电气化铁路防雷接地技术

主要内容•防雷与接地技术概述•接触网的防雷接地技术•牵引变电所防雷接地技术一、防雷接地技术概述1.1.1雷电的产生雷云电荷分布的研究成果。最上部为正电荷区(P区)、中间为负电荷区(N区)和下部为正电荷区(P区)。1.1防雷基础1.1.2雷击种类直击雷感应雷电磁脉冲干扰1.1.3高空防雷区1.1.4低空防雷区1.1.5地下防雷区1.2接地基础1.2.1接地的定义•通常认为：接地是将电气系统的某些节点或电气设施的某些部分与大地相连接。•国标DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中定义：将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分经接地线连接至接地极。1.2.2为什么要接地•大地是最便宜的导体，可以节省工程费用；•电压差对人身与设备都会造成威胁，接地可以起到平衡电位，保护人与设备的作用；•大地与人的生活关系密切，是最方便的参考电位与均压导体；1.2.3接地系统的主要参数•接地电阻—地电位、入地电流•跨步电压—双腿着地点的电位差•接触电压—设备外壳与人所站地面的电位差•转移电位—由于接地点不同造成设备内部电路与外壳或电路不同部分的电位差接地网的作用VtouchRf=1.5(Rg=A)变电站接地网发电厂接地网(Rs)ZgIf人体电流地线中性线()PhaseAPhaseBPhaseCZsV=R*IggeIeIg中性点Ib主变接地设备和接地网的连接明敷接地干线设备和接地网的连接铁路信号装置与接地设备二、国内外研究现状2.1国际接触网防雷研究现状•DOUGHALUZA的研究结果表明铁路传输系统特别容易遭受雷电袭击，造成信号、通信和电力系统设备的损坏。并认为雷电主要通过造成地电位升高从而损坏电气设备，而且认为接地状态不良是造成地电位过度升高的主要因素；•瑞典NelsonTheethayi等人研究了在铁路架空牵引系统中在多导线传输系统中关于导线高度和失地对雷击相互作用的影响以及铁路感应雷对电力系统变压器的影响。•DevPaul主要研究在轻轨传输直流牵引供电系统过电压保护中选择避雷器参数的方法；区域划分防雷措施架空避雷线避雷器设置位置A区雷害严重且重要线路，进行全面防雷保护全线架设避雷线1.牵引变电所出口2.接触网隔离开关两侧3.架空线与电缆连接处4.架空线终端B区雷害比较严重且重要的线路，对雷害场所、重点设备进行必要的防雷保护特别需要的场所沿接触网架设避雷线1、牵引变电所出口2、接触网隔离开关两侧3、架空线与电缆连接处4、架空线终端C区A和B以外的区域1.牵引变电所出口2.接触网隔离开关两侧3.架空线与电缆连接处2.2日本接触网防雷研究现状•香港Qi-Bin和Y.Du等人初步研究了电气化铁路直流牵引供电系统的雷电过电压；•何金良等人主要研究ZnO避雷器在交流铁路的应用，分析了避雷器的雷电冲击放电电流和避雷器吸收的冲击放电能量和避雷器的保护效果等；•铁道部科学研究院机辆所夏宝哲等研究了氧化锌避雷器的应用；•铁一院刘长利等研究了高速铁路长大隧道内接触网安全防御措施；•中铁电化集团于增针对几条电气化铁路的接触网设计，对雷电机理、耐雷水平等进行分析；2.3国内接触网防雷研究现状三、接触网防雷接地技术3.1雷电对接触网的危害•候月线多次因雷击造成避雷器爆炸以及断路器、电流互感器等设备损坏的故障，中断行车累计19小时；•南昆线一年内发生雷击接触网跳闸85次；•武广电气化铁路广东省英德至连江口区间因雷击造成接触网停止供电，上下行线被迫中断行车两小时；•上海一列地铁被雷暴击中，致使2号线部分线路停运20分钟。3.1雷电对接触网的危害•广深线开通三年内共发生雷击接触网跳闸140次；雷击跳闸占某变电所事故总跳闸的57.7%，另一区间在一个月内就发生雷击跳闸45次；3.1雷电对接触网的危害•金石滩到大连的接触网连续遭雷击，接触网上绝缘子被击穿，造成快轨停运，中断行车大约3小时。•京广线铁路大托铺站至暮云市站间电网瓷瓶被雷击穿，导致拉杆脱落，造成24公里接触网停电，21趟火车停运。•安装避雷器是防雷的重要措施，确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件是制定合适的接触网防雷措施的前提。3.2避雷器的应用3.2.1避雷器的技术发展火花间隙火花间隙磁吹间隙碳化硅阀片碳化硅阀片氧化锌阀片1970s管式避雷器普通阀式避雷器磁吹阀式避雷器氧化锌避雷器1930s3.3接闪器防护范围的确定接闪器的防护范围一般用滚球法明确定，不同的防雷等级所用球的半径不同避雷线的防雷效果•采用不同半径的滚球所得到到避雷线的防护范围不一样，对应的绕击概率也不相同•了解接触网的引雷范围与雷电活动参数是确定接触网防护等级的先决条件。3.4接触网防雷技术的研究应用雷电监测系统的数据进行地域与沿线雷电参数分析，得到不同地区以及线路不同区段的雷电活动情况。3.4.1电气化铁路走廊雷电活动3.4.2接触网易击段的区分•不论接地改造，还是架设避雷线和避雷器均需要投入大量的人力和物力，因此必须通过研究区分各段接触网雷电危害程度，找出需重点防范的易击区段。将雷电活动分布与地形分析相结合，计算各段雷击跳闸概率，区分电气化铁路易击段，有针对性的采取防雷措施。3.4.2电气化铁路易击区段划分3.4.3接触网结构模型•接触网线路结构远比输电线路复杂，建立合适的分析模型，研究过电压在接触网的传播参数是接触网防雷工作的关键。•接触网线路结构远比输电线路复杂，建立合适的分析模型，研究过电压在接触网的传播参数是接触网防雷工作的关键。3.4.3接触网线路的阻抗模型根据接触网每个跨距的导线构成，研究不同结构的阻抗计算方法，搭建各段的阻抗模型，研究过电压在不同地段的传播特点。•接触网绝缘情况复杂多样，且与输电线路不同，输电线路为静态参数，铁路系统有机车运行，其电气参数呈动态变化。3.4.4接触网电气参数•接触网绝缘情况复杂多样，且与输电线路不同，输电线路为静态参数，铁路系统有机车运行，其电气参数呈动态变化。•计算雷电流在接触悬挂、回流线、钢轨以及大地或贯通地线之间的分流情况和电压分布，确定引起跳闸的雷电流阀值。3.4.4雷电流在接触网导线上的分配3.4.5接触网耐雷水平及影响因素接地电阻、杆塔高度、避雷器布置方式，雷击位置等因素均对接触网耐雷水平有影响，通过建立的接触网模型，仿真得到各参数对接触网耐雷水平的影响规律。•电气化铁路防雷技术可以参考输电系统，但线路结构更为复杂，影响绝缘配合情况更加多样。因此输电系统防雷研究的结果无法直接应用到电气化铁路防雷中，需要专门对电气化铁路防雷开展研究，制定更加科学的防雷规范。3.5电气化铁路防雷规范3.6接触网的接地系统研究当接触网受到雷击过电压或操作过电压影响时，电流通过避雷器流入大地，造成避雷器接地极附近电位升高，如果接地电阻过大，会对接触网以及周边设备造成反击，引起变电所跳闸或烧坏信号与通信设备。钢轨电压与电流波形动车组普通机车四、牵引变电所防雷接地技术4.1变电所雷击类型直击雷传输雷地电位反击4.2直击雷的防护4.3传输雷的防护传输雷主要由避雷器、接地系统、抗雷线圈组成的高频滤波电路进行防护4.4地电位反击的防护4.5变电站接地系统设计•建立土壤结构模型•接地网的形状，结构设计及优化处理•接地网的性能分析与降阻措施•大型接地网的测量由于计算机的应用，机房存在直流系统接地、交流系统接地，防雷及防浪涌电流接地、防静电接地以及信号屏蔽接地，由于机房空间的限制不允许给每一个系统单独提供接地，因此提出了综合接地的概念，此时的综合接地主要是指在同一个接地系统上综合了各种不同的接地功能。4.6综合接地的起源计算机房综合接地4.5地铁综合接地系统地铁综合接地系统与其它地下设备的关系地铁综合接地系统的作用直供方式BT供电方式4.6牵引变电所综合接地的特点设备串联接地方法示意图设备并联接地方法示意图4.7减少电磁干扰的方法4.8牵引变电所综合接地系统的组成方案谢谢！