GIS牵引变电所馈线侧防雷探析
2020-12-07
（无锡日报报业集团，江苏 无锡 214000）
引言：牵引变电所的功能是为牵引系统供电，是电气化铁路供电系统的核心。雷电事故一旦发生，将导致大范围停电，严重威胁交通安全。因此，牵引变电所的雷电过电压保护措施必须是非常可靠的。
一、仿真模型
（一）雷电流模型
本文用ATP-EMTP软件的Heidler指数模型模拟雷模型，主放电通道波阻抗为300，雷流波形为2.6/50us，雷流宽度值为100kA。
（二）线路模型
在馈电电缆的情况下,其波阻抗远小于架空导线,约为4-20之间;GIS高压室内线路的波阻抗一般为70,约0.5的架空导线的约1/5。在仿真计算时，选取电缆和GIS高压室内线路的波阻抗。
而雷击馈线时，雷电侵入波往牵引变电所和接触网两个方向传播，笔者只分析雷击馈线对牵引变电所内设备上过电压的影响，所以在接触网方向末端用一个无限长的等值电阻来模拟。
（三）支柱模型
杆顶高度约为10米，在迁移过程中忽略了衰减，但考虑到塔的上部在塔中的雷电位移是必要的，所以，直接采用单波阻抗模型，把支柱看作一个均匀的参数。支柱波电阻为250Ω，支柱冲击接地电阻小，本文模拟采用10Ω。
二、仿真结果与分析
目前在牵引变电所中，27.5 kV馈线侧设备的绝缘水平，是套用35 kV电压等级电力设备的绝缘水平。因此，根据GB311.1-1997规定的35 kV设备的绝缘等级，雷击耐压为185 kV。
（一）避雷器的保护效果分析
为了确定避雷器所达到的保护效果以及验证避雷器的可靠性16-171，分别分析了安装避雷器前后设备上的过电压幅值情况。
中安装保护装置：1.变压器与电压变压器之间的安装；2.GIS设备入口处装设；3.电缆接入支柱馈线之前装设。
由结果可知，在未安装避雷器时，设备上的过电压幅值很高，设备将会被击穿；在指定位置加上避雷器后，设备上的过电压幅值减小，并且在设备允许的过电压范围之类。由此可见避雷器对雷电过电压的限制作用很明显，所以是过电压防护中重要的保护设备之一。
（二）过电压的产生机理及雷电流大小对过电压的影响
根据DL/1620-1997标准，为雷电流幅值，kA；P是雷电流宽度的值大于I的出现概率。
雷击馈线时，当雷电流幅值取3.6 kA时，绝缘子发生闪络，可知大于3.6 kA的雷电流出现概率为91.01%，所以雷击馈线时，绝缘子被击穿的可能性是很大的。当绝缘子被击穿时，雷电流经支柱接地电阻接地，将会发生反击，且雷电反击侵入波沿着馈线传入牵引变电所在设备上产生过电压。
针对不同雷电流幅值情况下，分别进行仿真计算，雷电流击穿绝缘子的临界值为3.6kA，而大于250 kA的雷电流出现概率为0.14%，因此，可在这个雷电流幅值范围进行分析。
随着雷电流幅值的增大，变压器和GIS入口处的雷电过电压幅值增大，但GIS入口处过电压增长幅度很小，主要是因为GIS入口处装设了避雷器，过电压受到避雷器的限制作用而增长幅度不大，变压器旁也装设了避雷器，但二者之间有一段保护距离，过电压受到避雷器的限制作用不如GIS入口处明显，所以过电压增长幅度较GIS入口处大；而当雷电流幅值增大到163 kA时，变压器上的雷电压幅值达到168.21 kV，在考虑绝缘裕度的情况下，超过了设备允许的过电压幅值168.18 kv，设备没有达到足够的绝缘裕度。
（三）馈线长度对过电压的影响与分析
变电站内50m以内的馈线受变电站避雷针屏蔽的影响，雷击馈线在此范围内的概率很低。
为了研究馈线长度对变电所内电气设备上雷电过电压的影响，在50 m-500m范围内取了几个特定的馈线长度值，分别进行仿真计算，得出变压器和电压互感器上产生的过电压幅值。
不管馈线长度为多少，0#支柱上的绝缘子不会发生反击闪络，这是因为在电缆接入0#支柱前有一个避雷器，过电压传到支柱时，由于避雷器的保护作用而达不到绝缘子的闪络条件。
（四）电缆长度对过电压的影响与分析
为了研究电缆长度对牵引变电所内设备上雷电过电压的影响，馈线长度一定时，在60 m-400m之间取不同电缆长度，仿真分析雷击馈线时，得出变压器上的过电压波形。
1.随着电缆长度的增加，雷电侵入波沿线传播衰减会增加，变压器上的雷电过电压幅值随着减小，但由于受到距离很近的避雷器保护，过电压受到限制，所以减小幅度很小。
2.随着电缆长度的增加，雷电侵入波传到设备上所需时间更长，出现过电压峰值前的振荡减弱，过电压达到峰值所需时间更长，故波前陡度减小。
三、结论
仪器的电离辐射价值受到电线灯的冲击,随着电线的流增加而增加；但过电压幅值增大到超过设备允许的范围时，此时的雷电流幅值很大，出现概率很低。
变电站内设备过电压的保护主要是依靠避雷器，避雷器对过电压的限制作用非常明显，可靠性很高；因此，电缆长度不影响“过度张力”和“张力衰减”，但在输入电压之前，它会在坡度上产生相当大的衰减。
