電氣化鐵路防雷接地技術(shù)

1、主 要 內(nèi) 容 防雷與接地技術(shù)概述 接觸網(wǎng)的防雷接地技術(shù) 牽引變電所防雷接地技術(shù)一、防雷接地技術(shù)概述1.1.1 雷電的產(chǎn)生雷云電荷分布的研究成果。最上部為正電荷區(qū)(P區(qū))、中間為負(fù)電荷區(qū)(N區(qū))和下部為正電荷區(qū)(P區(qū))。1.1 防雷基礎(chǔ)1.1.2 雷擊種類直擊雷感應(yīng)雷電磁脈沖干擾1.1.3 高空防雷區(qū)1.1.4低空防雷區(qū)1.1.5 地下防雷區(qū)1.2 接地基礎(chǔ)1.2.1 接地的定義 通常認(rèn)為：接地是將電氣系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)或電氣設(shè)施的某些部分與大地相連接。 國標(biāo)DL/T621-1997交流電氣裝置的接地中定義：將電力系統(tǒng)或建筑物中電氣裝置、設(shè)施的某些導(dǎo)電部分經(jīng)接地線連接至接地極。1.2.2 為什么要

2、接地 大地是最便宜的導(dǎo)體，可以節(jié)省工程費(fèi)用； 電壓差對人身與設(shè)備都會造成威脅，接地可以起到平衡電位，保護(hù)人與設(shè)備的作用； 大地與人的生活關(guān)系密切，是最方便的參考電位與均壓導(dǎo)體；1.2.3 接地系統(tǒng)的主要參數(shù) 接地電阻地電位、入地電流 跨步電壓雙腿著地點(diǎn)的電位差 接觸電壓設(shè)備外殼與人所站地面的電位差 轉(zhuǎn)移電位由于接地點(diǎn)不同造成設(shè)備內(nèi)部電 路與外殼或電路不同部分的電位差接地網(wǎng)的作用VtouchRf = 1.5 (Rg = A )變電站接地網(wǎng)發(fā)電廠接地網(wǎng) (Rs)ZgIf人體電流地線 中性線()Phase APhase BPhase CZsV =R *IggeIeIg中性點(diǎn)Ib主變接地設(shè)備和接地網(wǎng)的

3、連接明敷接地干線 設(shè)備和接地網(wǎng)的連接鐵路信號裝置與接地設(shè)備二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1 國際接觸網(wǎng)防雷研究現(xiàn)狀 DOUG HALUZADOUG HALUZA的研究結(jié)果表明鐵路傳輸系統(tǒng)特別容易遭受雷電襲擊，造成信號、通信和電力系統(tǒng)設(shè)備的損壞。并認(rèn)為雷電主要通過造成地電位升高從而損壞電氣設(shè)備，而且認(rèn)為接地狀態(tài)不良是造成地電位過度升高的主要因素； 瑞典Nelson Nelson TheethayiTheethayi等人研究了在鐵路架空牽引系統(tǒng)中在多導(dǎo)線傳輸系統(tǒng)中關(guān)于導(dǎo)線高度和失地對雷擊相互作用的影響以及鐵路感應(yīng)雷對電力系統(tǒng)變壓器的影響。 Dev PaulDev Paul主要研究在輕軌傳輸直流牽引供電系統(tǒng)

4、過電壓保護(hù)中選擇避雷器參數(shù)的方法；區(qū)域劃分防雷措施架空避雷線避雷器設(shè)置位置A區(qū)雷害嚴(yán)重且重要線路，進(jìn)行全面防雷保護(hù)全線架設(shè)避雷線1.牽引變電所出口2.接觸網(wǎng)隔離開關(guān)兩側(cè)3.架空線與電纜連接處4.架空線終端B區(qū)雷害比較嚴(yán)重且重要的線路，對雷害場所、重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行必要的防雷保護(hù)特別需要的場所沿接觸網(wǎng)架設(shè)避雷線1、牽引變電所出口2、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)兩側(cè)3、架空線與電纜連接處4、架空線終端C區(qū)A和B以外的區(qū)域1.牽引變電所出口2.接觸網(wǎng)隔離開關(guān)兩側(cè)3.架空線與電纜連接處2.2 日本接觸網(wǎng)防雷研究現(xiàn)狀 香港Qi-Bin和Y. Du等人初步研究了電氣化鐵路直流牽引供電系統(tǒng)的雷電過電壓； 何金良等人主要研究Zn

5、O避雷器在交流鐵路的應(yīng)用，分析了避雷器的雷電沖擊放電電流和避雷器吸收的沖擊放電能量和避雷器的保護(hù)效果等； 鐵道部科學(xué)研究院機(jī)輛所夏寶哲等研究了氧化鋅避雷器的應(yīng)用； 鐵一院劉長利等研究了高速鐵路長大隧道內(nèi)接觸網(wǎng)安全防御措施； 中鐵電化集團(tuán)于增針對幾條電氣化鐵路的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)，對雷電機(jī)理、耐雷水平等進(jìn)行分析；2.3 國內(nèi)接觸網(wǎng)防雷研究現(xiàn)狀三、接觸網(wǎng)防雷接地技術(shù)3.1 雷電對接觸網(wǎng)的危害 候月線多次因雷擊造成避雷器爆炸以及斷路器、電流互感器等設(shè)備損壞的故障，中斷行車?yán)塾?jì)19小時； 南昆線一年內(nèi)發(fā)生雷擊接觸網(wǎng)跳閘85次； 武廣電氣化鐵路廣東省英德至連江口區(qū)間因雷擊造成接觸網(wǎng)停止供電，上下行線被迫中斷行車

6、兩小時； 上海一列地鐵被雷暴擊中，致使2號線部分線路停運(yùn)20分鐘。3.1 雷電對接觸網(wǎng)的危害 廣深線開通三年內(nèi)共發(fā)生雷擊接觸網(wǎng)跳閘140次；雷擊跳閘占某變電所事故總跳閘的57.7%，另一區(qū)間在一個月內(nèi)就發(fā)生雷擊跳閘45次；3.1 雷電對接觸網(wǎng)的危害 金石灘到大連的接觸網(wǎng)連續(xù)遭雷擊，接觸網(wǎng)上絕緣子被擊穿，造成快軌停運(yùn)，中斷行車大約3小時。 京廣線鐵路大托鋪站至暮云市站間電網(wǎng)瓷瓶被雷擊穿，導(dǎo)致拉桿脫落，造成24公里接觸網(wǎng)停電，21趟火車停運(yùn)。 安裝避雷器是防雷的重要措施，確定避雷器的安裝密度、防護(hù)范圍、分流情況和失效條件是制定合適的接觸網(wǎng)防雷措施的前提。3.2 避雷器的應(yīng)用3.2.1 避雷器的技術(shù)

7、發(fā)展3.3 接閃器防護(hù)范圍的確定 接閃器的防護(hù)范圍一般用滾球法明確定，不同的防雷等級所用球的半徑不同避雷線的防雷效果 采用不同半徑的滾球所得到到避雷線的防護(hù)范圍不一樣，對應(yīng)的繞擊概率也不相同 了解接觸網(wǎng)的引雷范圍與雷電活動參數(shù)是確定接觸網(wǎng)防護(hù)等級的先決條件。3.4 接觸網(wǎng)防雷技術(shù)的研究 應(yīng)用雷電監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行地域與沿線雷電參數(shù)分析，得到不同地區(qū)以及線路不同區(qū)段的雷電活動情況。3.4.1 電氣化鐵路走廊雷電活動3.4.2 接觸網(wǎng)易擊段的區(qū)分 不論接地改造，還是架設(shè)避雷線和避雷器均需要投入大量的人力和物力，因此必須通過研究區(qū)分各段接觸網(wǎng)雷電危害程度，找出需重點(diǎn)防范的易擊區(qū)段。 將雷電活動分布與

8、地形分析相結(jié)合，計(jì)算各段雷擊跳閘概率，區(qū)分電氣化鐵路易擊段，有針對性的采取防雷措施。3.4.2 電氣化鐵路易擊區(qū)段劃分3.4.3 接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型 接觸網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比輸電線路復(fù)雜，建立合適的分析模型，研究過電壓在接觸網(wǎng)的傳播參數(shù)是接觸網(wǎng)防雷工作的關(guān)鍵。 接觸網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比輸電線路復(fù)雜，建立合適的分析模型，研究過電壓在接觸網(wǎng)的傳播參數(shù)是接觸網(wǎng)防雷工作的關(guān)鍵。3.4.3 接觸網(wǎng)線路的阻抗模型 根據(jù)接觸網(wǎng)每個跨距的導(dǎo)線構(gòu)成，研究不同結(jié)構(gòu)的阻抗計(jì)算方法，搭建各段的阻抗模型，研究過電壓在不同地段的傳播特點(diǎn)。 接觸網(wǎng)絕緣情況復(fù)雜多樣，且與輸電線路不同，輸電線路為靜態(tài)參數(shù)，鐵路系統(tǒng)有機(jī)車運(yùn)行，其電氣參數(shù)呈動態(tài)

9、變化。3.4.4 接觸網(wǎng)電氣參數(shù) 接觸網(wǎng)絕緣情況復(fù)雜多樣，且與輸電線路不同，輸電線路為靜態(tài)參數(shù)，鐵路系統(tǒng)有機(jī)車運(yùn)行，其電氣參數(shù)呈動態(tài)變化。 計(jì)算雷電流在接觸懸掛、回流線、鋼軌以及大地或貫通地線之間的分流情況和電壓分布，確定引起跳閘的雷電流閥值。3.4.4 雷電流在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上的分配3.4.5 接觸網(wǎng)耐雷水平及影響因素 接地電阻、桿塔高度、避雷器布置方式，雷擊位置等因素均對接觸網(wǎng)耐雷水平有影響，通過建立的接觸網(wǎng)模型，仿真得到各參數(shù)對接觸網(wǎng)耐雷水平的影響規(guī)律。 電氣化鐵路防雷技術(shù)可以參考輸電系統(tǒng)，但線路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，影響絕緣配合情況更加多樣。因此輸電系統(tǒng)防雷研究的結(jié)果無法直接應(yīng)用到電氣化鐵路防雷中

10、，需要專門對電氣化鐵路防雷開展研究，制定更加科學(xué)的防雷規(guī)范。3.5 電氣化鐵路防雷規(guī)范3.6 接觸網(wǎng)的接地系統(tǒng)研究鋼軌電壓與電流波形鋼軌電壓與電流波形 動車組 普通機(jī)車四、牽引變電所防雷接地技術(shù)4.1 變電所雷擊類型4.2 直擊雷的防護(hù)4.3 傳輸雷的防護(hù)4.4 地電位反擊的防護(hù)4.5 變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì) 建立土壤結(jié)構(gòu)模型 接地網(wǎng)的形狀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化處理 接地網(wǎng)的性能分析與降阻措施 大型接地網(wǎng)的測量由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，機(jī)房存在直流系統(tǒng)接地、交流系統(tǒng)接地，防雷及防浪涌電流接地、防靜電接地以及信號屏蔽接地，由于機(jī)房空間的限制不允許給每一個系統(tǒng)單獨(dú)提供接地，因此提出了綜合接地的概念，此時的綜合接地主要是