尹 伊

0 引言

牽引變電所的防雷設計是牽引供電設計工作的重要環(huán)節(jié)之一，應根據所在地實際情況，結合牽引變電所的運行經驗，從防護范圍計算、技術、經濟等多方面進行防雷設計比較，按需設置相應的防雷設施。在實際運用過程中，結合TB 10180—2016《鐵路防雷及接地工程技術規(guī)范》[1]和GB/T 50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》[2]中關于變配電設備間的防雷要求，牽引變電所的直擊雷防護措施主要包括安裝接閃桿和架設接閃線，本文將結合實際案例討論在牽引變電所防直擊雷保護范圍計算中這兩者間的配合。

1 保護范圍計算

對于牽引變電所中接閃桿保護范圍的計算，主要有滾球法與折線法兩種方法。GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》推薦采用滾球法，同時這也是 IEC 62305《雷電防護 Protection against lightning》[3]中采用的方法；而TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規(guī)范》[4]參考GB/T 50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》[2]中所采用的折線法，并對其進行了簡化以便于計算。對于牽引變電所中接閃線保護范圍的計算，可將安裝在建筑物屋頂的接閃線抽象為多根接 閃桿的集合[5]，按照接閃桿保護范圍的計算方法進行計算。

根據滾球法原理—擊距理論的描述，滾球法的幾何模型是半徑為hr的球體沿被保護物體滾動，在球體被地面或地面提前先導面接觸支撐時所確定的范圍，即為接閃桿的保護范圍，如圖1所示。同理，半徑為hr的球體集合體滾動所確定的保護范圍，即為接閃線的保護范圍，如圖2所示。

圖1 滾球法確定接閃桿保護范圍

圖2 滾球法確定接閃線保護范圍

2 牽引變電所防直擊雷設計案例

本文以埃及齋月十日城輕軌項目中的Badr牽引變電所為例，進行牽引變電所防直擊雷設計的討論，結合該所設計、布置情況，以及海外項目要求遵循 IEC 62305《雷電防護 Protection against lightning》的規(guī)定，首先對其采用滾球法進行防雷保護范圍的計算。

在牽引變電所的防雷設計滾球法計算中，根據當地實際情況，參考IEC 62305中表格“Table 2 Rolling sphere radius, mesh size and protection angle corresponding to the type of LPS”，確定計算中滾球半徑hr= 60 m[3]。按照220 kV進線側架構高度12 m確定保護高度hx，以確定接閃桿（高度h= 35 m）是否能夠保護電壓等級為220 kV的室外高壓設備及牽引變壓器、電力變壓器。根據式（1）：

確定其對于地面的保護范圍半徑r0= 54.54 m。

再根據式（2）：

確定其在高度hx= 12 m處的保護范圍半徑rx= 18.54 m。

根據式（3）確定每2根接閃桿之間在高度hx平面上保護范圍寬度bx，如表1所示。

式中：D為2根接閃桿之間的距離，m。

計算結果如表1所示。繪制接閃桿保護范圍如圖3所示。

表1 每2根接閃桿之間在高度hx平面上保護范圍 m

圖3 接閃桿滾球法防雷保護范圍

圖4 接閃桿滾球法聯(lián)合保護范圍剖切面（單位：mm）

由圖3可知，27.5 kV設備未在接閃桿防雷保護范圍內，由于27.5 kV進線高壓室設備及饋線設備高度較低，最高處僅4 m，考慮以hx= 4 m計算保護范圍，據式（2）得出保護范圍半徑rx= 33.00 m，據式（3）得出4#、5#接閃桿間保護范圍寬度bx= 16.69 m。

無論是以12 m作為保護高度，還是以4 m作為保護高度計算，27.5 kV饋線側室外設備均未在接閃桿保護范圍內，但根據場坪條件，以及設備的布置情況，無法在此處增設接閃桿，因而考慮以架設在建筑物屋頂20.3 m處的接閃線與接閃桿進行配合。將接閃線抽象為多根接閃桿的集合，進而將滾球法視作以hr為半徑的柱體沿接閃線滾動。同理，此處滾球半徑hr= 60 m，在hx高度上兩側的保護寬度計算式為

根據式（4）得到hx= 4.00 m時，bx= 23.45 m，此時防雷保護范圍如圖5所示。

圖5 接閃桿與接閃線滾球法防雷保護范圍

由圖5得出結論，在接閃桿與接閃線的配合下，防雷保護范圍可以覆蓋全所的室外變電設備。

為保證計算結果的可靠性[6]，使用折線法進行驗證。在采用折線法計算時，同樣先以保護高度12 m進行計算，后對4#、5#接閃桿選取保護高度4 m進行計算，得到各計算參數如表2所示，其中高度影響系數，rx=(h-hx)·P，h0=，bx= 1.5(h0-hx)。

表2 折線法各計算參數

根據表2繪制防雷保護范圍，如圖6所示。

圖6 接閃桿折線法防雷保護范圍

由圖6可知，對于保護高度12 m的保護范圍，27.5 kV饋線側設備并未完全處于保護范圍內，但27.5 kV設備高度有限，最高處僅4 m，因此通過計算4#、5#兩根接閃桿在4 m（27.5 kV電纜頭支架高度）高處的保護范圍可知，此時饋線側設備均在保護范圍內。

根據以上論述，Badr牽引變電所在接閃桿與接閃線的配合下，能夠完成所內全部室外變電設備的直擊雷防護。

3 結語

本文以一個較為特殊的案例，討論了在牽引變電所的防雷設計中接閃桿與接閃線的配合情況，以及折線法與滾球法在實際應用中的差別。在實際工程中，牽引變電所的直擊雷防護設計在特殊情況下應考慮接閃桿與接閃線相配合，在保護全面的前提下合理地做到降本增效。