牽引變電所的防雷保護(hù)

楊衛(wèi)紅

摘 要：隨著現(xiàn)代鐵路的飛速發(fā)展，牽引變電所的容量日益增加，功能日益強(qiáng)大，對(duì)其防雷技術(shù)的要求也日益提高。本文從雷電的形成機(jī)理入手，從牽引變電所防雷措施及防雷接地兩大方面論述了牽引變電所的防雷保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：牽引變電所 防雷保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0138-01

在現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸中尤其是電氣化鐵路日益普及的今天，牽引變電所的防雷安全直接關(guān)系到鐵路的安全運(yùn)行。牽引變電所是防雷保護(hù)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)包括二次系統(tǒng)在內(nèi)的牽引變電所的防雷技術(shù)的要求越來(lái)越高，

1 過(guò)電壓的概念

1.1 過(guò)電壓的類(lèi)型及產(chǎn)生

過(guò)電壓按產(chǎn)生的原因，分為內(nèi)部過(guò)電壓和外部過(guò)電壓兩大類(lèi)。

內(nèi)部過(guò)電壓是在電網(wǎng)工作電壓的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，它是由于系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化時(shí)電磁能量的振蕩和積累所引起的，它又分為操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓兩類(lèi)。

外部過(guò)電壓是由系統(tǒng)以外的雷電引起的，故稱(chēng)之為大氣過(guò)電壓或雷電過(guò)電壓，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為雷電。雷電是帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象，產(chǎn)生雷電的大氣層是一個(gè)以水為溶劑與其它溶于水的微量物質(zhì)為溶質(zhì)組成的水溶液與氣溶膠的混合體的水氣云團(tuán)，以及包圍水氣云團(tuán)的絕緣空氣組成。

1.2 防雷保護(hù)的措施

大量的研究及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：變電所的雷擊事故主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是雷直擊于變電所；二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波侵入變電所。根據(jù)上述分析，防雷保護(hù)可以從外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面來(lái)考慮：一方采用避雷針和避雷線等避雷裝置避免直擊雷和防止雷電入侵變電所；另一方面采用避雷器、分流保護(hù)等設(shè)備技術(shù)消除入侵波和內(nèi)部過(guò)電壓，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中通常采用下面不同的防雷設(shè)備，在實(shí)踐中證明是安全可靠的。

2 防雷保護(hù)的主要設(shè)備

2.1 外部防雷保護(hù)設(shè)備

雷電破壞的主要方式是直接對(duì)建筑物或構(gòu)筑物發(fā)生閃擊，巨大能量集中在閃擊點(diǎn)，直接損壞建筑物結(jié)構(gòu)。外部防雷措施是利用金屬接閃體迎擊雷電，利用下線將電流導(dǎo)向大地，從而保護(hù)建筑物的安全。因此外部防雷是整體防雷中的第一道防線。

2.1.1 避雷針

裝設(shè)避雷針可以保護(hù)整個(gè)變電所建筑物免受直接雷擊。避雷針可以裝設(shè)在單獨(dú)桿塔、戶外配電裝置的構(gòu)架或投光燈的桿塔，但不能裝設(shè)在變壓器的門(mén)型構(gòu)架，否則雷擊過(guò)電壓有可能損壞變壓器。

獨(dú)立安裝的避雷針的安裝距離標(biāo)準(zhǔn)有以下兩方面。

第一，地上由獨(dú)立避雷針到配電裝置的導(dǎo)電部分之間、變電所電氣設(shè)備與構(gòu)架接地部分之間的空氣隙一般不小于5 m。

第二，地下由獨(dú)立避雷針本身的接地裝置與變電所接地網(wǎng)間最近的地中距離一般不小于3 m。

2.1.2 避雷線、避雷器

防止雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所，從而起到保護(hù)主變壓器免受損壞。為此，要求此類(lèi)避雷裝置的安裝，應(yīng)盡量靠近主變壓器。

對(duì)于35 kV電力線路，為保護(hù)變電所附近線路上的變電設(shè)備免受雷電沿線路入侵波的危害，一般僅在變電所進(jìn)出線1～2 km段內(nèi)裝設(shè)避雷線，而不采用全線裝設(shè)架避雷線的方法來(lái)進(jìn)行直擊雷防護(hù)，但是通常在架空避雷線的兩端裝設(shè)管型避雷器，限制沿保護(hù)段以外的線路進(jìn)入變電所內(nèi)的入侵波，其接地電阻不得大于10 Ω。

對(duì)于電壓35 kV、容量3200 kVA以下的一般負(fù)荷變電所，可采用簡(jiǎn)化的進(jìn)出線段保護(hù)接線方式。

對(duì)于10 kV以下的高壓配電線路進(jìn)出線段，只裝設(shè)FZ型或FS型閥型避雷器，以保護(hù)其線路斷路器及隔離開(kāi)關(guān)。

2.2 內(nèi)部防雷保護(hù)設(shè)備

變電所的進(jìn)出線段雖已采取防雷措施，且雷電波在傳播過(guò)程中也會(huì)逐漸衰減，但沿線路侵入變電所內(nèi)的部分，其過(guò)電壓對(duì)內(nèi)設(shè)備仍有一定危害。特別是對(duì)價(jià)值最高、絕緣相對(duì)薄弱的主變壓器更是這樣。而外部防雷設(shè)備只能防護(hù)雷電直擊設(shè)備或雷電入侵變電所，針對(duì)內(nèi)部雷電入侵波、雷擊感應(yīng)過(guò)電壓以及系統(tǒng)操作過(guò)電壓的防護(hù)，則必須采用內(nèi)部防雷保護(hù)設(shè)備。

2.2.1 閥型避雷器

通常在變壓器母線上裝設(shè)一組閥型避雷器進(jìn)行保護(hù)。

在6～10 kV變電所中，閥型避雷器與被保護(hù)的變壓器間的電氣距離，一般不應(yīng)大于5 m。為使任何運(yùn)行條件下變電所內(nèi)的變壓器都能夠得到保護(hù)，對(duì)于分段母線的每段母線上都應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器。

在多雷區(qū)，當(dāng)變壓器的低壓側(cè)中性點(diǎn)不接地時(shí)，其中性點(diǎn)可裝設(shè)閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或保護(hù)間隙，用來(lái)防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。防雷系統(tǒng)的各種鋼材，必須采用鍍鋅防銹鋼材，聯(lián)接方法要用焊接。圓鋼搭接長(zhǎng)度不小于6倍直徑，扁鋼搭接長(zhǎng)度不小于2倍寬度。在裝設(shè)避雷針時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：第一，照明線或電話線不要架設(shè)在獨(dú)立的避雷針上，防止雷擊避雷針時(shí)雷電波沿導(dǎo)線傳入室內(nèi)，危及人身安全。第二，獨(dú)立避雷針及其接地裝置，不應(yīng)裝設(shè)在行人經(jīng)常通行的地方，與道路或出入口的距離不應(yīng)小于3 m，否則應(yīng)采取均壓措施，或敷設(shè)厚度為50～80 mm的瀝青加碎石層。

2.2.2 分流保護(hù)

分流保護(hù)是保護(hù)各種電子設(shè)備或電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵措施，是現(xiàn)代防雷技術(shù)迅猛發(fā)展的重點(diǎn)，

所謂分流就是在包括電力電源線、數(shù)據(jù)線、電話線或天饋線等信號(hào)線等在內(nèi)的所有從室外來(lái)的導(dǎo)體與防雷接地裝置或接地線之間并聯(lián)避雷器SPD，當(dāng)直擊雷或雷擊效應(yīng)在線路上產(chǎn)生的過(guò)電壓波沿這些導(dǎo)線進(jìn)入室內(nèi)或設(shè)備時(shí)，避雷器的電阻值急劇下降，近于短路狀態(tài)，雷電電流由此處分流入地。雷電流在分流之后，仍會(huì)有少部份沿導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備，危及不耐高壓的微電子設(shè)備的安全，所以對(duì)于這類(lèi)設(shè)備在導(dǎo)線進(jìn)入機(jī)殼前，應(yīng)進(jìn)行多級(jí)分流，要求至少不低于三級(jí)防雷保護(hù)。

3 變電所的防雷接地

接地就是讓已經(jīng)內(nèi)入防雷系統(tǒng)的閃電電流順利地流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對(duì)被保護(hù)物體產(chǎn)生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。良好的接地體是可靠防雷的基本條件，否則雷電將通過(guò)避雷針、避雷帶等設(shè)備引入到接地體，產(chǎn)生二次反擊雷，從而嚴(yán)重危害電子設(shè)備。所以，變電所接地網(wǎng)在變電所投入運(yùn)行時(shí)，要確保接地電阻滿足規(guī)范要求，并且要對(duì)電網(wǎng)的接地電阻定期進(jìn)行檢測(cè)，以確保接地電阻滿足安全運(yùn)行的要求。

由于根據(jù)變電所防雷的特點(diǎn)、條件和要求，采取相應(yīng)雷電防護(hù)措施，因此對(duì)處在不同區(qū)域的設(shè)備系統(tǒng)，須進(jìn)行等電位連接和安裝電源防雷裝置及浪涌電壓保護(hù)裝置，使得處在不同層次的設(shè)備系統(tǒng)達(dá)到統(tǒng)一的防雷效果。

變電所防雷保護(hù)滿足要求以后，還需要根據(jù)安全和工作接地的要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，并且在避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷的要求。防雷裝置的接地體通常單獨(dú)敷設(shè)。

4 結(jié)論

為了滿足現(xiàn)代電氣化鐵路的運(yùn)營(yíng)要求，牽引變電所的防雷保護(hù)措施必須全面可靠地適應(yīng)不斷提高的綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，以保證牽引供電系統(tǒng)的萬(wàn)無(wú)一失。

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