【关键词】：电气化铁路；牵引变电所；雷击
目前，我国电气化铁路牵引供电系统在接地、防雷和过电压方面已形成较为成熟的标准。但是铁路牵引供电系统运行过程中，仍然经常会发生各类雷击跳闸的问题，而且由于变电所所处环境及设备安装模式与接触网和电力线路有所不同，故铁路牵引变电所雷击问题需要单独分析探讨。
1. 铁路牵引变电所遭受雷击的原因分析
1.1铁路牵引变电所所内一次侧设备因遭受直击雷导致事故
为避免变电所遭受直接雷击伤害，目前最常见的防治手段就是变电所架设多个独立避雷针，防护范围完全覆盖整个变电所，有效实现户外设备的雷电防护。牵引变电所 220 kV 或 110kV进线侧、牵引变压器27.5 kV进线侧和馈线侧，10kV所用变压器进线侧都设置避雷器。但是这些避雷措施及设备一旦设计安装存在问题或者日常保养维护工作未做到位也会导致事故发生。
1.1.1铁路牵引变电所所内避雷器保护范围存在盲区
牵引变电所在建设时一般所内四个角落均会安装四台大型避雷器以防止直击雷，而且在主变压器附近也会装设有氧化锌避雷器，这些可以有效保护牵引变压器免受雷电侵入波的损害，但上述防雷设备的防雷保护范围存在一定的盲区，一旦施工之初未合理安装，就会为接下来变电所设备遭受雷击带来巨大隐患。
1.1.2实例说明
①事故经过：2018 年07月04曰20时56分45秒558毫秒，由于夏季雷雨天气急剧增加，AG变电所遭受雷击导致所内绝缘子击穿，牵引主变差动保护动作跳闸。
②原因分析：事故发生后，通过复查所内监控视频，2#主变看到的闪光，而馈线侧监控视频画面无闪光，说明当时确有直击雷对主变低压侧A相母线放电，造成7BL计数器动作一次并将雷击能量传递至高压室。所内监控视频画面中27.5kV高压室看到的闪光，这是203开关静触指上部支持瓷瓶闪络放电，过电压来自主变低压侧A相母线。而通过检查所内设备检调记录可知，清扫组于7月2日对27.5kV 高压室支持瓷瓶进行了清扫，因此可以排除支持瓷瓶脏污造成的闪络跳闸。雷击 (直击雷)造成2B低压侧A相穿墙套管至203开关上触指间的母排支持瓷瓶闪络击穿，电流值超过差动速断保护定值引起主变差动保护动作。
1.1.3所内设备日常巡检不到位
变电所值班员及变电检修人员在日常设备检修保养过程中工作不到位，会导致牵引变电所内支持绝缘子等绝缘设备状态不佳等异常状态未被及时发现并处理，从而导致各类绝缘设备绝缘性能下降，此时微弱的雷电感应也是电气化设备故障频发的主要因素。
1.2牵引变电所二次设备遭受雷击导致事故
1.2.1变电所二次设备浪涌保护器失去作用
目前，在变电所二次设备方面，变电所交直流系统的进线和母线、室外照明回路、接触网隔离开关的二次控制回路、综合自动化系统、由交直流屏引入控制系统端子排电缆连接处、控制回路和信号回路电源端子排连接处、与一次设备存在电缆联系的二次系统端子排连接处、GPS天线引入综合自动化系统接口处、与远程通信接口处，都设有浪涌保护器。而一旦供电线、网开关遭受雷击造成的浪涌电流过大，浪涌保护器失去作用时变电所二次设备将会遭受重大伤害。
1.2.2实例说明
2019年03月03日，SX变电所主控室2#交流屏及2#主变测控屏发生故障当晚雷暴天气，直击雷直接击中了03#供电线铁塔，雷电流及瞬间高压电场使03#铁塔避雷器脱扣器炸裂、支撑绝缘子表面有明显放电痕迹，雷电流经03#铁塔钢结构串入到3111GK操作连杆，经金属连杆到达操作机构控制箱。3111GK机构控制箱的操作电源和控制电缆分别接在SX变电所2#交流屏和2#主变测控屏内，瞬间的涌流及瞬态反击高压电场施加到变电所内的控制线路、保护装置板件及空气开关上，产生短路现象，造成保护板件和空气开关被严重烧损。同时，涌流及瞬态高压电场将远动通讯管理机和交换机板件损坏，导致SX变电所遥控、遥信监测失效，全所的远动通道中断。
2.对于铁路牵引变电所遭受雷击的预防措施建议
为了降低铁路牵引供电变电所遭受雷击造成事故，建议从以下几个方面进行加强改进，以防变电所雷击事故发生。
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2.1针对铁路牵引变电所所内一次侧设备遭受直击雷导致事故
从本文前面章节中可以看到，造成铁路牵引变电所遭受直击雷的重要原因是变电内各种防雷设备的保护范围不够，存在一定的盲区，针对此种情况可以制定以下改进措施：
2.1.1在牵引变电所加设避雷线
根据近几年接触网系统中架设避雷线从而大大减少了接触网雷击事故的经验，变电所为防雷击可以在靠近牵引变电所1～2 km的进线段上同样装设避雷线，这样在雷电先导阶段，避雷线顶部聚积电荷，可以在发展先导和避雷线顶端之间的通道中建立了很大的电场强度，避雷线迎面先导的产生和发展大大加强了这个通道中的电场强度，最后选定击中避雷线，靠近避雷线的被保护物比避雷线低，由于避雷线的屏蔽和迎面先导作用，使被保护物遭受雷击的概率很小。利用避雷线可实现直击雷保护。从近几年接触网避雷线的实用现状来看，虽然这种方法不是主动的，但能提供99.5％~ 99.9％的保护效果。
2.1.2在牵引变电所高压场地的门型框架上加装接闪器
接闪器就是专门用来接收直接雷击的金属物体，在各牵引变电所的门型框架顶部两端及变电所屋顶加装接闪器可充分利用门型框架固有高度和屋顶自身高度构成一定的防雷保护半径，以减少雷电直击高压设备的风险。
2.1.3加强日常巡检质量管理
为了降低由于变电所值班员及维修人员的失误，建议管理人员应当优化管理，建议建立有效的责任落实制度，要求变电所值班人员及设备检修人员加强责任意识，以降低由于制度和检查问题造成的隐患。除此外，管理人员应当落实实名检查制度，加强现场考核和巡查，以降低漏检和漏修的现象，最大程度地保证设备质量。
2.2针对牵引变电所二次设备因供电线、网开关遭受雷击造成浪涌电流反向击伤所内设备的事故
2.2.1增加隔离防护措施或就近引接独立电源
为防止雷击电流通过接触网线路隔离开关操作机构箱内线路反向击伤变电所内交流屏，网开关操作机构电源不应直接从牵引变电所内交流屏上接出电源，而是应当增加隔离防护措施或就近引接独立电源。
2.2.2优化铁路牵引变电所所外隔离开关的控制方式
将隔离开关的控制线缆由电缆改为光缆，光缆加强芯在设备端增加绝缘节，阻断户外隔离开关和户内二次设备的电气联系通道，以防雷击大电流通过所外隔离开关控制电路反向击伤所门设备。
2.2.3用分级保护的概念分层保护力保所内设备受雷击影响最小
将变电所划分为不同的雷电保护区，各区之间以混凝土和各设备金属外壳作为等电位屏蔽层，当管线或电缆穿过这些屏蔽层时，其外皮必须与之相连接。此外，变电所建筑物内的各种电源进线，通信信号线，天线等与室内设备相连的引出线都应该在经过不同的雷电保护区和其终端加装不同类型的浪涌保护器。
2.2.4采用高吸收能量的分流设备将雷电能量分流泄入大地
将避雷器或保护器分别加到高压变压器后端至低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端对地处(一级保护)、二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间电缆内芯线两端对地处(二级保护)、在所有重要的或精密的设备以及UPS 的前端对地处(三级保护)，采用避雷器等高吸收能量的分流设备将雷电能量分流泄入大地以保护重要设备。
3.结语
综上所述，铁路牵引变电所的防雷技术要求比输电线路更高。通过对变电所可能遭受的雷电危害的分析和相应的防护措施，结合考虑周围环境因素(包括选址处的土壤电阻率，周围已有建筑等)对变电所防雷的影响，在设计和施工过程中要遵循“整体防御、综合治理、多重保护”的方针，全盘考虑，使变电所的防雷设施能够满足实际要求，并在后续的工作中仔细进行日常维护保养，从而保证变电所内设备免遭雷电袭击。
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论文作者:徐滔
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第17期
论文发表时间:2020/3/4
标签：变电所论文; 设备论文; 避雷线论文; 雷电论文; 防雷论文; 铁路论文; 所内论文; 《科学与技术》2019年第17期论文;