电气化铁路牵引供电系统中防雷装置的安全运营管理

2019-03-20贾亨强

工程建设与设计 2019年21期

贾亨强

（沪昆铁路客运专线贵州有限公司，贵阳550002）

1 引言

对于电气化铁路而言，牵引供电系统发挥着非常重要的作用，其直接决定着电气化铁路的安全稳定运行。在牵引供电系统当中，高压电气设备是牵引供电设备安全稳定运行的基础也是关键所在。但是，大部分的牵引供电设备都处于户外，容易受到不同季节自然环境的影响，尤其是在夏秋季雷雨季节，如果没有建立起完善的防雷措施，这样就容易导致牵引供电设备遭受雷击而出现损坏的情况[1]。同时，在高空环境当中产生的高压、高电流等最终会传入到地面的变电所当中，很容易对高压设备造成损毁，导致整体的牵引供电系统无法正常有效运行。

2 防雷与接地

1）钢结构的避雷针在牵引变电所等中实现了广泛应用。

2）在分区所等母线上按照要求全部增加了氧化锌避雷器等，提高抗雷避雷基本能力。

3）牵引变电所等接地系统依托接地箱这一平台，全部纳入到全线综合接地系统当中，之后就是按照相关要求进行接地线引入操作。

3 氧化锌避雷器劣化的原因

从实际上看，当前电气化铁路牵引供电系统实际运行中，在防范雷击问题上，主要是通过安装避雷器来有效地防范雷击，实践证明，使用效果还是非常明显的，其可以对来自高空大气当中的高电压、直击雷等进行有效的防范。随着科学技术的发展，各种类型的避雷器不断出现，其中，氧化锌避雷器的应用效果最为明显，这种避雷器自身具有非常好的非线性性能，在放电性上表现也非常好，在今后的电气化铁路牵引供电系统实际防雷工作中必将会被广泛应用。但是，受到实际制作工艺等影响，氧化锌避雷器还是存在着许多问题与不足。

结合以往使用的氧化锌避雷器来看，导致避雷器出现问题的原因可以总结为以下几点。

3.1 受潮

从基本组成上看，封壳在氧化锌避雷器上发挥着重要作用，硅橡胶是其最基本的组成材料，这种材料随着使用时限的增长，会受到来自外部环境各种因素的影响，容易导致出现质量等方面的问题，最直接的结果就是其封闭性效果的降低。结合以往来看，也有一些避雷器在最初制作的时候，使用的工艺相对粗糙，这样就容易让水分等渗透到其中，从而对内部的绝缘部分构成影响，对于电阻片的损坏具有极大影响，进而会直接降低氧化锌避雷器的实际防雷避雷等效果。

3.2 老化

在实际运行中，氧化锌避雷器的各个部位都会随着时间的延长出现老化的情况，绝缘子片的老化对其产生的影响非常严重，会导致参考电压值明显下降，而且还会导致阻性电流等明显增加。受到电网电压相对恒定的影响，氧化锌避雷器当中的绝缘子片自身的荷电率会持续变高，自身的实际负担会逐步加重，这样绝缘子的老化现象会进一步加快，最终的结果就是导致避雷器自身出现明显的发热现象，这些对于氧化锌避雷器实际作用的发挥都会构成直接影响。

3.3 抗冲击能力差

从制作氧化锌避雷器的基本过程中可以看出，其基本的制造工作非常复杂，包含的环节比较多，在各个控制点上的质量标准存在着明显的不统一现象，这样也无形中降低了绝缘子片抗冲击电压的基本能力，而且在实际运行中，绝缘子片实际损坏的情况在逐步加快。牵引供电系统在实际运行中容易出现接触网断线的情况，在一系列综合作用影响之下，就会导致氧化锌避雷器在实际避雷等操作中出现故障[2]。

3.4 过电压防护能力差

如果过电压自身的能量相对有限，如雷电过电压，避雷器通过电流的泄露可以体现出非常好的限压保护的基本作用。如果过电压自身的能量是无限的，这种情况下就会导致避雷器反复地处于动作状态，自身的热量会不断加剧，最终对氧化锌避雷器带来直接性的损坏影响。

3.5 安装错误

从基本尺寸上看，氧化锌避雷器自身的形状比较小，在实际施工作业中很难引起足够的重视，这样，就容易出现避雷器在安装当中不受重视的情况，导致安装不符合规定要求。一旦来到雨水季节，避雷器容易受到雨水积水等影响，出现爬弧持续放电的情况，对于避雷器而言也会导致一定的损坏现象。同时，有些施工单位在安装避雷器的时候，在脱离器的安装上存在错误，这也限制了脱离器作用的发挥。

4 氧化锌避雷器劣化的预防手段

4.1 预防性试验

为了确保避雷器能始终处于正常状态，需要在每年的雨水季节之前对避雷器进行相关的高压实验，重点是将避雷器拆开，对其自身的绝缘电阻等进行测试。这有助于提前发现避雷器可能出现的损坏情况，但整体的成本投入比较大，且需要专业技术人员参与到其中。

4.2 在线监测

通过在线监测，可以对避雷器是否存在劣化现象进行有效发现，重点是对避雷器在实际运行中是否存在着泄露电流的情况进行检查。但是，在实际监测中发现，泄露电流量是比较小的，很难被有效监测到，而在能够监测到的时候，避雷器可能就已经出现了严重的毁损，并且这种监测方法在实际实施上非常不方便，操作难度比较大。

4.3 避雷器脱离装置

在避雷器的实际组成中，脱离器是一个重要的配套装置，其与避雷器相互串联配合发挥作用。通常情况下，脱离器不会出现动作脱离的情况，但如果是受到了雷击的影响，避雷器不能正常运行，脱离器就会进行相关动作，这样就能够把避雷器与牵引供电系统有效隔离开。

4.4 脱离装置对比

4.4.1 热熔式脱离装置

从基本工作原理上看，热熔式脱离装置将一部分强度大、焊点低的合金和避雷器进行串联从而实现有效焊接。焊点受到温度的影响，在避雷器出现损坏的情况下，会出现熔化的现象，从而导致脱离器进行相关动作。这种类型的脱离装置对于制造技术的要求非常高，而且对于环境特别敏感，在运行上难度比较大。

4.4.2 热爆式脱离装置

热爆式脱离装置就是在避雷器运行出现问题的时候，在一系列放电、加热等推动下，热爆管自身的温度会持续上升，直到温度达到400℃的时候，脱离器自身就会动作。这种脱离装置，在实际运行中存在着误动作的情况。

4.4.3 分频分流式脱离装置

分频分流式脱离装置在实际运行中，对于高压系统操作过电流可以起到非常好的耐受作用，且具有很多特殊的设计，有效避免了脱离器误脱离或者损坏情况的出现，提高了工作的可靠性。对于一些雷击比较严重的区域，一般是选用该类型的脱离装置，但其实际成本投入比较高，并且技术应用非常复杂[3]。

4.5 避雷线、避雷器

对于35kV 电力线路，为保护变电所附近线路上的变电设备免受雷电沿线路入侵波的危害，一般仅在变电所进出线1km～2km 段内装设避雷线，而不采用全线架设避雷线的方法来进行直击雷防护，但通常在架空避雷线的两端装设管型避雷器，限制沿保护段以外的线路进入变电所内的入侵波，其接地电阻应≤10Ω。对于电压35kV、容量摘要kV·A 以下的一般负荷变电所，可采用简化的进出线段保护接线方式。对于10kV 以下的高压配电线路进出线段，只装设FZ 型或FS 型阀型避雷器，以保护其线路断路器及隔离开关。

4.6 避雷针

利用避雷针可以有效起到防雷的作用，所以在外部防雷时，可以将避雷针安装在建筑物外部的单独杆塔上，在雷击发生时，将雷电流引入到地下，从而避免雷击对建筑物造成损坏。需注意的是，避雷针不能装设在变压器的门型构架上，这样一旦有雷击发生，则会导致变压器受损。此外，在进行避雷针安装时，需要注意安装时的距离标准：（1）地上由独立避雷针到配电装置的导电部分之间、变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般≥5m；（2）地下由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般≥3m。