劉文莉

摘要：在牽引供電的過程中，電壓會影響到電力機車高壓電氣設(shè)備的正常運行，甚至還會燒毀高壓電氣設(shè)備，本文以電力機車為例，分析了電力機車在運行的過程中可能運到的雷電過電壓、操作過電壓等現(xiàn)象的產(chǎn)生，并針對于電力機車過電壓的防護方案做了優(yōu)化，為今后的相關(guān)工作的開展，提供了借鑒，

關(guān)鍵詞：電力機車;高壓電器系統(tǒng);過電壓;防護方案分析

0? 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，鐵路交通已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素，我國當(dāng)前高速鐵路運行已經(jīng)居世界第一位，當(dāng)前我國牽引供電系統(tǒng)的電化率和復(fù)現(xiàn)率都能夠滿足我國當(dāng)前社會發(fā)展和國家經(jīng)濟發(fā)展的需要，并且相關(guān)的技術(shù)都已經(jīng)達到國際先進水平。當(dāng)前我國牽引供電系統(tǒng)一般通過電力機車經(jīng)過斷路器、互感器等一系列的高壓設(shè)備，將電能轉(zhuǎn)化為動能，從而推動電車的行駛。但是長期以來電力機車的供電系統(tǒng)以及高壓防護問題都沒有得到很好的解決。以電力機車為例，在運行的過程中除惡劣環(huán)境外，大氣過電壓操作都有可能會影響電力機車的正常運行。因此，就電力機車所承受的電壓環(huán)境進行測試分析，了解國內(nèi)外對于電氣系統(tǒng)防護方案及過電壓防護的標準，改進了當(dāng)前電力機車高壓電氣系統(tǒng)的防護方案，推動我國鐵路安全運行，為我國未來鐵路快速發(fā)展，起良好的推動性作用。

1? 電力機車過電壓產(chǎn)生機理

根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)表明，電力機車在運行的過程中可能會受到以下幾種電壓的影響：首先是工頻電壓，即在正常的運行系統(tǒng)下的電壓，我國當(dāng)前規(guī)定鐵路部門牽引供電系統(tǒng)的電壓為25000瓦;暫態(tài)過電壓，這主要是指在短時間內(nèi)受到的工頻電壓，其嚴重程度主要取決于幅值和持續(xù)的時間;操作過電壓主要是指電壓與供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，特別是與開關(guān)設(shè)備的特性有關(guān)的電壓;雷電過電壓，主要是雷電直擊于接觸網(wǎng)或者是線路及其地面所產(chǎn)生的電壓。這些不同方面的電壓都對電氣化鐵路安全的運行造成了重要的干擾[1]。

2? 電氣系統(tǒng)過電壓的類型

2.1 接地故障形成的電壓

接地故障是常見的電力系統(tǒng)故障之一，特別是單相接地故障發(fā)生的次數(shù)相對比較多，當(dāng)電壓增大時單線接地故障發(fā)生頻率也會隨之增加。當(dāng)單線接地故障發(fā)生時，電壓會隨之增大，此時避雷器的防護措施也難以發(fā)揮其作用，在實際電力系統(tǒng)操作的過程中發(fā)現(xiàn)單相接地時電壓值會來對避雷針擋弧電壓進行選擇，從而導(dǎo)致正常供電系統(tǒng)受到破壞。當(dāng)超高電壓對電網(wǎng)產(chǎn)生故障時，則需要立即對電流進行切斷，同時還需要配合合理的方法來對故障采取相應(yīng)的措施進行補救[2]。

2.2 負載突變型過電壓

電氣系統(tǒng)在運行的過程中可能會出現(xiàn)各種各樣的臨時性的故障，此時一些比較大負荷的供電停止，這樣也會導(dǎo)致電壓升高，從而使得內(nèi)部的過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)正常運行的過程中，其電壓是不會發(fā)生改變的，會保持足夠的輸送功率，其斷電系統(tǒng)也是不變的，這樣就可能會出現(xiàn)電壓升高的情況。發(fā)動機在運行的過程中，其系統(tǒng)會根據(jù)自身的慣性保持一定的轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)生甩負荷時，轉(zhuǎn)速會增加，從而導(dǎo)致發(fā)動機的實際頻率會產(chǎn)生相應(yīng)的提高。一旦該現(xiàn)象發(fā)生在輸電線路的長線的末端時，會導(dǎo)致電容效應(yīng)產(chǎn)生，從而使得電壓升高，可能會產(chǎn)生過電壓的現(xiàn)象[3]。

2.3 諧振過電壓

諧振過電壓則主要發(fā)生的原因是由于電感電容元件組成的回路在同一頻率下發(fā)生了共振現(xiàn)象，可以根據(jù)過電壓的形式不同分為線性過電壓和非線性過電壓。諧波過電壓主要是發(fā)生在系統(tǒng)故障或者是非全項操作的狀況下，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，則有可能會發(fā)生線性諧振過電壓的現(xiàn)象。非線性諧振過電壓則有可能是由于變壓器或者是互感器的鐵子元件而引發(fā)的，主要隨著外部電壓的變化而產(chǎn)生變化[4]。

3? 過電壓防護的方法

基于過電壓對于電氣設(shè)備的影響和危害，因此過電壓現(xiàn)象需要得到相關(guān)電力工作人員的重視，一般過電壓的防護措施需要根據(jù)電氣設(shè)備所在的環(huán)境進行不同類型的電壓幅值的推測，根據(jù)原理選擇相應(yīng)的防護對電壓進行壓制，或者是利用絕緣設(shè)備進行防護。對過電壓的防護主要是穩(wěn)定電壓保護電氣設(shè)備的正常運行。本文基于電壓防護以及影響電路線路的過電壓現(xiàn)象進行了分析，從而加強對電力線路的保護，重視電氣設(shè)備的電壓防護以及相關(guān)元件的檢測等方面入手。

3.1 電力線路的保護

電力線路是電氣設(shè)備中十分重要的組成成分之一，電力線路都是過電壓的高發(fā)地帶，電力線路可以分為輸電線路以及配電線路。一般而言，電力線路由于雷擊或者其他的自然天氣很容易出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，為了保護過電線路避免造成過電壓現(xiàn)象造成的短路，需要對線路的裝置以及其他方面進行避雷或者是限制電壓的裝置的安裝，從而保障電力線路的安全。過電線路保護需要裝置避雷針，避免雷暴直擊導(dǎo)線，避免超負荷運行從而中斷供電，還可以設(shè)置避雷接地的引線保護電力線路的安全運營將電壓成功的引入到地底，保證電路線路的內(nèi)部的電壓穩(wěn)定，從而有效地保障用電的安全。

3.2 限制電力設(shè)備的電壓

對于電氣設(shè)備而言，限制電氣設(shè)備的電壓是保護內(nèi)部電壓防止過電壓現(xiàn)象產(chǎn)生的良好的手段。一般電氣設(shè)備的損害主要是短時間內(nèi)的電壓峰值超過了可控制的范圍，需要利用各種手段限制電壓峰值，或者是將電壓進行分流，限制電壓對電氣設(shè)備的損害。過高的電壓對電氣設(shè)備的損害主要產(chǎn)生于對電力設(shè)備的沖擊，為了有效地防止過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生，需要將電氣設(shè)備內(nèi)部的電壓進行有效的限制，是避免過電壓現(xiàn)象產(chǎn)生的有效措施。通常減少或者限制電壓的方式有設(shè)置接地線，從而將電壓進行導(dǎo)出，減少電力設(shè)備內(nèi)部的電壓峰值，有效地控制內(nèi)部電壓。其次還需要合理的布局電氣設(shè)備中的設(shè)置和控制周圍的環(huán)境，從而有效地避免過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。通過限制電氣設(shè)備的電壓，減輕了電氣設(shè)備的電壓負擔(dān)，保證了用電安全，有效地防止了過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.3 加強電氣設(shè)備的檢修與監(jiān)測

電氣設(shè)備零件老化也是產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象的重要原因之一。為了有效地降低過電壓現(xiàn)象的危害，除了需要設(shè)置保護裝置以外，也需要有效的檢查電氣設(shè)備中的各種性能和安全性。電氣設(shè)備中的絕大多數(shù)的材料都是由非金屬材料構(gòu)成的，具有一定的防電壓性，但是也存在著壽命較短，材質(zhì)脆弱的現(xiàn)象。因此需要加強電力設(shè)備中的絕緣材料的檢修，對于發(fā)現(xiàn)具有故障的零件，需要進行及時的更換和修整。對電氣設(shè)備的監(jiān)測也是保證電氣系統(tǒng)正常運行的措施之一，需要加強電氣設(shè)備的監(jiān)測環(huán)節(jié)，加強對相關(guān)的電流及電壓進行監(jiān)測，發(fā)揮電力系統(tǒng)的警報系統(tǒng)的作用，當(dāng)電力系統(tǒng)存在著危險時進行有效的預(yù)防和信息傳遞。

4? 結(jié)束語

總而言之，電氣設(shè)備的安全性和可靠性對于電力機車的正常運行具有重要的影響，電氣設(shè)備除了常見的自然損耗以及電流的沖擊以外，過電壓現(xiàn)象也是一項需要注意的內(nèi)容。因此需要采取有效的措施，例如防雷裝置的安裝、加強電壓限制等方式，有效的避免由于電壓現(xiàn)象對電器設(shè)備產(chǎn)生損害，從而提高電力設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性，加強電力機車的正常運行，提高供電的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]李秀琪.淺析超高壓電力系統(tǒng)中大氣過電壓的防范[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（23）：56.

[2]馬牮.電力機車車頂高壓絕緣檢測系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（12）：141.

[3]赫鵬，黃召明，邱艷春，等.淺析過電壓對電力機車高壓電氣設(shè)備的影響[J].電子世界，2014（007）：97.

[4]魏琪.過電壓對電力機車高壓電氣設(shè)備的影響[J].內(nèi)燃機與配件，2017（019）：116-117.

[5]王長華.過電壓對電力機車高壓電氣設(shè)備的影響[J].黑龍江科學(xué)，2018，9（24）：120-121.