摘要：随着智能电网技术的应用和智能变电站的快速发展，铁路牵引变电站二次侧系统中添加了大量的电子设备。这些微电子器件工作电压低，抗过压、过流能力低，抗雷电电磁脉冲能力差，易受雷电损坏和干扰。它给铁路运输造成了许多直接或间接的经济损失。虽然目前牵引变电站高压设备的防雷措施已经比较完善，但第二侧系统仍然缺乏有效的防雷措施，成为牵引供电系统综合防雷的薄弱环节。
关键词：防雷系统；牵引变电所；安全防护；过电压侵入；
为了提高铁路牵引供电系统安全防护等级，加强防范强电侵入的能力．减少雷击事故对铁路运输以及设备维护造成的经济损失，分析了牵引变电所常见的强电侵入类型及途径，针对现有问题逐一提出了优化技术方案，并阐述了研究思路及方案具体实施方法。
一、雷电流侵入牵引供电系统的途径
1.电源系统引入过电压。大多数牵引变电所变压器的二次侧既没有装配避雷器保护，也没有任何防雷措施，一旦出现过电压侵入，必然波及到变电所内整个低压弱电系统。虽然所用变压器二次侧绝缘的冗余度比较高，通常不会造成绝缘击穿，但雷电流从低压电源系统传输到微机系统，有时甚至高达上千伏，极易在低压弱电系统的绝缘薄弱处，如集成电路、微机芯片等造成击穿或烧毁，影响铁路安全运输，并带来巨大的经济损失。
2.信号系统引入过电压。虽然牵引变电所与外部的通信大多采用光纤通信，但是由于二次侧设备种类较多，内部信号传输依然采用架空敷设的通信信号线，如载波线、RS一232、RS一485信号控制线、RS一422保护测控馈线、CAN总线、电话音频线等。此外，所内还有单独架设的GPS天线。由于线缆较长，感应雷电流通过这些线缆侵入，将高电压直接加在二次侧设备上，极易导致线缆烧毁和击毁通信端口，或引起设备集成电路芯片损坏。
3.接地系统引入过电压。当牵引变电所遭受雷击时，雷电流经接闪杆、浪涌保护器等防雷装置的接地引下线注入地网，当有大电流通过地网泄放时，就会在地网的节点上产生很高的电位差，由于地网的接地阻抗，特别是感抗的影响，使得地网电位极不均匀，两点间的电位会差别很大。通常情况下，地网与二次侧设备电源或信号电缆屏蔽层相连接，由于耦合作用，这样电位差会通过电缆的屏蔽层，在电缆芯线上产生电压和电流。这种横向电位分布不均匀、电位梯度大、跨步电压超标等接地问题，在不同程度上造成了过电压侵入二次侧设备。在没有其他防雷设备保护的情况下，一旦侵入的过电压超过二次侧设备人口端可以承受干扰的最大值，就会造成设备干扰甚至烧毁。
二、防雷体系的重要性
铁路牵引供电系统一旦被雷击中，不仅会中断列车供电，还会影响列车的正常运行，更会导致列车安全事故的发生，严重者将会导致人员伤亡和经济损失。例如，在铁路运输的历史发展进程中，由于雷击原因造成的列车事故数不胜数。在这些事故中，某铁路事故的发生仅历时7min，其雷击次数就高达近百次。由此可见，铁路牵引供电系统防雷技术研究的重要性。
三、牵引变电所系统防护方案
1.接触网隔离开关回路防雷隔离。为解决工频过电压和雷电过电压沿交流电源线缆侵入所内二次侧设备的问题，设计了电气化铁路接触网电动隔离开关。当由牵引变电所、开闭所、分区所、自耦变压器所用交流电源系统提供电源时，为防止强电侵入上述二次侧设备所造成影响，在所内引出至接触网隔离开关机构箱交流电源回路上，增设隔离变压器，并在该隔离变压器的副边馈线引出至接触网隔离开关，为了有效阻止故障工频过电流侵入到所内，隔离变压器设计为高耐压、低转移系数，且具备自动切换功能。一旦隔离变压器内防雷设备发生故障，则瞬间启用旁路，确保变电所内供电不受影响，同时智能监测系统将状态信息上传至终端，通知运维人员。
2．牵引变电所二次侧综合防雷。（1）交直流回路防雷。针对交直流回路，采用分散方式设置浪涌保护器。根据设备所处位置及其重要程度，既考虑到从机房外引至机房内的线缆防护，也考虑到户外设备的防护，采取分区、分级、分设备的方式，最大程度地降低雷电过电压的危害，保证设备安全。考虑到地电位波动对设备造成的影响，浪涌保护器均采用压敏电阻串接放电管方式。1)交流电源第1级：包括交流屏人口(开关型或限压型)，室外照明配电箱，接触网开关交流出线，端子箱加热回路，主变端子箱风机回路等。2)交流电源第2级：包括直流屏人口，综自交流电源入口，安监控制屏交流人口，通信屏人口，接触网隔离开关控制屏入口等。3)直流电源第1级：包括直流屏输出母排，端子箱盒母排。4)直流电源第2级：包括综自设备人口和一48V直流传输设备。（2）综自设备防雷。二次侧综自设备与一次侧设备存在较多电缆联系，在所内避雷针接闪或附近落雷时，雷电通过空间电磁感应侵人到二次侧回路，容易造成二次侧设备的故障。为了实现二次侧设备全面、有效的雷电防护，并使浪涌保护器与二次侧设备屏蔽隔离，在主变和馈线综自设备处集中设置了二次防雷屏，浪涌保护器集中安装在二次防雷屏内，防雷引接线就近连接至二次侧线缆端子排，防雷屏就近接地。（3）其他通信信号防雷。1)在微波天线、微波馈线、GPS主时钟天线设备处，设置标称放电电流不小于5kA(8／20“s)的天馈线浪涌保护器。2)在控制室内远动屏至通信屏的语音线，或RS一232等信号线的远动屏一侧，安装标称放电电流不小于3kA(8／20 us)的浪涌保护器。3)在交直流屏至综自屏的RS一485串口线综自屏一侧，安装标称放电电流不小于3kA(8／20Fs)的浪涌保护器。4)从户外引入的监控线(如视频监控线、激光对射控制线)，在监控屏一侧安装标称放电电流不小于3kA(8／20 gs)的浪涌保护器。5)在综自设备至通信屏的RJ一45网络口通信屏一侧，安装标称放电电流不小于1.5kA(8／20 Us)的浪涌保护器。
3.综合接地系统。（1）二次设备等电位连接及接地结构。当线路上有机车通过时，牵引变电所地网有工作电流流过，就会引起地网上电位波动。在牵引变电所内设置等电位时，应充分考虑牵引回流在不同接地点之间引起的电位差。因此，最好采用星型等电位方式，即机房内部等电位网络与地网的连接宜采用单点连接，如图1所示。图1中的2种连接方式均属于星型等电位连接方式，左图中多种设备串联后接人等电位排，便于现场施工；右图中多种设备分别连接到等电位排，其接地效果更优。
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图1机房内部防雷等电位网络连接示意图
在所内二次侧设置防雷设备后，应新增接地汇集线以满足防雷设备的等电位连接需求。新增的等电位连接系统，以不影响、不改变既有设备等电位连接状态为原则。（2）线路网隔开防护设备的接地。线路上新增的防雷设备、设备箱／盒等，可就近接人铁路综合接地系统。在没有铁路综合接地系统的线路，设置独立接地装置，接地电阻不大于10。防雷箱接地线采用线径不小于16mm2的多股铜线。
4.智能监测部分.为了便于运维值班人员迅速定位故障位置，引入智能防雷监测理念，既能实时监测牵引变电所内新增防雷设备的运转情况，也可以记录防雷设备状态和雷电信息，及时掌握全线所有牵引变电所雷害事故的数据统计，给现场调查分析提供数据基础。
结语：
总之，在今后的工作中，还要将牵引变电所防强电侵入作为系统工程进行设计考虑，逐步深化这一理念。只有保证各项防雷措施综合运用，才能确保牵引变电所二次侧系统的安全可靠运行。
参考文献：
[1]刘晓.铁路牵引供电系统综合自动化控制探析.2019.
[2]周海生.浅谈铁路牵引供电系统安全防护与优化技术方案研究.2018.