铁路牵引变电所遭受雷击的原因分析及预防措施探讨

铁路牵引变电所遭受雷击的原因分析及预防措施探讨

摘要】：铁路牵引变电所是电气化铁路供电系统的一项重要组成部分。其作用

是将来自地方电力系统的三相高压电 (110kV或 220 kV)经降压和分相后，变成

27.5 kV单相交流电供电力机车使用。牵引变电所在电气化铁路供电系统中具有极为重要的作用，一旦发生雷击事故，将会造成大面积停电，严重危害铁路运输的

安全。因此，铁路牵引变电所必须具备非常可靠的雷击过电压防护措施。本文基

于现有的电气化铁路防雷措施，结合实际的电气化铁路变电所安装过程的施工经验，探讨进一步增强电气化铁路防雷功能的部分措施。

【关键词】：电气化铁路；牵引变电所；雷击

目前，我国电气化铁路牵引供电系统在接地、防雷和过电压方面已形成较为

成熟的标准。但是铁路牵引供电系统运行过程中，仍然经常会发生各类雷击跳闸

的问题，而且由于变电所所处环境及设备安装模式与接触网和电力线路有所不同，故铁路牵引变电所雷击问题需要单独分析探讨。

1. 铁路牵引变电所遭受雷击的原因分析

1.1铁路牵引变电所所内一次侧设备因遭受直击雷导致事故

为避免变电所遭受直接雷击伤害，目前最常见的防治手段就是变电所架设多

个独立避雷针，防护范围完全覆盖整个变电所，有效实现户外设备的雷电防护。

牵引变电所 220 kV 或 110kV进线侧、牵引变压器27.5 kV进线侧和馈线侧，10kV

所用变压器进线侧都设置避雷器。但是这些避雷措施及设备一旦设计安装存在问

题或者日常保养维护工作未做到位也会导致事故发生。

1.1.1铁路牵引变电所所内避雷器保护范围存在盲区

牵引变电所在建设时一般所内四个角落均会安装四台大型避雷器以防止直击雷，而且在主变压器附近也会装设有氧化锌避雷器，这些可以有效保护牵引变压

器免受雷电侵入波的损害，但上述防雷设备的防雷保护范围存在一定的盲区，一

旦施工之初未合理安装，就会为接下来变电所设备遭受雷击带来巨大隐患。

1.1.2实例说明

①事故经过：2018 年07月04曰20时56分45秒558毫秒，由于夏季雷雨天气急剧增加，AG变电所遭受雷击导致所内绝缘子击穿，牵引主变差动保护动

作跳闸。

②原因分析：事故发生后，通过复查所内监控视频，2#主变看到的闪光，而

馈线侧监控视频画面无闪光，说明当时确有直击雷对主变低压侧A相母线放电，

造成7BL计数器动作一次并将雷击能量传递至高压室。所内监控视频画面中

27.5kV高压室看到的闪光，这是203开关静触指上部支持瓷瓶闪络放电，过电压

来自主变低压侧A相母线。而通过检查所内设备检调记录可知，清扫组于7月2

日对27.5kV 高压室支持瓷瓶进行了清扫，因此可以排除支持瓷瓶脏污造成的闪络跳闸。雷击 (直击雷)造成2B低压侧A相穿墙套管至203开关上触指间的母排支

持瓷瓶闪络击穿，电流值超过差动速断保护定值引起主变差动保护动作。

1.1.3所内设备日常巡检不到位

变电所值班员及变电检修人员在日常设备检修保养过程中工作不到位，会导致牵

引变电所内支持绝缘子等绝缘设备状态不佳等异常状态未被及时发现并处理，从

而导致各类绝缘设备绝缘性能下降，此时微弱的雷电感应也是电气化设备故障频

发的主要因素。

1.2牵引变电所二次设备遭受雷击导致事故

1.2.1变电所二次设备浪涌保护器失去作用

目前，在变电所二次设备方面，变电所交直流系统的进线和母线、室外照明

回路、接触网隔离开关的二次控制回路、综合自动化系统、由交直流屏引入控制

系统端子排电缆连接处、控制回路和信号回路电源端子排连接处、与一次设备存

在电缆联系的二次系统端子排连接处、GPS天线引入综合自动化系统接口处、与

远程通信接口处，都设有浪涌保护器。而一旦供电线、网开关遭受雷击造成的浪

涌电流过大，浪涌保护器失去作用时变电所二次设备将会遭受重大伤害。

1.2.2实例说明

2019年03月03日，SX变电所主控室2#交流屏及2#主变测控屏发生故障当晚雷

暴天气，直击雷直接击中了03#供电线铁塔，雷电流及瞬间高压电场使03#铁塔

避雷器脱扣器炸裂、支撑绝缘子表面有明显放电痕迹，雷电流经03#铁塔钢结构

串入到3111GK操作连杆，经金属连杆到达操作机构控制箱。3111GK机构控制箱

的操作电源和控制电缆分别接在SX变电所2#交流屏和2#主变测控屏内，瞬间的

涌流及瞬态反击高压电场施加到变电所内的控制线路、保护装置板件及空气开关上，产生短路现象，造成保护板件和空气开关被严重烧损。同时，涌流及瞬态高

压电场将远动通讯管理机和交换机板件损坏，导致SX变电所遥控、遥信监测失效，全所的远动通道中断。

2.对于铁路牵引变电所遭受雷击的预防措施建议

为了降低铁路牵引供电变电所遭受雷击造成事故，建议从以下几个方面进行加强

改进，以防变电所雷击事故发生。

2.1针对铁路牵引变电所所内一次侧设备遭受直击雷导致事故

从本文前面章节中可以看到，造成铁路牵引变电所遭受直击雷的重要原因是

变电内各种防雷设备的保护范围不够，存在一定的盲区，针对此种情况可以制定

以下改进措施：

2.1.1在牵引变电所加设避雷线

根据近几年接触网系统中架设避雷线从而大大减少了接触网雷击事故的经验，变电所为防雷击可以在靠近牵引变电所1～2 km的进线段上同样装设避雷线，这

样在雷电先导阶段，避雷线顶部聚积电荷，可以在发展先导和避雷线顶端之间的

通道中建立了很大的电场强度，避雷线迎面先导的产生和发展大大加强了这个通

道中的电场强度，最后选定击中避雷线，靠近避雷线的被保护物比避雷线低，由

于避雷线的屏蔽和迎面先导作用，使被保护物遭受雷击的概率很小。利用避雷线

可实现直击雷保护。从近几年接触网避雷线的实用现状来看，虽然这种方法不是

主动的，但能提供99.5％~ 99.9％的保护效果。

2.1.2在牵引变电所高压场地的门型框架上加装接闪器

接闪器就是专门用来接收直接雷击的金属物体，在各牵引变电所的门型框架

顶部两端及变电所屋顶加装接闪器可充分利用门型框架固有高度和屋顶自身高度

构成一定的防雷保护半径，以减少雷电直击高压设备的风险。

2.1.3加强日常巡检质量管理

为了降低由于变电所值班员及维修人员的失误，建议管理人员应当优化管理，建

议建立有效的责任落实制度，要求变电所值班人员及设备检修人员加强责任意识，以降低由于制度和检查问题造成的隐患。除此外，管理人员应当落实实名检查制度，加强现场考核和巡查，以降低漏检和漏修的现象，最大程度地保证设备质量。

2.2针对牵引变电所二次设备因供电线、网开关遭受雷击造成浪涌电流反向击伤