摘要：本文通過分析現代鐵路變電所雷擊的危害，詳細介紹了防雷技術的應用情況，以達到減輕雷擊對現代鐵路變電所配電的危害的目的。

　　關鍵詞：變電所;配電;防雷;鐵路供電

　　Abstract: This article analyses the modern railway substation the harm of lightning, detailed introduces the lightning protection technology application situation, in order to achieve alleviate lightning strikes on modern railway substation distribution of power of the harm of purpose.

　　Keywords: substation; Distribution; Lightning protection; Railway power supply

　　中圖分類號： TM63 文獻標識碼：A 文章編號：

　　近幾年來，在現代鐵路供電系統中，諸如綜合自動化系統、遠動系統、安全視頻系統、交直流屏等越來越多的電子設備裝備到牽引變電所、電力配電所、開閉所等現場，發揮著其不可替代的重要作用。這些電子設備和系統都工作在低電壓和小電流狀態下，其電磁兼容能力低，抗雷擊電磁脈沖過電壓、過電流的能力十分脆弱，在閃電環境下的易損性較高。對這些系統進行直擊雷和雷擊電磁脈沖的防護，具有十分的重要性和緊迫性。

　　一、變電所配電的雷電防護

　　現代鐵路變電所配電的雷擊危害從其發生的途徑上主要分為3種：雷電直擊、雷電過電壓波沿輸電線路侵入和雷擊在所內設備上感應產生的過電壓。

　　1直擊雷防護

　　1.1現代鐵路變電所配電的防護措施

　　現代鐵路變電所配電的直擊雷防護主要依靠避雷針和避雷線，其防護措施的原則：(1)被保護物體處于避雷針或避雷線的防護范圍內;(2)要求雷擊避雷針或避雷線時不應對被保護物體發生反擊。避雷針分為獨立式和構架式2種。土壤電阻率大于1 000 Ω/m的地區或設備絕緣水平不高(如110 kV以下的配電設備)的情況下最好使用獨立避雷針，因為它比構架避雷針距離電氣設備遠，不易發生反擊。使用避雷針應就近埋設輔助集中接地裝置，且該裝置與地網的連接點距離主變壓器的地網連接點至少要大于15 m。這是為了將避雷針上的電壓波衰減到不會對變壓器造成損害的程度。

　　避雷線在我國較高電壓等級變電站內使用普遍。它主要有2種布置形式：一是該線的一端經配電裝置構架接地，另一端經絕緣子串與廠房建筑物絕緣：二是該線兩端都接地形成一個架空地網。

　　1.2變電所接電網作用與設計

　　和架空避雷網絡聯系密切的是變電所接地網絡。該接地網主要是流散雷擊建筑物時的雷電流，同時降低接地電阻，提供電氣設備故障時短路電流的流散通道，以維持低的電位升高。改善變配電所地表電位分布，從而為其中的設備提供良好的等電位系統，有效保護人員的安全。在該接地網設計中主要使用經驗公式估算和數值計算相結合來計算接地參數。對變電所配電的實際情況還可以采取有針對性的措施，比如：與附近大型公共設施的地下鋼結構相連接可擴大接地網的面積，并減小接地電阻;對土壤電阻率較大但分層較明顯的地區還可采用加垂直接地極的方法。

　　2侵入波過電壓防護

　　由于絕大多數變配電所裝設了避雷針、避雷線和接地裝置，因此繞擊和反擊的事故率很低，每年每100個變配電所約發生0.3次繞擊或反擊;相比之下變配電所的雷害事故主要是由于雷擊線路

　　之后產生的雷電侵入波過電壓和雷擊在二次設備上感應產生的過電壓所造成的。

　　1.1防護措施

　　對變配電所的雷電侵入波過電壓的主要限制措施就是裝設避雷器，包括裝設位置和防護距離，以及變配電所的防護接線。前者在防雷標準中已經給出，對于防護接線，無論變配電所的電氣主接線如何，只要能保證每段可單獨運行的母線上都有一組避雷器就可使整個主接線得到保護。運行經驗顯示：變配電所雷電侵入波過電壓事故約有50%是由雷擊變配電所1 km以內線路引起的，約有71%是由雷擊3 km以內線路引起的。這說明加強進線段線路的防雷保護對于減少雷電侵入波過電壓非常重要，限制雷電侵入波過電壓還需要將保護的范圍延伸至變配電所外l～2 km的輸電線路上。

　　雷電過電壓，不僅與避雷器的保護特性有關，還與侵入波的陡度，離避雷器的距副和被保護設備的入口電壓有關。當侵入波陡度越陡，離避雷器的電氣距離越長，入口電容越大，被保護設備上的過電壓就越高。如能提高避雷器的保護特性，被保護設備上的過電壓就會得到明顯抑制。實際中，大都采用電磁暫態計算程序EMTP進行仿真計算的方法研究被保護設備和上述因素之間的關系。

　　2.2 GIS變配電所的侵入波防護

　　氣體絕緣變配電所(GIS)因體積小，不受周圍環境影響且運行可靠的優點得到了廣泛應用。與普通變配電所不同，氣體絕緣變配電所的過電壓防護有以下特劇：

　　(1)絕緣水平主要取決于雷電沖擊水平。性能優異的金屬氧化物避雷器(MOA)能有效限制GIS雷電過電壓特別是陡波過電壓;(2)波阻抗遠低于架空線路，一般為60～100 Q，因此其折射系數小，即從架空線進入GIS的折射波的陡度和幅值都小于入口處的侵入波，這對GIS內部設備的防護是很有利的;(3)結構緊湊，設備之間的電氣距離小，避雷器距離被保護設備也近，因此易于實現對設備的保護;(4)內部一旦發生電暈將無法恢復，因此要求GIS內的絕緣裕度大，過電壓防護可靠性要高。

　　GIS的雷電過電壓防護一般通過在GIS入端、GIS出端即變壓器連接處或在GIS內部裝設避雷器實現的。至于避雷器的裝設位置和不同位置下的避雷器參數，以及相互之間的配合需要根據實際情況

　　進行計算。

　　3雷電二次效應防護

　　3.1防護原理

　　雷電影響除前文提到的直接擊在建筑物或線路上外，還有雷電放電過程中產生的二次效應，及先導發展過程和雷擊過程對空間的輻射作用，可以通過電磁耦合在金屬物體上產生感應過電壓，在回

　　路上產生感應電流。另外，當雷擊中避雷針或者臨近高大構件時強大的泄放電流引起地網電位升高，而在地下敷設的二次電纜屏蔽層會分流泄放雷電流，在纜芯間以及芯地間產生干擾電壓。

　　現代鐵路變電所配電的二次設備組成包括大量的集成電路和其他電子元器件，其抗電磁干擾和過電壓的能力很差。例如：一個電磁型繼電器的摧毀能量僅為0.1 J，一個微機繼保裝置的摧毀能量僅0.001 J。從變配電所防雷設計的角度考慮不管雷電以任何形式侵入，都希望能將其盡快泄入大地，同時產生盡可能小的地電位升高。另外希望盡可能均勻地將沖擊分配到各個泄放環節。而從二次系統的角度考慮，除了希望端口上的過電壓幅值較小，持續時間很短以外，還要求各個二次設備和線路的端口電位盡可能相等。這就是變配電所二次設備雷害防護的基本出發點。

　　3.2防護方式

　　在實際的變配電所二次系統的防雷設計中，采用的防護有以下方式：

　　采用分級保護的概念，即將變配電所劃分為不同的雷電保護區，各區之間鋼筋混凝土以及金屬外殼會形成等電位屏蔽層，當管線或電纜穿過這些屏蔽層時，其外皮必須與之相連接。另外，變配電所建筑物內的各種電源進線，通信信號線，天線等與室內設備相連的引出線都應該在經過不同的雷電保護區和其終端加裝不同類型的浪涌保護器。將避雷器或保護器分別加到高壓變壓器后端至低壓設備的總配電盤間的電纜內芯線兩端對地處(一級保護)、二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間電纜內芯線兩端對地處(二級保護)、在所有重要的、精密的設備以及24UPS的前端對地處(三級保護)。目的是采用高吸收能量的分流設備(避雷器)將雷電過電壓(脈沖)能量分流泄入大地，達到保護目的，另外，對一些精密電子儀器還可采取特殊的防護措施，如加裝屏蔽等，以提高其抗雷電干擾能力。

　　二、防雷技術總結與展望

　　綜上所述，現代鐵路變電所是現代鐵路電力供應的樞紐，一旦遭受雷擊將對其設備造成損害，甚至引起大范圍的停電事故。又因其主要電氣設備修復時間較長，對現代鐵路運營造成較大影響。為此對變配電所的防雷技術要求比對輸電線路更高。現代鐵路變電所配電雷害防護研究內容包括對變配電所可能遭受的雷電危害的分析和相應的防護措施，另外還需要考慮周圍環境因素(包括選址處的土壤電阻率，周圍已有建筑等)對變配電所防雷的影響。故變電所配電的防雷是一個綜合的系統工程。變電所配電防雷設計中主要考慮的內容，可以看出變配電所的雷害防護不僅牽扯到了變配電所內的一次、二次設備，也貫穿到了變電所的初期設計，選址，施工，運行等各個時期，而且還分布在變電所建筑的內外，以及變電所的外部(進線段)，由此可見，變電所配電防雷作為一項系統工程的復雜程度。特別是在無人值守變電所開始方式運行的情況下，變電所的正常運行基本依賴自動控制設備，在設計過程中要遵循“整體防御、綜合治理、多重保護”的方針，全盤考慮，使變電所的配電防雷設施能夠滿足實際要求，從而保證變電所內配電設備免遭雷電襲擊。