徐啟程

中國鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司

高鐵客專低壓配電防雷系統(tǒng)設(shè)計方案探討

徐啟程

中國鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司

介紹浪涌保護(hù)器的工作原理及其主要性能、指標(biāo)；針對高鐵低壓配電防雷系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)較為詳細(xì)的分析研討，并同普鐵對比；結(jié)論得出在低壓配電系統(tǒng)中加裝浪涌保護(hù)器防止雷電電磁脈沖是一種經(jīng)濟(jì)且行之有效的防護(hù)措施。

浪涌保護(hù)器；高鐵低壓配電系統(tǒng)；設(shè)計要點(diǎn)；工程實(shí)際應(yīng)用

1.浪涌保護(hù)器

1.1 浪涌保護(hù)器(英文縮寫SPD，以下均簡稱SPD)類型

(見表1)

1.2 SPD主要性能指標(biāo)

1.2.1 10/350μs波是模擬直擊雷的波形，波形能量大；

8/20μs波是模擬雷電感應(yīng)和雷電傳導(dǎo)的波形。

1.2.2 標(biāo)稱放電電流In：

流過SPD、8/20μs電流波的峰值電流。

1.2.3 沖擊電流Iimp：

用于電源的第一級保護(hù)SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力(采用10/350μs波形)。

1.2.3 最大放電電流Imax：

又稱為最大通流量，指使用8/20μs電流波沖擊SPD一次能承受的最大放電電流。

1.2.4 最大持續(xù)工作耐壓Uc(rms)

可以持續(xù)施加于電涌保護(hù)器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等于電涌保護(hù)器的額定電壓。

1.2.5 保護(hù)電壓水平Up:

在標(biāo)稱放電電流(In)下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對于電源保護(hù)器而言，可分為一、二、三、四級保護(hù)，保護(hù)級別決定其安裝位置，保護(hù)級別需與被保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的耐壓能力相匹配。

2 高鐵客專低壓配電線路加裝浪涌保護(hù)器設(shè)計方案分析

2.1 低壓配電系統(tǒng)防雷浪涌多級分步泄放原則

由于雷擊的能量是非常巨大的，為了避免殘壓對設(shè)備的干擾；高鐵低壓配電系統(tǒng)中SPD的設(shè)置采用了多級分步的設(shè)計原則將雷擊能量逐步泄放到大地。

在直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZ0A)或在直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)與第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)交界處，安裝通過Ⅰ級分類試驗的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為第一級保護(hù)，對直擊雷電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時，將傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放。在第一防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)(包含LPZ1區(qū))交界處安裝限壓型浪涌保護(hù)器，作為二、三級或更高等級保護(hù)。第二級保護(hù)器是針對前級保護(hù)器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備，在前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設(shè)備或第三級保護(hù)器而言是相當(dāng)巨大的能量，會傳導(dǎo)過來，需要第二級保護(hù)器進(jìn)一步吸收。同時，經(jīng)過第一級防雷器的傳輸線路也會感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射。當(dāng)線路足夠長時，感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級保護(hù)器進(jìn)一步對雷擊能量實(shí)施泄放。第三級保護(hù)器對通過第二級保護(hù)器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平，就只需要做兩級保護(hù)；假如設(shè)備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護(hù)。

首先按建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護(hù)等級，共分為A、B、C、D四級，火車樞紐站特別是高速鐵路通信、信號設(shè)備屬于甲級安全防范系統(tǒng)，屬于A級雷電防護(hù)等級。而相對應(yīng)的配電線路采用防護(hù)級數(shù)為：A級一般采用3級或4級防護(hù)；B級一般采用2級或3級防護(hù)；C級一般采用2級防護(hù)；D級一般應(yīng)采用1級或2級防護(hù)。

以石武客專(湖北段)低壓配電系統(tǒng)為例，其鐵路防災(zāi)系統(tǒng)設(shè)備動力及通信、信號設(shè)配電線路中均采用3-4級防護(hù)，而站場二級負(fù)荷用配電采用了1級防護(hù)。

2.2 接線方式

2.2.1 SPD并聯(lián)線路的接線方式

低壓配電線路中一般都采用并聯(lián)安裝接線；這主要從線路負(fù)載角度考慮，并聯(lián)線路時加裝SPD與負(fù)載大小無關(guān)，還可以保障供電的連續(xù)性；而串聯(lián)安裝必須考慮負(fù)載功率不能超過SPD的額定功率，并且留有余量，這對于SPD的制造造成局限性且陳本較高。

2.2.2 SPD串聯(lián)電流斷路器或熔斷器進(jìn)行過流保護(hù)

表1 浪涌保護(hù)器類型

雖然大多數(shù)電源浪涌保護(hù)器含有內(nèi)置的熔絲，在承受過高的浪涌電流沖擊時可以起到一定的保護(hù)作用，但是由于在連接電源浪涌保護(hù)器的線路中，仍存在相間發(fā)生短路故障的可能性并且考慮到浪涌保護(hù)器的檢修、維護(hù)，所以SPD設(shè)計安裝電流斷路器或熔斷器對浪涌保護(hù)器及其線路進(jìn)行過電流保護(hù)。

斷路器或熔斷器電流整定值需與電源浪涌保護(hù)器內(nèi)部熔絲、連接導(dǎo)線匹配；瞬態(tài)過電壓沖擊的持續(xù)時間很短，整定值約為25安培的熔斷器或斷路器可以通過幾萬安培的瞬態(tài)浪涌電流(8/20μS波形)，而熔斷器和斷路器的響應(yīng)時間相對來說是較慢的(幾十ms以上)，所以它們在浪涌沖擊狀態(tài)下動作機(jī)會極小。SPD上端加裝電流斷路器或熔斷器可行、合理。如圖3 為設(shè)置于電力遠(yuǎn)動箱變低壓饋出總電源線側(cè)的SPD，并聯(lián)于線路中，且加上了斷路器進(jìn)行過流保護(hù)。

在加斷路器或者熔斷器進(jìn)行過流保護(hù)時，應(yīng)特別注意斷路器或熔斷器的整定電流的選擇，SPD過流保護(hù)裝置的整定電流要小于斷路器或熔斷器整定電流；當(dāng)SPD整定電流大于斷路器或熔斷器整定電流時；按要求可以取消SPD過流保護(hù)裝置可取消，與配電斷路器或熔斷器共用保護(hù)裝置。

根據(jù)蒸汽驅(qū)的篩選標(biāo)準(zhǔn)（表1），草33區(qū)塊除油層厚度較薄外，其他參數(shù)如油藏深度、含油飽和度、孔隙度、滲透率、純總厚度比等均滿足水平井蒸汽驅(qū)條件。但隨著水平井開發(fā)技術(shù)與注汽配套工藝的改進(jìn)，對于這種薄層稠油油藏的開發(fā)是可以實(shí)現(xiàn)的。

2.2.3 SPD開關(guān)級數(shù)的選擇

高鐵電力低壓配電系統(tǒng)一般為TN-S系統(tǒng)，在TN-S系統(tǒng)接地型式中，N線與PE線是從電源線中性點(diǎn)處是完全分開獨(dú)立的，所以第一級防護(hù)(總配電)時應(yīng)在L線與PE線，N線與PE線之間加裝四極式SPD；在才能滿足浪涌保護(hù)的基本原理，即在瞬態(tài)過電壓存在的極短時間內(nèi)，在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的所有導(dǎo)電部件之間建立起一個等電位。所以SPD第一級防護(hù)接線往往選擇四極式SPD。而分配電源箱依據(jù)受點(diǎn)設(shè)備的相數(shù)進(jìn)行選擇級數(shù)，單相則選擇2P浪涌保護(hù)器。

4 結(jié)束語

本文是筆者在審圖、設(shè)備訂貨及具體施工中，就低壓配電線路中加裝SPD碰到的實(shí)際問題，也是目前備受關(guān)注的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題。涉及到防雷規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，通過相關(guān)資料的學(xué)習(xí)，與設(shè)計、廠家及其它專業(yè)的相互溝通，認(rèn)真學(xué)習(xí)理解和實(shí)際工程中的應(yīng)用，整理成文。為以后該類型施工圖的審查以及施工過程中的質(zhì)量把關(guān)提供了一定的參考依據(jù)。

[1] B50057-94(2004版)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范

[2] IEC61024-1：建筑物防雷 第1部分 通則

[3] IEC61312-1：雷擊電磁脈沖的防護(hù) 第1部分 通則

[5] IEC61312-3：雷擊電磁脈沖的防護(hù) 第3部分 浪涌保護(hù)器的要求

[6] IEC61662：雷擊損害風(fēng)險評估

圖3 軌道電路絕緣測試示意圖

如圖3所示，首先將電壓表跨接在受電端鋼軌上，此時電壓表上可讀得一個數(shù)值，然后利用短路線a跨接在其中一組絕緣節(jié)A兩端的鋼軌上。此時，如果軌道繼電器銜鐵落下或電壓表數(shù)值減小，甚至指針反方向動作時，則說明相對應(yīng)的那組絕緣B有破損現(xiàn)象。因此時鄰接軌道電源通過絕緣B直接串在電路中，構(gòu)成環(huán)狀電路所致。再按此法，將短路線a跨接在另一組絕緣B上，同樣即可測得相對絕緣A的性能情況。

5、結(jié)束語

以上就城軌信號系統(tǒng)單軌道50Hz相敏軌道電路的工作原理及維護(hù)做了簡要說明，為了提高行車密度，保證行車安全，我們必須有計劃的對軌道電路進(jìn)行維護(hù)，保證其正常工作，完成列車的占用檢查功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張海生.淺談單軌道50Hz相敏軌道電路在軌道交通中的應(yīng)用，《電子世界》，2013

[2] 郝紅霞.《城市軌道交通信號設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)》，重慶大學(xué)出版社，2013