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牽引變電所過(guò)電壓及防護(hù)措施

文檔作者：鄧云川文檔來(lái)源：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月15日
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2014年10月
第5卷第5期
高速鐵路
SPEED RAILW AY
技術(shù)
TECHNOL0GY
No．5．Vo1．5
0ct．2014
文章編號(hào)：1674—8247(2014)05—0043—04
牽引變電所過(guò)電壓及防護(hù)措施
鄧云川
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都610031)
摘要：牽引變電所在電網(wǎng)中往往處于供電終端，其接線方式、負(fù)荷特點(diǎn)、運(yùn)行條件等與電力系統(tǒng)變電站有所
不同。作為電力系統(tǒng)中具有自身特點(diǎn)的供電設(shè)施，對(duì)其過(guò)電壓和防護(hù)措施進(jìn)行分析和思考是非常有意義的。
文章對(duì)牽引變電所內(nèi)雷過(guò)電壓、工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓等各種過(guò)電壓及其防護(hù)措施進(jìn)行了闡
述和分析，對(duì)牽引變電所牽引變壓器高低壓側(cè)避雷器耐雷水平不一致，27．5 kV饋線側(cè)沒(méi)有設(shè)置進(jìn)線段保護(hù)，
高壓側(cè)進(jìn)線避雷器設(shè)置位置，27．5 kV電壓互感器形式結(jié)構(gòu)等存在的問(wèn)題提出了自己的認(rèn)識(shí)，并提出了建議
改進(jìn)方案和措施。
關(guān)鍵詞：牽引變電所；過(guò)電壓；防護(hù)
中圖分類(lèi)號(hào)：U224．4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Overvoltage and Protection M easures in Traction Substation
DE G Yunchuan
(China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd．，Chengdu 61003 1，China)
Abstract：As a special power supply facility in power system ，the traction substation is usually at the terminal position of
the power gad，its main line connection model，load characteristics and operation condition are different from substation
of the power d，therefore，it means a great deal to analyze and consider the overvohage occurred and overvohage pro—
tection measures adopted in traction substation．The paper explains and analyzes the diverse overvohages such as thunder
overvoltage，power frequency overvohage，switching overvoltage，resonance overvohage and overvohage—protection measures
occurred and adopted in traction substation．At last，the paper offers solutions and advices on the existing problems
including the different lightning withstand levels of lightning arester on high and low pressure sides of traction transform -
er in traction substation，there is no lead-in protection on 27．5 kV feeder side，the position of lightning art'ester on high
voltage side，the form and structure of 27．5 kV voltage and transform er and SO on．
Key words：Traction Substation；Overvohage；Protection
刖罱
電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性主要由停電次數(shù)和停電時(shí)
間來(lái)衡量。導(dǎo)致停電的原因很多，經(jīng)統(tǒng)計(jì)絕緣損
造成停電的主要原因，占60％ ～70％ ，而導(dǎo)致絕
壞是
緣狀
況惡化或絕緣損壞的重要原因是過(guò)電壓。牽引變電所
作為電力系統(tǒng)中具有自身特點(diǎn)的供電設(shè)施，對(duì)其過(guò)電
壓水平以及防護(hù)措施，以致于可能存在的問(wèn)題，進(jìn)行分
析和思考是有意義的。
收稿日期：2013—11—18
作者簡(jiǎn)介：鄧云川(1977一)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師。
2 牽引變電所的雷過(guò)電壓防護(hù)
2．1 直擊雷防護(hù)
目前牽引變電所普遍裝設(shè)獨(dú)立避雷針以防止直擊
雷過(guò)電壓。
2．1．1 獨(dú)立避雷針與配電裝置帶電部分問(wèn)的距離
如配電裝置帶電點(diǎn)高度為h，當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，避
雷針上與該被保護(hù)物頂點(diǎn)相距最近的A點(diǎn)電位為：
= + (1)
式中： ——雷電流(kA)；
R ——避雷針的沖擊接地電阻(Q)，其值通常
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不大于10 Q；
￡——避雷針A點(diǎn)至大地問(wèn)的電感( H)。
考慮雷電流i的幅值為150 kA，陡度 =50 kAY
s，避雷針的單位高度電感L。=1．0 H／m，則U =
150R +50h(kA)，空氣絕緣的平均耐受電壓強(qiáng)度為
500 kA／m，為防止避雷針與被保護(hù)物間的空氣間隙不
被擊穿，空氣間隙距離S ≥(150R +50h)／500=
0．3R h+0．1h(m)。一般情況下S 不宜小于5 m。
2．1．2 獨(dú)立避雷針接地裝置與變電所接地網(wǎng)間的
距離
避雷針接地體的電位為：U =iR 考慮雷電流i
的幅值為150 kA，大地土壤平均沖擊耐受電壓強(qiáng)度為
300 kA／m，則S ：Ud／300=0．5R (m)，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
認(rèn)為，5 可以適當(dāng)放寬，能滿(mǎn)足S ≥O．3R。 即可，一般
情況下S 不宜小于3 m。
2．2 侵入雷電波防護(hù)
對(duì)于高壓側(cè)，如220 kV，線路絕緣子50％ 沖擊放
電電壓為l 200 kV，而變壓器全波沖擊試驗(yàn)電壓為
950 kV；低壓側(cè)，線路絕緣子50％沖擊放電電壓為270
kV，而變壓器全波沖擊試驗(yàn)電壓為200 kV。因此，必
_ ，削徘 鼬 和
目前牽引變電所高壓進(jìn)線側(cè)均設(shè)置了避雷線，避
雷線引至進(jìn)線架構(gòu)，并與牽引變電所主接地網(wǎng)連接，同
時(shí)，高壓進(jìn)線側(cè)設(shè)置了避雷器；低壓側(cè)，各饋線出線側(cè)
均設(shè)置了避雷器，除部分雷害比較嚴(yán)重的山區(qū)電氣化
鐵路牽引變電所饋線側(cè)設(shè)置了抗雷圈外，均沒(méi)有設(shè)置
進(jìn)線段保護(hù)。
2．3 被保護(hù)設(shè)備上的過(guò)電壓
目前牽引變電所普遍采用氧化鋅避雷器來(lái)保護(hù)電
氣設(shè)備。雷電波侵入牽引變電所，在被保護(hù)電氣設(shè)備
上產(chǎn)生的電壓同避雷器與電氣設(shè)備間的電氣距離以及
侵入雷電波的陡度等因素有關(guān)。下面以變壓器上的侵
入雷電波電壓計(jì)算為例加以說(shuō)明。
如不考慮變壓器的人口電容，則變壓器上的侵入
雷電波電壓 = + (kV)；如考慮變壓器的入
口電容，則
= v0+2 aZ／12+南(kv) (2)
式中： ——避雷器上的殘壓(V)；
口——侵入雷電波的陡度(kV／lis)；
!——避雷器與變壓器間的電氣距離(m)；
— — 雷電波的傳播速度(m／l~s)；
C —— 變壓器的人口電容( )；
C。—— 避雷器與變壓器間連線的單位電容
(Ixf)。
實(shí)際上，由于沖擊電暈和避雷器電阻的衰減作用，
同時(shí)由于避雷器上殘壓也是隨雷電流的衰減而衰減，
所以變壓器上所受沖擊電壓是隨時(shí)間衰減的，其最大
值為上式計(jì)算值的87％左右。
3 牽引變電所的工頻過(guò)電壓升高
牽引變電所，特別是處于電力系統(tǒng)較為薄弱地區(qū)
的牽引變電所，空載或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)母線
電壓偏高，嚴(yán)重時(shí)，27．5kV側(cè)超過(guò)31．5kV，導(dǎo)致并聯(lián)
電容補(bǔ)償裝置由于過(guò)電壓保護(hù)無(wú)法投入運(yùn)行和避雷器
等電氣設(shè)備絕緣損壞等一系列危及系統(tǒng)運(yùn)行安全的情
況出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)分析，這是由空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)引起
的，該效應(yīng)指具有無(wú)功補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路，受電端的穩(wěn)態(tài)
電壓總是高于送電端電壓的現(xiàn)象，它是由于容性充電
電流流過(guò)線路的串聯(lián)電感引起的。如不考慮電源電抗
的影響，則受電端電壓Uz=U ，如考慮系統(tǒng)
電抗的影響，則受電端電壓為：
一U _
。 (
C OS(p (3)
式中：U ——受端電壓(kV)；
U，— — 送端電壓(kV)；
— — 線路長(zhǎng)度(km)；
— — 相角常數(shù)(一般取6。／100 km，50 Hz)；
tf，— —arctan(X ／Z )， 為電源電抗，z 為線路
波阻抗。
目前牽引變電所均沒(méi)有采取措施，抑制空載長(zhǎng)線
路電容效應(yīng)引起的過(guò)電壓。
4 牽引變電所的操作過(guò)電壓
對(duì)于220 kV及以下系統(tǒng)，其絕緣的耐壓能力能達(dá)
到3—4倍過(guò)電壓，而通常該類(lèi)系統(tǒng)中操作過(guò)電壓值低
于4倍，因此，不考慮采取特殊措施進(jìn)線限制。下面僅
就牽引變電所內(nèi)常見(jiàn)的并聯(lián)電容支路的操作過(guò)電壓進(jìn)
行分析。
目前，牽引變電所為提高功率因數(shù)，大多在27．5
kV側(cè)設(shè)置了并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，同時(shí)，為了濾除部分
高次諧波，并補(bǔ)支路中按感抗率12％串接電抗器。
圖l中，G為電源，L為電源電感(含系統(tǒng)電感及
變壓器電感)，C。為27．5 kV母線對(duì)地分布電容，C 為
并聯(lián)電容，J乙 為并補(bǔ)支路的串聯(lián)電感，由于C。<<C。，
故回路的等值電容按C 計(jì)。
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圖1 牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償支路等效電路
(1)關(guān)合電容器的過(guò)電壓。根據(jù)等效電路列方
程為：
(L+L1)d
d
2
f
U
2
e +u = sin(伽￡+ ) (4)
解微分方程得：
u =ttmsin(wt+ ) 1／wc
——— ——— ——— ——— — — —— ——— ——● 1／wc一 (L+L1) +
aI coswot + a2 slnwot
斷路器關(guān)合前，電容上的殘壓為 。，則t=0時(shí)，
= 0，ic=0代入方程，可得：
． ， 、 1／wc
0 “o一 m m ) 而
口 一 eo 口
u。=u sin(wt+ ) 1／wc
1／wc—W(L+L1)
(Uo-UmSin( )
+
)COSW0t—
m
∞ 。
通常W(￡+ )<<1／wc，上式簡(jiǎn)化為：
U =Umsin(wt+ )+[“0一Umsin( )]COSWot—
cos( ) sin ot (5)
0
分析以上幾式，關(guān)合并聯(lián)電容器支路過(guò)電壓不超
過(guò)3 ，由于并聯(lián)電容支路設(shè)置有放電線圈，一般要求
電容器組脫離電源5 S后，其上的殘壓降低至50 V。
因此，關(guān)合電容器產(chǎn)生的過(guò)電壓不超過(guò)2倍。
(2)開(kāi)斷電容器的過(guò)電壓。如t=0時(shí)，斷路器開(kāi)
斷電容器，電源電壓與電容電壓相等，“ = ，此后，電
源電壓按正弦變化，電容器電壓維持 ，如 等于電源
電壓的峰值一u ，當(dāng)電流過(guò)零達(dá)10 ms后，電源電壓達(dá)
到峰值“ ，斷路器的恢復(fù)電壓為2 ，如此時(shí)弧隙介
質(zhì)強(qiáng)度不能耐受恢復(fù)電壓的作用，產(chǎn)生重?fù)舸?，電容?
出現(xiàn)震蕩電壓。其值為：
。=It 一2u COSW0t (6)
式中， 。：1／何，電容電流 c=c警=
2w。c sinw。t，當(dāng)ic過(guò)零時(shí)，電容電壓恰好為最大值，
= 3“ ，若電弧在ic過(guò)零時(shí)熄滅，u 將保持為3 u 。
此后斷路器的恢復(fù)電壓又將上升，最高恢復(fù)電壓可達(dá)
到4 U ，如弧隙此時(shí)又出現(xiàn)重?fù)舸?，則電容器上的電壓
最大值可達(dá)5“ ，如此類(lèi)推，電容器上將出現(xiàn)3、5、7倍
過(guò)電壓。但實(shí)際上過(guò)電壓的數(shù)值會(huì)受到損耗、雜散電
容以及絕緣可能被擊穿等因素的限制。同時(shí)，通過(guò)選
用不會(huì)出現(xiàn)重?fù)舸┑臄嗦菲鳎岣邤嗦菲鞯拈_(kāi)斷速度
等措施，也可有效地降低開(kāi)斷電容器的過(guò)電壓。目前，
牽引變電所并聯(lián)電容支路通常采用開(kāi)斷性能好、動(dòng)作
迅速的真空斷路器，對(duì)于大容量補(bǔ)償支路，為保證開(kāi)斷
容量，采用滅弧性能強(qiáng)的SF6斷路器，較好地解決了并
聯(lián)電容支路重?fù)舸﹩?wèn)題，通常開(kāi)斷電容器支路的過(guò)電
壓不超過(guò)3 tt 。
5 諧振過(guò)電壓
牽引變電所內(nèi)常見(jiàn)的諧振過(guò)電壓有鐵磁諧振過(guò)電
壓和參數(shù)諧振過(guò)電壓，鐵磁諧振是導(dǎo)致?tīng)恳冸娝鶅?nèi)
互感器特別是電壓式互感器損壞的重要原因，參數(shù)諧
振則是導(dǎo)致并聯(lián)電容支路出現(xiàn)設(shè)備損壞的主要原因。
目前，一些運(yùn)行新型機(jī)車(chē)車(chē)輛的線路，出現(xiàn)了牽引網(wǎng)高
次諧波振蕩問(wèn)題。
牽引變電所主要采取高壓側(cè)(220 kV)互感器選
用電容分壓式互感器、壓互支路設(shè)置避雷器，27．5 kV
壓互支路設(shè)置避雷器和熔斷器等方式解決鐵磁諧振問(wèn)
題；并聯(lián)電容支路設(shè)置避雷器，調(diào)整感容抗比等措施解
決參數(shù)諧振問(wèn)題。對(duì)于牽引網(wǎng)高次諧波振蕩，還在進(jìn)
一步研究形成機(jī)理和解決措施。下面主要介紹一下?tīng)?
引變電所中的鐵磁諧振過(guò)電壓。
鐵心元件如互感器，由于元件的磁飽和特性，當(dāng)電
流較小時(shí)，電感值基本不變，隨著電流的增加，鐵心開(kāi)
始出現(xiàn)飽和，電感值逐步下降。牽引變電所中，鐵磁諧
振過(guò)電壓主要影響電壓互感器。
定義電壓互感器電抗上電壓為 (，)，與互感器
電抗連接的系統(tǒng)分布電容上電壓為Uc(，)，電源電勢(shì)
為E，AU(，)=l U ．(，)一U ( )l。如圖2所示，E=
AU(，)點(diǎn)為平衡工作點(diǎn)，01和o3為穩(wěn)定工作點(diǎn)，對(duì)于
ol點(diǎn)，回路呈現(xiàn)感性，回路中電流，電感和電容上電壓
均不大；對(duì)于口3點(diǎn)，回路呈現(xiàn)容性，回路電流較大，電
感和電容上出現(xiàn)過(guò)電壓，只是由于電感的飽和特性，過(guò)
電壓幅值受到一定限制。
圖2為基波情況下電壓互感器上鐵磁諧振特性曲
線，當(dāng)互感器鐵心出現(xiàn)磁飽和電感值下降時(shí)，回路中的
自然諧振頻率上升，可達(dá)到基波頻率的1／2、1／3、1／5
等，可能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)次諧波諧振?？傮w而言，鐵磁諧振過(guò)
電壓幅值可達(dá)到額定電壓的2—3倍，長(zhǎng)期過(guò)流可造成
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第5期 鄧云川：牽引變電所過(guò)電壓及防護(hù)措施 2014年10月
設(shè)備損壞。如前所述，牽引變電所采取了一些措施解
決鐵磁諧振過(guò)電壓?jiǎn)栴}，也取得了比較好的成效，但對(duì)
于27．5 kV干式電壓互感器，還時(shí)常有出現(xiàn)故障的
報(bào)告。
ik I
圖2 鐵磁諧振回路的特性曲線
6 牽引變電所過(guò)電壓防護(hù)存在的問(wèn)題
筆者認(rèn)為，總體而言牽引變電所過(guò)電壓防護(hù)措施
是系統(tǒng)和完善的，但也存在如下問(wèn)題：
(1)牽引變壓器27．5 kV母線避雷器耐雷水平由
_ 是 、
配合，二次側(cè)成為防雷薄弱環(huán)節(jié)。
(2)牽引變電所27．5 kV饋線側(cè)與接觸網(wǎng)連接上
網(wǎng)處，沒(méi)有設(shè)置進(jìn)線段保護(hù)，雷電波由饋線側(cè)侵入牽引
變電所，將可能造成變電設(shè)備損壞，釀成重大惡性
事故。
(3)牽引變電所高壓側(cè)進(jìn)線避雷器設(shè)置于壓互回
路，且壓互回路設(shè)置了單獨(dú)隔離開(kāi)關(guān)，如開(kāi)關(guān)合閘不到
位，可能導(dǎo)致高壓側(cè)沒(méi)有避雷器保護(hù)存在一定隱患。
(4)27．5 kV電壓互感器采用傳統(tǒng)晶粒取向硅鋼
片、電磁式結(jié)構(gòu)，由于電鐵負(fù)荷波動(dòng)性較大、諧波含量
較高(傳統(tǒng)直流傳動(dòng)機(jī)車(chē)，頻次較低的諧波含量較高；
新型車(chē)輛采用交流傳動(dòng)技術(shù)，頻次較高的高次諧波有
所增加)，工況較為惡劣，導(dǎo)致壓互、特別是干式壓互，
多次出現(xiàn)燒損，影響系統(tǒng)安全。
7 改進(jìn)措施和建議
針對(duì)上述問(wèn)題和隱患，筆者提出如下措施和建議：
(1)牽引變壓器高低壓側(cè)避雷器耐雷水平統(tǒng)一，
27．5 kV側(cè)采用l0 kA耐雷水平避雷器。
(2)牽引變電所27．5 kV側(cè)饋線設(shè)置進(jìn)線段保
護(hù)，進(jìn)線段保護(hù)可以采用架設(shè)專(zhuān)用避雷線或架高回流
線構(gòu)成避雷線方式，同時(shí)進(jìn)線段保護(hù)區(qū)段支柱接地電
阻不應(yīng)超過(guò)l0 ，兩端應(yīng)設(shè)置避雷器。
(3)牽引變電所高壓側(cè)進(jìn)線在電壓互感器回路設(shè)
置避雷器的同時(shí)，在牽引變壓器前端增設(shè)一組避雷器。
(4)研制適合于牽引供電系統(tǒng)的27．5 kV電壓互
感器，鐵心可考慮采用諧波特性較好的微晶合金，絕緣
等級(jí)由目前普遍采用的F級(jí)提高到H級(jí)。
8 結(jié)束語(yǔ)
過(guò)電壓?jiǎn)栴}是關(guān)系到電氣設(shè)備安全的重要問(wèn)題。
總體而言，牽引變電所的過(guò)電壓?jiǎn)栴}同電力系統(tǒng)變電
所的過(guò)電壓?jiǎn)栴}基本相同，但是，由于牽引變電所在電
網(wǎng)中往往處于供電終端，且其接線方式、負(fù)荷特點(diǎn)、運(yùn)
行條件等與電力系統(tǒng)有所不同。因此，對(duì)其過(guò)電壓進(jìn)
行分析是非常有意義的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 嚴(yán)璋，朱德恒．高電壓絕緣技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，
2000．
YAN Zhang，ZHU Deheng．Hish Voltage Insulation Technology[M]．
Bering：China Electric Power Press，2000．
[2] 陳維賢．電網(wǎng)過(guò)電壓教程[M]．武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，
1988．
CHEN Weixian．Power Grid Overvoltage Course[M]．WuHan：Wu—
Han Hydraulic and Electrical Power University Press，1988．
[3] 電力工業(yè)部電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院．電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：中
國(guó)電力出版社，1998．
Electrical Power Indust~ Ministry Planning Design Institute． Power
Supply System Design Manual[M]．Bering：China Electric Power
Press，1998．
[4] 錢(qián)家驪，張節(jié)容，吉嘉琴，等．高壓開(kāi)關(guān)開(kāi)合電容電流和小電感電
流[M]．北京：中國(guó)電力出版社，1999．
QIAN Jiali，ZHANG Jierong，JI Jiaqin，et．a(chǎn)1．High Voltage Switcher
on and off Capacitance Current and Small Inductance Current[M]．
Bering：China Electric Power Press，1999．
[5] 張緯鈸，何金良，高玉明．過(guò)電壓防護(hù)及絕緣配合[M]．北京：清華
大學(xué)出版社，2000．
ZHANG Weiba，HE Jingliang，GAO Yuming．Overvoltage Protection
and lnsulation Cooperation[M]．Bering：Qinghua University Press，
2Ooo．
[6] 凌子恕．高壓互感器技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005．
LIN Zhishu．Hish Voltage Current and Voltage Transformer TeehnologY
Mannual[M]．Beijing：China Electric Power Press，2005．

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