牽引變電所防雷加強(qiáng)整改措施

1、牽引變電所防雷加強(qiáng)整改措施2016年8月 一、概述目前我國(guó)電氣化鐵路牽引變電所在防雷、接地方面按照高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10621-2014）、鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10009-2005）、交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T50064-2014）、交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T50065-2011）等設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)了較為完善的防雷系統(tǒng)。如牽引變電所設(shè)獨(dú)立避雷針，作為室外電氣設(shè)備的直擊雷防護(hù)、牽引變電所電源進(jìn)線(xiàn)側(cè)、牽引變壓器27.5kV側(cè)、27.5饋線(xiàn)側(cè)，開(kāi)閉所、分區(qū)所27.5kV進(jìn)饋線(xiàn)側(cè)，10kV所用變壓器進(jìn)線(xiàn)側(cè)均設(shè)置氧化鋅避雷器，作為雷電侵入波的保護(hù)和操作過(guò)電

2、壓的保護(hù)。在二次設(shè)備方面，牽引變電所交直流系統(tǒng)的進(jìn)線(xiàn)及母線(xiàn)、室外照明回路、接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制的電源回路、綜自系統(tǒng)的由交直流引入二次系統(tǒng)端子排的電纜連接處，控制回路、信號(hào)回路電源端子排轉(zhuǎn)接處，與一次設(shè)備存在電纜聯(lián)系的二次系統(tǒng)端子排連接處，GPS天線(xiàn)引入綜自接口處，與遠(yuǎn)程通訊接口處，連接處均設(shè)置了電涌保護(hù)器。雖然如此，但由于鐵路牽引變電所的特殊運(yùn)行工況，近年來(lái)，牽引變電所仍發(fā)生了多起雷擊事故，事故造成綜自系統(tǒng)退出、一次設(shè)備損毀，給鐵路運(yùn)輸秩序造成了嚴(yán)重影響。因此，需對(duì)既有的牽引變電所的防雷措施進(jìn)行進(jìn)一步加強(qiáng)整改。二、整改原則牽引變電所防雷加強(qiáng)措施整改方案按從接地、屏蔽、均壓、限幅、隔離等多個(gè)方面綜合采

3、取措施，此次整改按以下原則進(jìn)行。（1）減少因雷擊接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)，損壞接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制裝置；（2）防止因雷擊損壞牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；（3）防止因雷擊損壞牽引變電所部分保護(hù)裝置后，使整所保護(hù)失效；（4）防止因損壞牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后，引起一次設(shè)備燒損的次生災(zāi)害。三、整改措施按照對(duì)近年來(lái)各牽引變電所雷擊事故的分析，綜合產(chǎn)生的事故原因，分析目前設(shè)備運(yùn)行的薄弱點(diǎn)，并結(jié)合整改原則，提出以下加強(qiáng)措施整改方案。（一）接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)控制方案加強(qiáng)措施1接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)的控制采用獨(dú)立控制盤(pán)控制為防止因接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)發(fā)生雷擊、閃絡(luò)等因素時(shí)，將大電流、高電位引入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)燒損保護(hù)設(shè)備，將隔離開(kāi)關(guān)的控制全部采用獨(dú)

4、立控制盤(pán)進(jìn)行控制。2牽引變電所附近接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)的接地接入牽引變電所地網(wǎng)不同的地網(wǎng)，將使在隔離開(kāi)關(guān)處的地電位抬升加于兩側(cè)控制裝置，解決這一問(wèn)題的最好方法是將兩側(cè)接地進(jìn)行連接。重點(diǎn)是整治牽引變電所所外附近隔離開(kāi)關(guān)。具體的做法是將牽引變電所所外附近的隔離開(kāi)關(guān)接地裝置通過(guò)至少兩根銅絞線(xiàn)或電纜與牽引變電所主地網(wǎng)相連。3接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)交流電源回路防雷隔離措施目前通過(guò)牽引變電所亭交流盤(pán)饋出的接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)電源回路接線(xiàn)如下圖所示。在饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)的出口處設(shè)置電涌保護(hù)器，限制從接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)通過(guò)L相線(xiàn)、N中性線(xiàn)傾入的過(guò)電壓，如果浪涌能量通過(guò)電涌保護(hù)器未完全釋放，存在進(jìn)一步通過(guò)空氣開(kāi)關(guān)侵入交流盤(pán)母線(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。為

5、增強(qiáng)接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)操作電源供電回路的過(guò)電壓保護(hù)，提出交流電源采用隔離措施，設(shè)置隔離變壓器方案。1）隔離變壓器接線(xiàn)方案接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)電源回路增加隔離變壓器后的接線(xiàn)如下圖所示，隔離變壓器設(shè)置于空氣開(kāi)關(guān)的饋出側(cè)，接隔離變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈，由隔離變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈饋出電源至接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)，浪涌過(guò)電壓由初級(jí)線(xiàn)圈侵入時(shí)實(shí)現(xiàn)隔離。2）參數(shù)選擇容量：隔離變壓器容量考慮接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)的用電容量，一般1臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)不大于1kVA，變壓器選用2kVA左右能夠滿(mǎn)足要求。型式：隔離變壓器選用單相變壓器，考慮到增加隔離變壓器后，供電回路壓降增加，選用具有檔位調(diào)節(jié)功能的變壓器。安裝位置：隔離變壓器體積較小時(shí)，可在交流盤(pán)內(nèi)

6、安裝，交流盤(pán)內(nèi)放不下時(shí)，單獨(dú)設(shè)置配電盤(pán)柜并與交流盤(pán)通過(guò)電纜連接。（二）牽引變電所的防雷加強(qiáng)措施1綜合自動(dòng)化系統(tǒng)直流電源供電回路的加強(qiáng)措施牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)所需直流電源由直流屏提供，目前通常的做法是提供兩路電源構(gòu)成供電回路，為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)各個(gè)安裝單位的控制電源、信號(hào)電源、保護(hù)裝置電源。目前綜自直流電源進(jìn)線(xiàn)回路兩路電源在端子上合并后接至控制小母線(xiàn)，與通常理解的環(huán)狀供電不完全一致，兩路電源只是實(shí)現(xiàn)了從直流屏至綜自盤(pán)電源回路的冗余備用，從用電設(shè)備來(lái)看，兩路電源在引入盤(pán)柜經(jīng)過(guò)總開(kāi)關(guān)后即在合并為一路，從合并后的端子排至直流小母線(xiàn)任一點(diǎn)出現(xiàn)故障均會(huì)同時(shí)影響到兩路電源。因此，需對(duì)綜自直流電源供電回路進(jìn)

7、行整改。1）方案一：采用環(huán)狀供電為實(shí)現(xiàn)真正意義上的環(huán)形供電，直流電源進(jìn)線(xiàn)回路兩路電源建議從直流小母線(xiàn)兩側(cè)分別引入，如下圖所示。方案對(duì)目前的接線(xiàn)方式稍有改進(jìn)，兩路電源不再并接為一路后上接至小母線(xiàn)，提高了供電可靠性。但由于小母線(xiàn)長(zhǎng)度很短，兩路進(jìn)線(xiàn)總開(kāi)關(guān)仍可能同時(shí)跳閘。2）方案二：采用輻射狀供電根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及電力行業(yè)目前的設(shè)計(jì)方案，將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)各個(gè)保護(hù)控制安裝單位分別采用輻射供電方式，任一保護(hù)測(cè)控盤(pán)發(fā)生失電故障，不會(huì)影響到其他供電回路。對(duì)于各保護(hù)測(cè)控盤(pán)，雖然只有一路電源，由于直流盤(pán)一般和保護(hù)測(cè)控盤(pán)都布置在控制室內(nèi)，一路電源發(fā)生故障的概率較低，能夠保證供電可靠性。3）方案三：采用分組環(huán)狀供電

8、結(jié)合環(huán)狀供電和輻射狀供電兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)各個(gè)保護(hù)控制安裝單位分別采用分區(qū)環(huán)供方式，如下圖，至少分為兩個(gè)區(qū)域：主變保護(hù)測(cè)控和所內(nèi)監(jiān)控部分、饋線(xiàn)保護(hù)測(cè)控部分。4）方案比較分組環(huán)狀供電方式，對(duì)綜自系統(tǒng)供電可靠性的提高作用明顯，并且增加直流盤(pán)饋線(xiàn)電源回路數(shù)不多，既有牽引變電所的直流盤(pán)回路一般有預(yù)留回路，實(shí)施較容易，輻射狀供電在電力行業(yè)的110kV及以上變電站應(yīng)用較為廣泛，可靠性高，但會(huì)增加直流盤(pán)饋線(xiàn)電源。鑒于既有所進(jìn)行整改，推薦方案三，采用分組環(huán)狀供電方案，分組情況視具體直流盤(pán)預(yù)留饋線(xiàn)回路，至少分為兩組。2設(shè)置直流電源失電后的應(yīng)急總保護(hù)裝置綜合自動(dòng)化系統(tǒng)直流電源失電后，牽引變電所一次系

9、統(tǒng)處于“無(wú)保護(hù)”狀態(tài)，如果一次系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，存在很高的安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生短路、過(guò)負(fù)荷等故障或不正常狀態(tài)，各級(jí)斷路器無(wú)法跳閘，將產(chǎn)生對(duì)一次設(shè)備的此生災(zāi)害，危及人身、設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行安全。1）方案一：綜自直流電源失電出口牽引變電所高壓側(cè)斷路器跳閘綜自直流電源失電，保護(hù)失效，此時(shí)出口牽引變電所高壓側(cè)斷路器跳閘，切斷牽引變電所一次電源回路，中斷供電，牽引變電所退出，故障導(dǎo)向安全。實(shí)現(xiàn)方案如下圖：將綜自直流電源總開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)作為出口條件，電源引自牽引變電所直流屏，接入斷路器跳閘回路，直流電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后輔助接點(diǎn)接通，直接驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘線(xiàn)圈實(shí)現(xiàn)緊急跳閘。此時(shí)，要求直流盤(pán)饋線(xiàn)供電回路正常。緊急跳閘接點(diǎn)為直流電

10、源總開(kāi)關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)（或者常閉輔助接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)），當(dāng)總開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，常閉輔助接點(diǎn)閉合，回路導(dǎo)通。2）方案二：獨(dú)立設(shè)置總保護(hù)裝置在獨(dú)立的房屋內(nèi)，單獨(dú)設(shè)置一套總保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置采用UPS供電，采集綜合自動(dòng)化系統(tǒng)失電監(jiān)視回路，當(dāng)綜自重要回路失電時(shí)，則啟動(dòng)高壓側(cè)進(jìn)線(xiàn)斷路器的跳閘出口，原理圖如下圖。電源引自獨(dú)立UPS電源，跳閘回路直接通過(guò)電纜連接至斷路器機(jī)構(gòu)箱，不再經(jīng)過(guò)綜自端子排，增強(qiáng)了裝置運(yùn)行的獨(dú)立性。3）方案比較方案一應(yīng)急跳閘回路采用既有直流盤(pán)供電，要求直流盤(pán)在事故發(fā)生時(shí)能保證正常供電，而方案二電源設(shè)置一套獨(dú)立的UPS電源，當(dāng)事故時(shí)，UPS電源可保證跳閘回路不受影響，獨(dú)立性強(qiáng)，可靠性高。但由

11、于UPS電源與綜自直流盤(pán)電源同時(shí)接入了斷路器機(jī)構(gòu)箱跳閘線(xiàn)圈，易產(chǎn)生電源回供、串線(xiàn)等危險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)此方案時(shí)，要考慮電源回供、串線(xiàn)等措施，如有條件，為防止在無(wú)故障時(shí)產(chǎn)生誤跳影響正常供電，也可在緊急跳閘回路增加電流繼電器接點(diǎn)。推薦采用方案二。（三）牽引變電所電涌保護(hù)器的設(shè)置由于雷擊的能量是非常巨大的，因此電涌保護(hù)器的設(shè)置需要通過(guò)分級(jí)泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。根據(jù)GB50057-2010、GB50343-2012的相關(guān)規(guī)定，信息系統(tǒng)設(shè)備的耐沖擊過(guò)電壓額定值應(yīng)符合下表規(guī)定的“220/380V三相配電系統(tǒng)中設(shè)備的耐沖擊電壓額定值”。220/380V三相配電系統(tǒng)中各種設(shè)備耐沖擊電壓額定值設(shè)備位

12、置電源進(jìn)線(xiàn)端設(shè)備配電分支線(xiàn)路設(shè)備用電設(shè)備需要保護(hù)的電子信息設(shè)備耐沖擊電壓類(lèi)別IV類(lèi)III類(lèi)II類(lèi)I類(lèi)耐沖擊電壓額定值（KV）642.51.5注：類(lèi)需要將瞬態(tài)過(guò)電壓限制到特定水平的設(shè)備；類(lèi)如家用電器、手提工具和類(lèi)似負(fù)荷；類(lèi)如配電盤(pán)、斷路器，包括電纜、母線(xiàn)、分線(xiàn)盒、開(kāi)關(guān)、插座的布線(xiàn)系統(tǒng)，以及應(yīng)用于工業(yè)的設(shè)備和永久接至固定裝置的固定安裝的電動(dòng)機(jī)等其他設(shè)備；類(lèi)如電器計(jì)量?jī)x表、一次線(xiàn)過(guò)流保護(hù)設(shè)備、波紋控制設(shè)備。電涌保護(hù)器安裝位置及電源設(shè)備分類(lèi)示意見(jiàn)下圖所示。TN-S系統(tǒng)的配電線(xiàn)路電涌保護(hù)器安裝位置信息系統(tǒng)配電設(shè)備分類(lèi)1電涌保護(hù)器的配置按照TB10621-2014、GB50057-2010、GB50343

13、-2012、DL/T5136-2012、DL/T5048-2009等規(guī)范要求，參考電力系統(tǒng)二次設(shè)備SPD防雷技術(shù)規(guī)范Q/GDW413-2010，結(jié)合牽引變電所特點(diǎn)以及雷電防護(hù)分區(qū)的原則，牽引變電所二次系統(tǒng)電源回路電涌保護(hù)器的按如下要求進(jìn)行配置：（1）在所用變低壓側(cè)至交流屏(或交流穩(wěn)壓電源)的三根相線(xiàn)，應(yīng)在交流配電屏進(jìn)線(xiàn)側(cè)安裝具有相（相線(xiàn)）對(duì)地、中對(duì)地（地線(xiàn)）保護(hù)模式的第一級(jí)（開(kāi)關(guān)型或限壓型）交流電涌保護(hù)器。（2）在直流屏交流充電電源入口安裝一組具有相對(duì)地、中對(duì)地保護(hù)模式的第二級(jí)交流電涌保護(hù)器；（3）在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)交流電源入口安裝一組具有相對(duì)地、中對(duì)地保護(hù)模式的第二級(jí)交流電涌保護(hù)器；（4）在安

14、全監(jiān)控屏交流電源入口安裝一組具有相對(duì)地、中對(duì)地保護(hù)模式的第二級(jí)交流電涌保護(hù)器；（5）在室外照明回路配電箱裝設(shè)相對(duì)地、中對(duì)地保護(hù)模式的第一級(jí)交流電涌保護(hù)器。（6）在接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)控制屏交流電源入口安裝一組具有相對(duì)地、中對(duì)地保護(hù)模式的第二級(jí)交流電涌保護(hù)器；接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)電源回路在出控制室處安裝一組具有相對(duì)地、中對(duì)地保護(hù)模式的第一級(jí)交流電涌保護(hù)器。（7）在直流屏的直流母線(xiàn)（合母、控母）安裝一組具有正負(fù)極間、正負(fù)極對(duì)地保護(hù)模式的第一級(jí)直流電涌保護(hù)器，正負(fù)極對(duì)地保護(hù)應(yīng)采用壓敏電阻串聯(lián)氣體放電管模式；（8）在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)直流電源入口安裝一組具有正負(fù)極間、正負(fù)極對(duì)地保護(hù)模式的第二級(jí)直流電涌保護(hù)器。各級(jí)電涌保護(hù)

15、器（SPD）配置見(jiàn)下表： 牽引變電所交流電源各級(jí)SPD配置要求防護(hù)等級(jí)第一級(jí)SPD第二級(jí)SPD直流SPD標(biāo)稱(chēng)放電電流（8/20s）kA40205直流1mA參考電壓V570540額定電壓的2倍殘壓kV200kA下2.510kA下2.0額定電壓的6倍牽引變電所信號(hào)用電涌保護(hù)器的配置如下：（1）在微波天線(xiàn)、微波饋線(xiàn)、GPS主時(shí)鐘的天線(xiàn)在設(shè)備處安裝標(biāo)稱(chēng)放電電流不小于5kA（8/20s）的天饋線(xiàn)電涌保護(hù)器。（2）在控制室遠(yuǎn)動(dòng)屏至通信屏的語(yǔ)音線(xiàn)或RS232等信號(hào)線(xiàn)的遠(yuǎn)動(dòng)屏側(cè)安裝標(biāo)稱(chēng)放電電流不小于3kA（8/20s）的電涌保護(hù)器。（3）從場(chǎng)地引入的監(jiān)控線(xiàn)（如監(jiān)控視頻線(xiàn)等）應(yīng)在監(jiān)控屏內(nèi)安裝標(biāo)稱(chēng)放電電流不小于3kA（8/20s）的電涌保護(hù)器。（5）從接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)到控制室的信號(hào)線(xiàn)路，應(yīng)在控制室屏柜處安裝標(biāo)稱(chēng)放電電流不小于40kA（8/20s）的電涌保護(hù)器。為監(jiān)視安裝的電涌保護(hù)器的工作狀態(tài)，可根據(jù)實(shí)際情況配備帶有聲