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電氣化鐵路10kV貫通線系統(tǒng)絕緣遭雷擊損壞的研究和預(yù)防論文
摘 要：文章介紹了電氣化鐵路10kV貫通線系統(tǒng)遭受雷擊的表現(xiàn)形式，分析了10kV貫通線系統(tǒng)遭受雷擊的原因，提出了防止10kV貫通線雷擊損壞的研究與預(yù)防。
關(guān)鍵詞：10kV貫通線系統(tǒng)；雷擊損壞；研究與預(yù)防
內(nèi)蒙古境內(nèi)高原起伏、地勢(shì)起伏不平，雷電活動(dòng)強(qiáng)烈，電氣化鐵路處于高、強(qiáng)雷區(qū)，10kV貫通線系統(tǒng)經(jīng)常遭受雷電襲擊，造成配電所跳閘停電、擊毀10kV貫通線支柱等供電故障，嚴(yán)重影響鐵路行車安全，因此加強(qiáng)10kV貫通線系統(tǒng)絕緣遭雷擊損壞的研究和預(yù)防具有重要意義。
一、10kV貫通線系統(tǒng)遭受雷擊的現(xiàn)象
電氣化鐵路10kV貫通線是戶外供電裝置，經(jīng)常遭受風(fēng)、雨、雷擊等惡劣氣候條件的影響，一旦受到雷電侵入，將對(duì)10kV貫通線造成嚴(yán)重的危害性，具體現(xiàn)象為：①雷電擊穿10kV貫通線高壓絕緣子，使10kV貫通線故障停電。②引起10kV配電所跳閘，中斷供電使鐵路運(yùn)輸無信號(hào)而癱瘓。③在隧道中，由于10kV貫通線用電纜敷設(shè)，一旦遭雷擊查找故障特別困難，因而造成停電時(shí)間較長(zhǎng)，致使鐵路運(yùn)輸很難及時(shí)恢復(fù)。
二、雷擊10kV貫通線的特點(diǎn)
雷擊10kV貫通線包括直接雷擊和感應(yīng)雷擊等。
直接雷擊是指雷電直接作用于貫通線上，使其產(chǎn)生直擊雷過電壓，過電壓疊加后其峰值可達(dá)上千千伏甚至更高，導(dǎo)致10kV貫通線設(shè)備燒損。
感應(yīng)雷擊是指雷電作用于10kV貫通線附近，雷擊對(duì)地放電后，空氣中迅速變化的電磁場(chǎng)在10kV貫通線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓一般為數(shù)百千伏，引發(fā)10kV貫通線跳閘事故較多，但比直接雷擊危害性較小。
三、10kV貫通線系統(tǒng)遭受雷擊的原因
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以前電氣化鐵路10kV貫通線所使用的各種避雷器，其性能指標(biāo)不僅不高，而且穩(wěn)定性也很差，需要進(jìn)一步提高，像作為主要性能指標(biāo)的“避雷器失效率”一直以來都是一個(gè)問題。避雷器一旦失效，不僅需要讓使用方立即察覺，而且需要保證其呈開路狀態(tài)，否則將帶來無法估量的損失。因此我們不選用常規(guī)閥型避雷器和氧化鋅避雷器，而采用最先進(jìn)的自托式氧化鋅避雷器進(jìn)行放電預(yù)防。
（二）接地電阻較大，從而降低10kV貫通線耐雷水平
電氣化鐵道沿線為實(shí)線性黃土，土壤電阻率普遍較高，尤其是大準(zhǔn)鐵路唐公塔~清水河、丹州營(yíng)~黍地溝，多處于巖石地段，因此制作低電阻地網(wǎng)十分困難，而且投入很大；使用常規(guī)方法作成地網(wǎng)后 ，其接地電阻大都隨著時(shí)間的推移而不斷增高，而且隨一年四季氣候的變化而不斷變化。用常規(guī)方法做成的地網(wǎng)，其常規(guī)金屬接地極很容易被酸、堿、鹽和土壤中污染物所腐蝕，在腐蝕過程中不僅其接地電阻不斷增加，而且其壽命都很短，一般不超過3年。
（三）10kV貫通線的接地?cái)?shù)量不足
大準(zhǔn)鐵路全線264km，10kV貫通線的隔離開關(guān)、電纜頭、變電臺(tái)及部分桿塔都有接地裝置，但多年來，被鐵路沿線村民偷盜嚴(yán)重，有部分丟失，已經(jīng)起不到接地作用，因此10kV貫通線的接地?cái)?shù)量應(yīng)及時(shí)補(bǔ)足。
四、10kV貫通線系統(tǒng)絕緣遭雷擊損壞研究與預(yù)防的分析
經(jīng)過實(shí)地了解和查看設(shè)計(jì)10kV配電所在輸入端已安裝有額定電壓10kV的高壓避雷器；輸出端都裝有額定電壓10kV的避雷器。根據(jù)多年的運(yùn)行情況來看，配電所遭受雷擊損壞的設(shè)備概率很低，可以說配電所的前后兩級(jí)避雷器已經(jīng)很好地起到了防雷保護(hù)的作用。但是各地反應(yīng)在配電所兩端架空10kV貫通線上，每年多次發(fā)生因雷擊而造成10kV貫通線絕緣子被擊穿損壞，從而造成故障停電中斷行車的事故屢見不鮮。
10kV貫通線絕緣子所能承受的絕緣耐壓約為35kV，而雷電直接擊中10kV貫通線某點(diǎn)上，雷電流從落雷點(diǎn)沿10kV貫通線向兩端傳輸過程中產(chǎn)生的沖擊電壓約為1500kV，是10kV貫通線絕緣耐壓的42。8倍多，將擊穿10kV貫通線的絕緣子。
其沖擊電壓按下式計(jì)算：
U=L·di/dt
式中：L為10kV貫通線的沖擊電感，通常取L=1。5μΗ/m
di取10kA dt取10μs
U=L·di/dt
=1500×106×（10×103/10×106）
=1。5×106V
距落雷點(diǎn)不同距離D的沖擊電壓由下表可知：
D（m）50100150200
U（kV）75150225300
因此，我們可以得出一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論：10kV配電所10kV側(cè)的避雷器，只能保護(hù)10kV配電所本身的所用變壓器和開關(guān)設(shè)備，對(duì)于稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的10kV貫通線上某點(diǎn)（如配電所幾百米）遭直接雷擊，由于在傳輸過程中感抗的作用，由（U=L·di/dt）產(chǎn)生的高脈沖電壓將擊穿10kV貫通線支柱的絕緣子 ，根本起不到保護(hù)作用。
五、電氣化鐵路10kV貫通線系統(tǒng)防雷方法及預(yù)防措施
10kV貫通線雷電防護(hù)的重點(diǎn)是在鐵路沿線設(shè)備上安裝避雷器，使雷電通過避雷器經(jīng)泄流流入大地，從而達(dá)到保護(hù)10kV貫通線支持裝置中絕緣子的目的。
根據(jù)各地運(yùn)行情況分析，10kV貫通線雷電預(yù)防的具體措施是：（1）10kV貫通線在電纜頭、變電臺(tái)上安裝10kV自托式氧化鋅避雷器。根據(jù)10kV貫通線受雷擊原因和概率分析，在常遭雷擊的多雷區(qū)段（如大紅城~雞鳴驛段），在10kV架空線路上各2公里安裝1組自托式氧化鋅避雷器。強(qiáng)雷區(qū)（如外西溝~新店子951電源線）安裝等距離的架空地線；（2）在隧道出、入口兩端的電纜終端頭上各裝設(shè)一組自托式氧化鋅避雷器；在10kV貫通線關(guān)鍵設(shè)備上（如分段開關(guān)、隔離開關(guān)等處）應(yīng)分別裝設(shè)一組自托式氧化鋅避雷器。（3）由于10kV貫通線的操作過電壓較高，一般是工作電壓的2。5~2。8倍，因此避雷器在選擇時(shí)，應(yīng)考慮避雷器標(biāo)稱放電電流值足夠大，保護(hù)水平（殘壓峰值）應(yīng)低于10kV貫通線絕緣子的耐壓。（4）在電氣化鐵路沿線10kV貫通線桿塔每隔1公里做一地網(wǎng)與10kV貫通線桿塔橫擔(dān)或水泥柱可靠接地，使每組地網(wǎng)的接地電阻符合要求。原有地網(wǎng)接地電阻≤10Ω的不做補(bǔ)充地網(wǎng)。如土壤電阻率≤1 000Ω·m以下地區(qū)，接地電阻≤10Ω。若土壤電阻率>1 000Ω· m以上地區(qū)，接地電阻≥20Ω，應(yīng)補(bǔ)充地網(wǎng)，采用長(zhǎng)效降阻接地極和長(zhǎng)效降阻劑制作接地網(wǎng)，從而降低接地電阻值，使接地網(wǎng)長(zhǎng)期處于低電阻狀態(tài)，達(dá)到防止雷擊損壞電氣化鐵路電器設(shè)備的目的。
參考文獻(xiàn)
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