铁路牵引变电所的防雷措施研究

张琛

中铁十二局集团电气化工程有限公司, 天津 300308

我国人口众多，国土辽阔，东部与西部、南部与北部资源分布不均，为促进我国资源文化交流，促进各地区协调发展，速度快、节约能源又舒适平稳的铁路成为我国最大众化的交通工具。目前铁路已向高速化、智能化、电气化方向发展，而铁路离不开牵引变电所，因此牵引变电所的防雷已成为铁路发展的重中之重，本文将针对此问题进行分析讨论。

1 铁路牵引变电所防雷的重要性

为提高运输能力、加快行驶速度、减少能源消耗和降低运营成本，电气化铁路应运而生。电气化铁路就是利用电力牵引来工作的铁路。电气化铁路所需要的电力电能经高压输电线传输至牵引变电所内，牵引变电所是进行电能转换的设备集合，经过牵引变电所降压和分相后传输至铁路上方架设的接触网，才能被电力机车所利用，因此牵引变电所是铁路牵引供电系统的核心[1]。而作为核心，牵引变电所设备运行的可靠性关乎铁路运行的正常与否。

雷电作为一种较为常见的天气，是天空中的雷云之间或者雷云对地之间由于电位差而产生的瞬间剧烈放电现象。带负电的雷云在地表感应出正电荷，使得雷云与大地之间类似于一个电容器。当电容器的电场强度超过大气的击穿强度时，雷云对大地放电，即为雷击。一般情况下，变电所雷击大致分为两种情况，一种为雷击直接作用于变电所的设备之上，另一种情况是架空线路上的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。无论哪种情况，若未能采取有效的防范措施，当其发生时，强大的电流可能会造成变电所内一次设备烧毁、二次设备损坏、自动化系统退出等问题，导致牵引变电所无法正常供电，进而导致铁路运行可靠性降低。因此要保证牵引变电所的正常运行，除了做好变电所设备日常的检修维护工作之外，防雷问题也是至关重要。

2 铁路牵引变电所的防雷措施

现阶段我国电气化铁路处于迅猛发展阶段，对于牵引变电所的防雷措施也有待完善和改进。针对牵引变电所防雷，可采取的保护措施有以下一些。

2.1 变电所内一次设备的防雷尧接地及回流

避雷针是人为设立的优良导体，适用于电气设备相对集中的区域，对于泄放雷电流具有突出作用，对直击雷有很好的防护作用。所内避雷针在安装过程中要注意和变电所电气设备、接地装置之间保持足够的安全距离，同时避雷针的接地电阻也要严格控制在10Ω之内。

必要时在牵引变电所外进线终端杆塔至变电所之间设置独立的避雷针，配合变电所原有的避雷针进行联合防雷保护，也可有效地对雷击高压线路终端杆塔或雷电绕击输电线路时产生一定的防护作用。这种避雷针可设置在所内或所外，在所内方便维护，在所外可提高防雷保护裕度，无论哪种方式，避雷针的高度及与所内设备的安全距离都要根据实际的土壤电阻率严格计算。经验证，该方法相较于避雷线单一保护，具有明显优势。

在牵引变电所27.5kV侧装设避雷器，以避免雷电波绕击、反击等现象对电气设备安全运行的影响。牵引变电所内常用的氧化锌避雷器没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，具有良好的保护性能。在多雷区，还应在每回27.5kV馈线的首端，即变电所设备和避雷器与馈线供电线之间装设抗雷线圈，可明显限制雷电波的波前陡度，并且降低雷电波入侵过电压幅值，从而进一步削弱过电压对变电所内电气设备的影响[2]。

在变电所供电线首端架设避雷线，可有效防止雷电波无衰减地引入所内集中接地箱，进而通过地网泄流。由于进入变电所的架空回流线一般由两段组成，架空部分一般为钢芯铝绞线，进入变电所部分一般为电缆，此时可以采取三级防护的措施，即加装避雷器或浪涌保护器限压元件，并通过计算得出最优的集中接地箱安装位置，来避免雷电波侵入过电压对集中接地箱甚至与之相连的电气设备造成损坏[3]。同时，集中接地箱的安装位置还应远离耐压低的设备。

在对既有牵引变电所进行增容改造时，对主地网进行更新补强，根据牵引变电所的土壤电阻率，在有限的空间内，采用先进的耐腐蚀的接地材料或接地装置，保证主地网接地电阻达到规范要求，还要注意校核接地干线的截面积。

2.2 变电所内二次系统防雷

现代电气化铁路牵引变电所仅靠避雷器、避雷针等进行防雷已不能满足要求，还需考虑对浪涌电压的防护。浪涌保护器可保护电子器件免遭雷击产生的影响，对感应雷有良好的防护作用。牵引变电所二次系统的防雷可以考虑在交直流屏、室外照明配电箱内设置相应等级的电源浪涌保护器，避免雷击过电压引起的瞬时大电流侵入自动化系统的电源设备，造成电源模块故障或损坏；在综自装置、接触网开关控制屏等内部也要按规范要求设置专用的浪涌保护器，且安装位置应尽量靠近设备前端，防止对测控保护回路造成影响；由于部分接触网上网隔开由邻近的牵引变电所提供交流电源，还要对接触网开关的电源回路进行隔离，防止强电侵入所内电源系统。同时，控制室屏柜内需要接地的设施，如二次设备、屏柜外壳、底座槽钢等均应与接地干线等电位可靠连接，避免不同接地点之间形成电位差，影响自动化系统的正常运行，造成保护误动作或者功能模块的损坏。变电所使用的二次电缆应为屏蔽电缆，且屏蔽层两端均应接地。

2.3 变电所外接触网防雷

铁路接触网常年暴露在外，受雷击的可能性较大，接触网采取防雷措施，可间接减少牵引变电所正常运行受雷击影响的概率，同样应得到足够的重视。

接触网防雷应综合考虑站场、区间的不同，根据气候条件、地理位置，对防雷设施的强度、密度做综合设计，确定最佳的防雷方案，比如在适当位置加装绝缘子、避雷器、避雷线等，采取多种防雷手段，并做好隔离开关、支柱等设备及架构的接地工作，日常检修中注重对防雷及接地装置的维护更换工作，确保防雷效果的充分发挥。

综上所述，要保证铁路牵引变电所的安全稳定运行，既要保证变电所接地电阻满足规范要求，并定期检测地网阻值，还要依据变电所的防雷条件、防雷要求等采取有效的防雷措施，比如加装抗雷线圈、浪涌保护器等设备或装置，保证一二次设备都能得到良好的防雷保护效果。同时，还应重视变电所外高压输电线以及接触网供电线的防雷。