GIS牽引變電所饋線側(cè)防雷探析

（無錫日報報業(yè)集團，江蘇 無錫 214000）

引言：牽引變電所的功能是為牽引系統(tǒng)供電，是電氣化鐵路供電系統(tǒng)的核心。雷電事故一旦發(fā)生，將導(dǎo)致大范圍停電，嚴(yán)重威脅交通安全。因此，牽引變電所的雷電過電壓保護措施必須是非常可靠的。

一、仿真模型

（一）雷電流模型

本文用ATP-EMTP軟件的Heidler指數(shù)模型模擬雷模型，主放電通道波阻抗為300，雷流波形為2.6/50us，雷流寬度值為100kA。

（二）線路模型

在饋電電纜的情況下,其波阻抗遠小于架空導(dǎo)線,約為4-20之間;GIS高壓室內(nèi)線路的波阻抗一般為70,約0.5的架空導(dǎo)線的約1/5。在仿真計算時，選取電纜和GIS高壓室內(nèi)線路的波阻抗。

而雷擊饋線時，雷電侵入波往牽引變電所和接觸網(wǎng)兩個方向傳播，筆者只分析雷擊饋線對牽引變電所內(nèi)設(shè)備上過電壓的影響，所以在接觸網(wǎng)方向末端用一個無限長的等值電阻來模擬。

（三）支柱模型

桿頂高度約為10米，在遷移過程中忽略了衰減，但考慮到塔的上部在塔中的雷電位移是必要的，所以，直接采用單波阻抗模型，把支柱看作一個均勻的參數(shù)。支柱波電阻為250Ω，支柱沖擊接地電阻小，本文模擬采用10Ω。

二、仿真結(jié)果與分析

目前在牽引變電所中，27.5 kV饋線側(cè)設(shè)備的絕緣水平，是套用35 kV電壓等級電力設(shè)備的絕緣水平。因此，根據(jù)GB311.1-1997規(guī)定的35 kV設(shè)備的絕緣等級，雷擊耐壓為185 kV。

（一）避雷器的保護效果分析

為了確定避雷器所達到的保護效果以及驗證避雷器的可靠性16-171，分別分析了安裝避雷器前后設(shè)備上的過電壓幅值情況。

中安裝保護裝置：1.變壓器與電壓變壓器之間的安裝；2.GIS設(shè)備入口處裝設(shè)；3.電纜接入支柱饋線之前裝設(shè)。

由結(jié)果可知，在未安裝避雷器時，設(shè)備上的過電壓幅值很高，設(shè)備將會被擊穿；在指定位置加上避雷器后，設(shè)備上的過電壓幅值減小，并且在設(shè)備允許的過電壓范圍之類。由此可見避雷器對雷電過電壓的限制作用很明顯，所以是過電壓防護中重要的保護設(shè)備之一。

（二）過電壓的產(chǎn)生機理及雷電流大小對過電壓的影響

根據(jù)DL/1620-1997標(biāo)準(zhǔn)，為雷電流幅值，kA；P是雷電流寬度的值大于I的出現(xiàn)概率。

雷擊饋線時，當(dāng)雷電流幅值取3.6 kA時，絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，可知大于3.6 kA的雷電流出現(xiàn)概率為91.01%，所以雷擊饋線時，絕緣子被擊穿的可能性是很大的。當(dāng)絕緣子被擊穿時，雷電流經(jīng)支柱接地電阻接地，將會發(fā)生反擊，且雷電反擊侵入波沿著饋線傳入牽引變電所在設(shè)備上產(chǎn)生過電壓。

針對不同雷電流幅值情況下，分別進行仿真計算，雷電流擊穿絕緣子的臨界值為3.6kA，而大于250 kA的雷電流出現(xiàn)概率為0.14%，因此，可在這個雷電流幅值范圍進行分析。

隨著雷電流幅值的增大，變壓器和GIS入口處的雷電過電壓幅值增大，但GIS入口處過電壓增長幅度很小，主要是因為GIS入口處裝設(shè)了避雷器，過電壓受到避雷器的限制作用而增長幅度不大，變壓器旁也裝設(shè)了避雷器，但二者之間有一段保護距離，過電壓受到避雷器的限制作用不如GIS入口處明顯，所以過電壓增長幅度較GIS入口處大；而當(dāng)雷電流幅值增大到163 kA時，變壓器上的雷電壓幅值達到168.21 kV，在考慮絕緣裕度的情況下，超過了設(shè)備允許的過電壓幅值168.18 kv，設(shè)備沒有達到足夠的絕緣裕度。

（三）饋線長度對過電壓的影響與分析

變電站內(nèi)50m以內(nèi)的饋線受變電站避雷針屏蔽的影響，雷擊饋線在此范圍內(nèi)的概率很低。

為了研究饋線長度對變電所內(nèi)電氣設(shè)備上雷電過電壓的影響，在50 m-500m范圍內(nèi)取了幾個特定的饋線長度值，分別進行仿真計算，得出變壓器和電壓互感器上產(chǎn)生的過電壓幅值。

不管饋線長度為多少，0#支柱上的絕緣子不會發(fā)生反擊閃絡(luò)，這是因為在電纜接入0#支柱前有一個避雷器，過電壓傳到支柱時，由于避雷器的保護作用而達不到絕緣子的閃絡(luò)條件。

（四）電纜長度對過電壓的影響與分析

為了研究電纜長度對牽引變電所內(nèi)設(shè)備上雷電過電壓的影響，饋線長度一定時，在60 m-400m之間取不同電纜長度，仿真分析雷擊饋線時，得出變壓器上的過電壓波形。

1.隨著電纜長度的增加，雷電侵入波沿線傳播衰減會增加，變壓器上的雷電過電壓幅值隨著減小，但由于受到距離很近的避雷器保護，過電壓受到限制，所以減小幅度很小。

2.隨著電纜長度的增加，雷電侵入波傳到設(shè)備上所需時間更長，出現(xiàn)過電壓峰值前的振蕩減弱，過電壓達到峰值所需時間更長，故波前陡度減小。

三、結(jié)論

儀器的電離輻射價值受到電線燈的沖擊,隨著電線的流增加而增加；但過電壓幅值增大到超過設(shè)備允許的范圍時，此時的雷電流幅值很大，出現(xiàn)概率很低。

變電站內(nèi)設(shè)備過電壓的保護主要是依靠避雷器，避雷器對過電壓的限制作用非常明顯，可靠性很高；因此，電纜長度不影響“過度張力”和“張力衰減”，但在輸入電壓之前，它會在坡度上產(chǎn)生相當(dāng)大的衰減。