摘要：现如今，我国的城市建设在不断的加快，铁路的建设在不断的增多，牵引供电系统的过电压问题是系统安全运行的一个十分重要的问题，供电系统的结构与运行方式有其特殊性，过电压问题尤为突出。本文对牵引供电系统出现的几种典型的过电压进行了比较与分析，提出相应的安全保障措施和建议，对提高系统的安全性与可靠性具有较强的现实意义。
关键词：供电系统；安全；过电压；分析
引言
过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象。电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。研究各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电气化铁道的电力系统运行具有重要意义。
1大气过电压
所谓的大气过电压就是指系统外部过电压。归根结底，就是系统在雷电的作用下，供电设备的正常运行受到干扰所导致的。在对接触网设备进行布置的过程中，往往选择野外露天环境，设备暴露在空气中，遭遇雷电灾害的几率大大增加。通过将架空地线和避雷器应用于系统中，系统遭遇雷击的概率会大大减少，但是还是不能百分之百地避免雷电灾害。在牵引变电所中，露天设备在避雷针的保护下，但是到了雷雨季节，避雷器的动作次数还是会不断增加，高压侧遭遇雷击的频率居高不下。雷电对供电设备的作用主要有两种形式，其一是雷电直击电气设备导致故障；其二是雷电击中设备附近区域，使得雷电通道临近设备遭受感应过电压的危害。在大气过电压发生时，绝缘子闪络是常见故障，从而引发断路器跳闸。大气过电压的持续时间很短，如果设备绝缘介质电气强度能够恢复，工频电弧在自动重合闸启动以前熄灭，会不断提高重合闸的成功重合率。
2供电系统内部过电压防治方式
而针对其他类型过电压，需由相关人员结合设备参数、工作方式以及经验的数据进行分析与研究。通常情况下，除大气过电压外，各类过电压的幅值一般于1.0p.u与2.0p.u之间，但大部分电压分布于1.3p.u附近。接触网空载分闸以及重合闸所形成的过电压一般小于1.3p.u。但弓网离线所形成的过电压较为分散，有时可达2.2p.u，能够对机车以及系统造成危害，应在工作当中重视此类过电压。可提高断路器的灭弧能力，以便降低甚至消除供电设备内部所产生的过电压。如今，真空断路器在供电系统当中的应用较为频繁，可在供电设备当中接入真空断路器，以达到抑制过电压的目的。同时也可在供电设备中使用带并联电阻型式的断路器，该型式断路器的主触头与电阻并联之后，若电弧在电路最不利的状态下出现重燃现象，则此时的过电压仅有2.28倍。由此可见，短路灭弧能力的提高能够有效抑制供电设备内部所产生的过电压。短路器灭弧能力的提高会形成切除空载变压器过电压，但该类过电压持续时间短，对供电系统基本不会构成危害，而且易于限制。因此可以忽视该类过电压。如今，我国大部分供电系统所使用的变压器以激磁电流值较低的冷轧硅钢铁芯以及绕组电容值较高的绕组为主。故而，即使产生了过电压，其倍数通常也不会超过2。因此，建议在供电设备当中运用并联电阻开关，能够效控制供电系统内部所产生的过电压。
3接触网重合闸过电压
对于接触网空载合闸的情况，多发生在“天窗”作业结束消令送电时刻。但此时接触网对地分布电容储存电荷已在挂接地线时充分释放，故空载合闸的充电过程一般不会产生过电压。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但如果自动重合闸启动，则情况就会有很大的不同。无论是送合闸电，还是发生瞬时故障，当馈线自动重合闸动作时可能会产生过电压。这也成为电气化铁路供电系统的一种典型的过电压。这个过电压一般不会危及供电系统的安全运行，但当系统的绝缘有缺陷或存在薄弱点时，则可能造成重合闸失败，中断供电。由于接触网线路上电容电荷的存在，接触网上将有一个电压U0，U0也可认为是重合闸动作前电源对线路的充电电压。如果U0的方向和电源充电电压方向此刻相同，则不会产生过电压。但在最一般的情况下，U0与电源的充电电压相位不同，此刻在合闸瞬间线路上会产生高频震荡的过电压。这个过电压也是电气化铁路供电系统中的一种典型过电压。在最严重的情况下，U0的方向与重合闸动作时刻电源电压的方向相反（相位角差）且在线路空载时，这个过电压的幅值将达到最大值。如果考虑到并联无功补偿装置补偿电容Cs和串联电抗器Ls的影响，则过电压产生的震荡频率会减小，同时过电压产生的幅值要增大。
4弓网离线瞬态过电压
在电气化铁路供电系统中，弓网耦合关系是这个系统中必不可少的环节。在受电弓与接触导线机械摩擦取流的过程中，由于受电弓通过分段绝缘器、接触网弹性突变点、设备施工安装硬点等原因，间歇性离线是常常出现的现象。在机车带负荷运行的过程中，离线问题不可避免。在离线问题发生的过程中，系统会产生高频电弧电流，从而导致机车与供电系统的过电压。这个过电压对于系统会造成直接的威胁，其中，绝缘子闪络就是其主要的危害。另外，在过电压发生时，也会对机车内部元件造成损坏。
5过电压的分布
通过以上分析可知，电气化铁道供电系统在日常运行中会经常会有过电压的情况发生。外部大气过电压（雷闪过电压）发生主要与当地的雷电流概率分布相关，也和接触网与变电所的布置方式有关。按照有关规程规范要求，在设计与施工安装过程中应充分考虑此类过电压以减小雷电造成设备故障的概率。大气过电压的分布与当地雷电活动相关，在华东地区的春夏季节，发生雷击供电系统设备的情况尤为突出。图５的统计分布与当地气象部门的记录的相差较大，但季节相关特征是相似的。从目前的技术水平来看，主要根据避雷器动作情况和雷击设备故障情况统计供电系统的雷击次数。对于每一次雷击过程雷电流的幅值是无法得知的，只能由当地的雷电流分布的概率函数来分析，这对于确定供电系统设备的耐雷水平非常重要。
结语
电气化铁道供电系统是结构特殊的大电流接地系统，过电压的产生也有其固有的特点，在运行中各种典型的过电压都会出现，幅值的大小和出现的概率分布都与整个供电系统内外部的条件密切相关。通过本文对各种典型过电压的比较与分析，应该承认过电压是系统运行中普遍存在的，但过电压的发生并不一定导致供电系统故障。建议设计部门要根据系统的结构与运行特点充分考虑过电压的相容性，在条件许可的情况下宜提高供电系统的绝缘水平和耐雷水平，这对于防止过电压对系统造成危害十分重要。对于运营部门，则要保证供电设备处于良好的运行状态下，避免设备出现“不利条件组合”而发生过电压事故。同时宜在变电所恰当位置安装过电压在线监测与记录装置，提高过电压的安全管理技术水平。
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论文作者:刘志彤,栾正凯,张鹏程
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
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