷电的产生，而雷电产生的直击雷会直接破坏变电所内设备，也可通过供电线路入侵到变电所内，导致变电所发生雷击事故。
二、牵引变电所遭雷击的原因
2.1雷电的形成
雷电是大自然中的一种气体放电现象，雷电放电是由于雷云引起的放电现象。地面上的水分在太阳的照射下不断的蒸发形成上升的热气流，随着热气流的上升，空气温度不断下降，热气流在低温下逐步凝结成水滴或冰晶。水滴和冰晶中复杂的电荷分离过程及强烈的气流作用便会形成带电的雷云。一般而言，在5～10km的高空中主要为正电荷云层，在1～5km的高度中主要为负电荷云层，但在云层底部也有少量的正电荷聚集。
2.2雷电流的等值电路
雷电的极性主要是指雷云下行到大地的电荷极性，因此绝大多数的雷击都是负极性的。由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。当先导发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙会被击穿。因此，可以认为雷云放电就是一种超长间隙的火花，并且主放电自雷击点沿通道向上发展。
三、变电所的防雷保护策略
3.1对直击雷进行防护
防直击雷的有效方法之一便是在牵引变电所安装避雷针。避雷针是一种保护建筑物和电力设备免遭直接雷击的装置，作用是将雷电流引向自身并导入大地，使受保护物免遭雷电侵蚀。由于避雷针的作用原理是将雷电流引向自身，因此在安装避雷针时也有一些注意事项。一是注意避雷针及其接地装置与牵引变电所的电气设备距离，在地面上，由避雷针到配电装置的导电部分以及到牵引变电所的电气设备和架构地部分的空间距离大于或等于6米；在地下，由避雷针本身的接地装置与变电所接地网间的最近地中距离大于或等于3米。二是注意避雷针的接地电阻，一般不应该超过10欧姆。三是注意避雷针安装的位置。避雷针一般安装于变电所的四周，防止感应和反击雷电引起电气设备的毁损。
3.2对雷电波侵入的防护
对于限制直击雷过电压与感应雷过电压产生的雷电波入侵，主要用到的设备是MOA避雷器。要想发挥MOA避雷器的保护作用，需要同时满足4个条件。①伏秒特性曲线：避雷器的伏秒特性曲线应高于被保护的电气设备的伏秒特性曲线。②电流限制：流经避雷器的电流应被限制在标称放电电流的水平以内。③电压限制：当避雷器中流过标称放电电流时，MOA避雷器的冲击放电压以及残压应被限制在被保护设备的冲击耐受电压以内。④距离限制：被保护的电气设备和避雷器的间距应被限制在最大允许距离之内。对第一条与第三条而言，避雷器的特性是决定性因素；第二条的实现取决于保护接线；第四条的实现则靠的是避雷器的安装位置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.3变电所内部防雷
3.3.1等电位联结
等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、变电所的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。为保证变电所内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压，应当使变电所地面、墙板和金属管、线路等都处于同一电位，为此变电所内钢筋混凝土应在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。牵引变电所屋内各种金属导体和管道如金属门窗、设备的金属外壳等作等电位连接；电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接；变电所各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气以及防雷等电位连接导体形成总等电位连接，最后与联合接地系统相连，形成一个理想的“法拉第笼”。
3.3.2合理的屏蔽
变电所中做屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护。对有大量微电子设备房间要采取屏蔽措施，使仪器处于无干扰的环境中。屏蔽的有效性不仅与房间加装的屏蔽网和仪器金属外壳—屏蔽体本身有关，还与微电子设备的电源线和信号线接口的防过电压、等电位联结和接地等措施有关。为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响，应采用金属管布线，这样防止雷电反击的能力强，对防各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。电气线路的主干线一般集中于牵引变电所建筑物的中心部位（其雷电电磁场强度最弱），避免靠近做为引下线柱筋的位置，缩小干扰的范围。
3.3.3防雷端子
在变电所内部，变电所的二次设备及通信设备都是在弱电环境下工作的，工作电压一般在DC110V\DC220V（继电保护设备）、DC48V（通信设备）、AC220V（照明设备），所以这些设备在遇到雷击及过电压时特别容易损坏，这些设备不能正常工作将直接影响高速铁路的运行安全，对这些设备进行防雷保护显得尤为重要。
这些设备都是在室内安装，正常情况下不会受到直击雷的影响，但这些设备与室外的一些电气设备有电缆上的连接，在室外设备收到雷电影响时将会直接将高电压传入室内。这些高电压对于室外设备（变压器、断路器、电压互感器等）没有影响，应为这些电气设备正常情况下就工作在高压环境下，但对于在弱电环境工作下的设备来说，这些高电压将产生致命的破坏。在室内低压设备与外部高压设备有连线的端子处安装避雷端子，对经电缆线进入设备的雷电波及过电压经行隔离、防护。防雷端子即采用压敏电阻原理在冲击电压大于一定值时压敏电阻将进线与大地导通，将冲击电压引入大地，从而起到保护后端设备的目的。
四、变电所的防雷接地
利用防雷接地可以有效的入侵到防雷系统内的闪雷引入到大地，避免雷电能量集中在某一处从而导致设备受到不同程度的破坏。通过设置良好的接地系统，可以有效的将雷电能量有效的泄放出去，使引线上的电压能够降低，避免由于电压高而产生反击。确保接地体的良好性，可以有效的避免二次反击雷的产生，有效的保证电子设备的安全性。因此对于牵引变电所在投入运行时，就要做好相应的接地设施，而且确保其接地要严重按照相应的规范要求来进行，同时还要定期对接地电阻进行检测，确保其时刻处于安全运行的水平内。
在对变电所进行防雷保护时，需要对不同区域内的设备系统进行等电位连接，同时电源也要进行防雷装置的安装，还要安装相应的电压保护装置，这就可以使变电所内处于不同层次的设备系统都具有统一的防雷效果。另外，还需要在变电所内敷设统一的接地网，这样可以有效的保证变电所内设备的安全，使其符合防雷的要求。
结语
牵引变电所的防雷保护与电气化铁路的安全运行息息相关，因此，我们要对牵引变电所的设备进行全面、可靠的防雷保护，以保证牵引变电所供电的稳定性、安全性、可靠性，为电气化铁路的安全运行提供可靠的保障。
参考文献
[1]万国华.以6C系统为中心的牵引供电统一信息平台[J].价值工程.2013（13）.
[2]孙美云.牵引变电所的防雷保护措施[J].内蒙古煤炭经济，2012.
作者简介
何秋泠，1987.9-，女，四川射洪人，西南交通大学电气工程硕士，单位:铁道第三勘察设计院集团有限公司(天津市，河北区)，单位邮编:300142，研究方向:铁路牵引变电(牵引变电所防雷接地研究，牵引供电系统继电保护研究)。
论文作者:何秋泠
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/18
标签：过电压论文; 变电所论文; 防雷论文; 雷电论文; 设备论文; 避雷针论文; 电压论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;