城市軌道交通直流牽引系統(tǒng)防雷技術(shù)的思考

2016年09月城市軌軌道交交通直直流牽牽引系系統(tǒng)防雷技技術(shù)的的思考考匯報(bào)人人：孫孫名剛剛大綱匯匯報(bào)軌道交交通防防雷、、過(guò)電電壓防防護(hù)牽引變變電所所的防防雷設(shè)設(shè)計(jì)架空接接觸網(wǎng)網(wǎng)的防防雷設(shè)設(shè)計(jì)走行軌軌系統(tǒng)統(tǒng)的防防雷設(shè)設(shè)計(jì)1234/軌道交交通的的防雷雷、過(guò)過(guò)電壓壓防護(hù)護(hù)/01防雷、、過(guò)電電壓防防護(hù)1.11.過(guò)電壓壓的分分類由于雷擊擊或電電力系系統(tǒng)中中的操操作、、事故故等原原因，，使某某些電電氣設(shè)設(shè)備和和線路路上承承受的的電壓壓大大大超過(guò)過(guò)正常常運(yùn)行行電壓壓，使使設(shè)備備或線線路的的絕緣緣遭受受破壞壞。電電力系系統(tǒng)中中這種種危及及絕緣緣的電電壓升過(guò)電壓按引起的原因不同分為大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。由雷電引起的過(guò)電壓叫做大氣過(guò)電壓；大氣過(guò)電壓分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓；電力系統(tǒng)中內(nèi)部操作或故障引起的過(guò)電壓叫做內(nèi)部過(guò)電壓；內(nèi)部過(guò)電壓分為工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。/軌道交交通的的防雷雷、過(guò)過(guò)電壓壓防護(hù)護(hù)/02防雷、、過(guò)電電壓防防護(hù)1.1/軌道交交通的的防雷雷、過(guò)過(guò)電壓壓防護(hù)護(hù)/03防雷、、過(guò)電電壓防防護(hù)1.12.過(guò)電壓壓的產(chǎn)產(chǎn)生（1）大氣過(guò)過(guò)電壓壓1）直擊雷雷過(guò)電電壓直擊雷過(guò)電電壓是指雷雷電直接對(duì)對(duì)電氣設(shè)備備或線路放放電，將電電器設(shè)備或或線路擊毀毀的過(guò)電壓壓事故。防防止雷擊過(guò)過(guò)電壓的措措施是采用用獨(dú)立避雷雷針或避雷雷帶。2）感應(yīng)雷過(guò)電電壓感應(yīng)雷過(guò)電電壓是指雷雷電雖然沒(méi)沒(méi)有直接擊擊中電氣設(shè)設(shè)備或線路路，但是由由于大氣中中的雷云電電荷作用，，在電力系系統(tǒng)的架空空線路上感感應(yīng)出異種種電荷。當(dāng)當(dāng)雷云對(duì)地地面或其他他物體放電電時(shí)，雷云云電荷迅速速流入地中中，架空電電力線路上上的感應(yīng)電電荷由于失失去雷云電電荷對(duì)他的的束縛，而而向兩側(cè)迅迅速流動(dòng)。。迅速流動(dòng)動(dòng)的感應(yīng)電電荷形成雷雷電流進(jìn)行行波，對(duì)電電器設(shè)備的的絕緣構(gòu)成成威脅，成成為雷電入入侵波，也也就是所謂謂感應(yīng)雷電電壓。防止止感應(yīng)雷的的措施是在在適當(dāng)?shù)奈晃恢冒惭b合合適的避雷雷器或保護(hù)護(hù)間隙。/軌道交通的的防雷、過(guò)過(guò)電壓防護(hù)護(hù)/04防雷、過(guò)電電壓防護(hù)1.12.過(guò)電壓的產(chǎn)產(chǎn)生（2）內(nèi)部過(guò)電壓壓1）工頻過(guò)電壓壓工頻過(guò)電壓壓又分為工工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)過(guò)電壓和工工頻暫態(tài)過(guò)過(guò)電壓。a.工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)過(guò)電壓工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)過(guò)電壓主要要是指空載載長(zhǎng)線路末末端的電壓壓升高，在在三相中性性點(diǎn)不接地地系統(tǒng)中發(fā)發(fā)生單相接接地時(shí)，其其他兩相對(duì)對(duì)地電壓的的升高。工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)過(guò)電壓對(duì)系系統(tǒng)中電氣氣設(shè)備的正正常絕緣一一般無(wú)多大大危害，因因此不需要要采取特殊殊措施來(lái)加加以限制。。但是工頻頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電電壓對(duì)避雷雷器的工作作狀態(tài)有重重要影響，，而且又常常常是其他他過(guò)電壓的的基值，因因此也不能能忽視。b.工頻暫態(tài)過(guò)過(guò)電壓工頻暫態(tài)過(guò)過(guò)電壓是指指當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)突然跳閘閘，甩掉大大量負(fù)荷后后，在發(fā)電電機(jī)組的調(diào)調(diào)速器及調(diào)調(diào)壓器來(lái)不不及作用的的短暫瞬間間內(nèi)，發(fā)電電機(jī)的轉(zhuǎn)速速上升而引引起的電壓壓升高。暫暫態(tài)過(guò)電壓壓時(shí)間很短短，數(shù)值也也不大，一一般不需要要采取特殊殊限制措施施。/軌道交通的的防雷、過(guò)過(guò)電壓防護(hù)護(hù)/05防雷、過(guò)電電壓防護(hù)1.12.過(guò)電壓的產(chǎn)產(chǎn)生（2）內(nèi)部過(guò)電壓壓2）操作過(guò)電壓壓a.切合空載長(zhǎng)長(zhǎng)線路引起起過(guò)電壓切空載長(zhǎng)線線路產(chǎn)生過(guò)過(guò)電壓是由由于開(kāi)關(guān)滅滅弧能力不不強(qiáng)，觸頭頭具有重燃燃現(xiàn)象的結(jié)結(jié)果。切空空載長(zhǎng)線路路如同且電電容器一樣樣，在開(kāi)關(guān)關(guān)觸頭電流流經(jīng)過(guò)零值值時(shí)，電弧弧瞬間熄滅滅。但由于于這時(shí)電壓壓不為零，，因此線路路上有殘留留電荷，在在電荷沒(méi)有有泄漏前，，仍保持著著原有電壓壓，這時(shí)電電源電壓波波形仍按正正弦規(guī)律變變化。當(dāng)斷斷路器斷口口間的電壓壓差越來(lái)越越大時(shí)，斷斷口間絕緣緣被擊穿，，電弧重燃燃，電源電電壓又向線線路充電，，引起線路路上的電壓壓振蕩，造造成過(guò)電壓壓。根據(jù)分分析，斷路路器斷口間間的電弧重重燃次數(shù)越越多，過(guò)電電壓數(shù)值也也越高。當(dāng)合空載長(zhǎng)長(zhǎng)線路時(shí)，，線路電壓壓從零值變變化到電源源側(cè)電壓值值，也經(jīng)過(guò)過(guò)一個(gè)振蕩蕩過(guò)程，出出現(xiàn)過(guò)電壓壓。如果線線路上有殘殘留電荷時(shí)時(shí)合閘，例例如斷路器器跳閘后又又重合，這這時(shí)的過(guò)電電壓與切空空載線路時(shí)時(shí)電弧重燃燃引起的過(guò)過(guò)電壓相似似。/軌道交通的的防雷、過(guò)過(guò)電壓防護(hù)護(hù)/06防雷、過(guò)電電壓防護(hù)1.12.過(guò)電壓的產(chǎn)產(chǎn)生（2）內(nèi)部過(guò)電壓壓2）操作過(guò)電壓壓b.切合空載變變壓器引起起過(guò)電壓在切空載變變壓器時(shí)，，由于勵(lì)磁磁電流很小切合空載變壓器時(shí)也可能引起過(guò)電壓，特別是如果三相非同期合閘時(shí)，變壓器對(duì)地電容和匝間縱向電容與變壓器電感產(chǎn)生振蕩，過(guò)電壓倍數(shù)可能很高。c.單相弧光接地過(guò)電壓對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，如果線路較多，對(duì)地電容電流較大，則當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地電流較大，接地電弧不易熄滅，常常是電弧熄滅后又重燃，形成間隙性電弧，引起故障相和其余健全相的電感電容回路上產(chǎn)生高頻振蕩過(guò)電壓。其電壓數(shù)值一般可達(dá)相電壓的3~3.5倍，在最不利情況下，甚至高達(dá)相電壓的7.5倍。/軌道交通的的防雷、過(guò)過(guò)電壓防護(hù)護(hù)/07防雷、過(guò)電電壓防護(hù)1.12.過(guò)電壓的產(chǎn)產(chǎn)生（2）內(nèi)部過(guò)電壓壓3）諧振過(guò)電壓壓a.線性諧振過(guò)過(guò)電壓線性諧振過(guò)過(guò)電壓的諧諧振串聯(lián)電電路的電容容、電感都都為恒定常常數(shù)。在串串聯(lián)諧振回回路內(nèi)，如如果電源中中某次諧波波的頻率正正好與電路路的振蕩頻頻率相同，，則發(fā)生串串聯(lián)諧振。。如果電路路中的電阻阻為零，則則串聯(lián)諧振振時(shí)電流為為無(wú)窮大，，電感、電電容上的電電壓也為無(wú)無(wú)窮大。實(shí)實(shí)際上電路路中總是存存在電阻，，因此，線線路諧振過(guò)過(guò)電壓不是是無(wú)窮大，，可通過(guò)公公式求得。。b.鐵磁諧振過(guò)過(guò)電壓鐵磁諧振過(guò)過(guò)電壓的特特點(diǎn)是電路路中的電感感帶有鐵芯芯，由于鐵鐵芯電感的的感抗隨電電源電壓的的變化而變變化，不是是一個(gè)常數(shù)數(shù)。在正常常運(yùn)行條件件下，電感感、電容串串聯(lián)回路中中感抗大于于容抗，由由于出現(xiàn)某某種因素導(dǎo)導(dǎo)致電感兩兩端電壓有有所升高，，使鐵芯飽飽和，感抗抗減小，當(dāng)當(dāng)感抗變得得小于容抗抗時(shí)，電路路相位從感感性變?yōu)槿萑菪裕纬沙上辔环D(zhuǎn)轉(zhuǎn)。這時(shí)回回路中的電電流突然升升高，電容容、電感上上的壓降也也突然升高高，形成過(guò)過(guò)電壓，這這種過(guò)電壓壓成為鐵磁磁諧振過(guò)電電壓。/軌道道交交通通的的防防雷雷、、過(guò)過(guò)電電壓壓防防護(hù)護(hù)/08防雷雷、、過(guò)過(guò)電電壓壓防防護(hù)護(hù)1.12.過(guò)電電壓壓的的產(chǎn)產(chǎn)生生（2）內(nèi)部部過(guò)過(guò)電電壓壓3））諧振振過(guò)過(guò)電電壓壓c.參數(shù)數(shù)諧諧振振過(guò)過(guò)電電壓壓參數(shù)數(shù)諧諧振振過(guò)過(guò)電電壓壓是是指指水水輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)組組的的同同步步電電抗抗在在直直軸軸電電抗抗與與交交軸軸電電抗抗之之間間周周期期性性地地變變動(dòng)動(dòng)，，或或者者水水輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)、、汽汽輪輪發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)的的定定子子磁磁通通發(fā)發(fā)生生變變動(dòng)動(dòng)引引起起電電抗抗周周期期性性變變動(dòng)動(dòng)，，這這時(shí)時(shí)如如果果外外電電路路的的容容抗抗與與發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)的的同同步步電電抗抗正正好好相相等等，，就就會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)電電流流、、電電壓壓諧諧振振現(xiàn)現(xiàn)象象，，使使發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)端端子子電電壓壓和和電電流流急急劇劇上上升升，，不不僅僅影影響響設(shè)設(shè)備備絕絕緣緣，，而而且且影影響響發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)并并網(wǎng)網(wǎng)。。這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為參參數(shù)數(shù)諧諧振振過(guò)過(guò)電電壓壓。。3.電氣氣設(shè)設(shè)備備的的絕絕緣緣配配合合設(shè)備備在在持持續(xù)續(xù)工工頻頻電電壓壓、、暫暫時(shí)時(shí)過(guò)過(guò)電電壓壓和和操操作作過(guò)過(guò)電電壓壓下下的的相相對(duì)對(duì)地地和和相相間間絕絕緣緣性性能能，，用用短短時(shí)時(shí)工工頻頻耐耐受受電電壓壓試試驗(yàn)驗(yàn)來(lái)來(lái)檢檢驗(yàn)驗(yàn)；；在雷雷電電過(guò)過(guò)電電壓壓下下，，設(shè)設(shè)備備的的相相對(duì)對(duì)地地和和相相間間絕絕緣緣性性能能用用雷雷電電沖沖擊擊試試驗(yàn)驗(yàn)檢檢驗(yàn)驗(yàn)；；設(shè)備備的的縱縱絕絕緣緣性性能能用用短短時(shí)時(shí)工工頻頻電電壓壓和和雷雷電電沖沖擊擊電電壓壓試試驗(yàn)驗(yàn)檢檢驗(yàn)驗(yàn)。。大綱綱匯匯報(bào)報(bào)軌道道交交通通防防雷雷、、過(guò)過(guò)電電壓壓防防護(hù)護(hù)牽引變電所的的防雷設(shè)計(jì)架空接觸網(wǎng)的的防雷設(shè)計(jì)走行軌系統(tǒng)的的防雷設(shè)計(jì)1234/牽引變電所的的防雷/01變電所主接線線的防雷設(shè)計(jì)計(jì)2.1存在兩種方案案：（1）直流牽引系統(tǒng)統(tǒng)直流正饋線線對(duì)地、負(fù)母母線對(duì)地、正正負(fù)母線間設(shè)設(shè)置避雷器。。（2）直流牽引系統(tǒng)統(tǒng)正饋線對(duì)地地、負(fù)母線對(duì)對(duì)地設(shè)置避雷雷器。小結(jié)：（1）通常情況下下，由于整流流器已經(jīng)設(shè)置置了RC阻容保護(hù)回路路的前提下，，不建議再重重復(fù)設(shè)置直流流正負(fù)母線間間的避雷器。。（2）避免直流正正饋線對(duì)地避避雷器調(diào)整為為直流正母線線對(duì)地避雷器器，引起感應(yīng)應(yīng)雷過(guò)電壓穿穿越柜體放電電燒蝕設(shè)備。。大綱匯報(bào)軌道交通防雷雷、過(guò)電壓防防護(hù)牽引變電所的的防雷設(shè)計(jì)架空接觸網(wǎng)的的防雷設(shè)計(jì)走行軌系統(tǒng)的的防雷設(shè)計(jì)1234/架空接觸網(wǎng)的的防雷/01架空接觸網(wǎng)防防雷3.11.接觸網(wǎng)網(wǎng)的防防雷措措施接觸網(wǎng)網(wǎng)架空空地線線兼做做避雷雷線。。避雷線線的保保護(hù)效效果取取決于于避雷雷線的的安裝裝高度度。一一般確確定接接閃器器的布布置位位置時(shí)時(shí)采用用的方方法有有保護(hù)護(hù)角法法、滾滾球法法等，，兩種種方法法確定定的接接閃器器具體體設(shè)置置位置置存在在較大大的分分歧。。電力力系統(tǒng)統(tǒng)中及及日本本新干干線鐵鐵路中中避雷雷線一一般采采用保保護(hù)角角法。。在《《建筑筑物防防雷設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》》中，，推薦薦采用用滾球球法，，不采采用保保護(hù)角角法。。兩根等等高接接閃線線在高高度h小于或或等于于hr時(shí)的保保護(hù)范范圍/架空接接觸網(wǎng)網(wǎng)的防防雷/01架空接接觸網(wǎng)網(wǎng)防雷雷3.12.防雷計(jì)計(jì)算方方法架空地地線兼兼做避避雷線線，其其所保保護(hù)的的設(shè)施施取一一類建建筑（（防護(hù)護(hù)等級(jí)級(jí)最高高），，滾球球半徑徑為Hr=30米，根根據(jù)此此核算算架空空地線線高度度安裝裝避雷雷線即即可保保護(hù)所所有接接觸網(wǎng)網(wǎng)導(dǎo)線線，據(jù)據(jù)此做做出架架空地地線的的保護(hù)護(hù)范圍圍見(jiàn)右圖。/架空接接觸網(wǎng)網(wǎng)的防防雷/01架空接接觸網(wǎng)網(wǎng)防雷雷3.13.絕緣子子爬電電問(wèn)題題通常情情況下下，絕絕緣子子的爬爬電距距離按按照250mm設(shè)計(jì)，，從本本圖中中可以以看出出，當(dāng)當(dāng)出現(xiàn)現(xiàn)雷電電反擊擊時(shí)，，接觸觸線、、承力力索均均通過(guò)過(guò)平腕腕臂、、斜腕腕臂存存在一一定的的衰減減，而而輔助助饋線線卻是是從導(dǎo)導(dǎo)線直直接到到絕緣緣子的的。不可可避避免免的的，，輔輔助助饋饋線線絕絕緣緣子子承承受受了了雷雷電電反反擊擊能能量量較較大大。。這也也是是，，城城市市軌軌道道交交通通中中，，往往往往輔輔助助饋饋線線絕絕緣緣子子先先行行損損傷傷的的原原因因。。/架空空接接觸觸網(wǎng)網(wǎng)的的防防雷雷/01架空空接接觸觸網(wǎng)網(wǎng)防防雷雷3.13.絕緣緣子子爬爬電電問(wèn)問(wèn)題題通常常情情況況下下，，絕絕緣緣子子的的爬爬電電距距離離按按照照250mm設(shè)計(jì)計(jì)，，從從本本圖圖中中可可以以看看出出，，當(dāng)當(dāng)出出現(xiàn)現(xiàn)雷雷電電反反擊擊時(shí)時(shí)，，接接觸觸線線、、承承力力索索均均通通過(guò)過(guò)平平腕腕臂臂、、斜斜腕腕臂臂存存在在一一定定的的衰衰減減，，而而輔輔助助饋饋線線卻卻是是從從導(dǎo)導(dǎo)線線直直接接到到絕絕緣緣子子的的。。不可可避避免免的的，，輔輔助助饋饋線線絕絕緣緣子子承承受受了了雷雷電電反反擊擊能能量量較較大大。。這也也是是，，城城市市軌軌道道交交通通中中，，往往往往輔輔助助饋饋線線絕絕緣緣子子先先行行損損傷