牵引供电系统防雷研究

牵引供电系统防雷研究（精选3篇）

牵引供电系统防雷研究 第1篇

文章着重分析地铁直流牵引供电系统的防雷保护, 根据统计我国铁路系统每年因雷击跳闸的次数在总跳闸数中占有很高的比例, 说明系统在防雷方面确实还有很多需要改进的地方, 因此从分析当前地铁直流牵引供电系统防雷现状入手, 分析其防护手段, 结合当前存在的其它几种防雷手段, 最后提出在接触网防雷技术上的应用, 将会对目前阶段供电系统防雷起到很大的借鉴作用。

1 地铁直流牵引供电系统防雷保护现状

目前阶段地铁直流牵引供电系统防雷的主要有两个方面问题:雷击造成防雷设备损坏以及绝缘子抗雷电过电压能力不足;防雷设备损坏导致防雷失败或者造成短路跳闸, 绝缘子抗压不足会导致闪络事故, 甚至引发接触网断电、塌网的重大安全隐患。以下是深圳地铁近年发生的具体事故案例:

2012年5月发生在深圳地铁车辆段试车线的雷击跳闸事故, 经检查接触网设备, 发现是试车线某避雷器破裂, 且避雷器固定角钢有放电痕迹, 后分析事故原因是雷击接触网造成避雷器炸裂, 接地侧引线脱落后与避雷器固定角钢短接, 形成短路跳闸。通过更换避雷器解决了问题;但考虑发展, 又增设了两项长期防雷举措:一是在每年雷雨季前, 对所有接触网避雷器进行预防性试验, 保证避雷器状态良好, 同时, 按照检修计划完成接地极检修及接地电阻测试工作;二是加强巡视, 雷雨季节需每月对管内避雷器、避雷器脱扣装置及计数器等进行巡视检查。

2011年9月在深圳地铁环中线塘朗站--长岭陂站下行线高架段发生接触网遭雷击跳闸事故, 原因是接触网平腕臂绝缘子闪络。此外, 环中线自开通以来高架段接触网已连续发生两起因雷击导致绝缘子烧伤、接触网短路跳闸的事故。经分析, 确认系绝缘子抗雷电过电压能力不足造成, 解决办法是将250mm爬距的绝缘子更换为400mm爬距的绝缘子, 如深圳地铁高架段共计更换了1810个绝缘子。更换后明显降低了雷击造成的闪络事故概率, 提高了接触网系统稳定性。

直流保护系统还应考虑诸如接触网与架空接地线的短路, 接触网与电缆支架与屏蔽门短路等故障的保护。直流牵引供电系统依靠直流断路器进行保护, 而变压器也应采取必要的防雷保护措施, 在防止自身受到雷电过电压的损坏的同时, 也防止雷电过电压波通过变压器传播到其它电源系统, 提高供电的可靠性。总之, 为维护铁路运输正常秩序, 提高直流牵引供电系统的可靠性, 就必须大大降低雷击跳闸率, 而加强接触网的防雷水平更是迫在眉睫。

2 现行防雷保护措施概述

目前直流牵引供电系统线路主要防雷措施有以下三种:

(1) 部署避雷线:避雷线因其简单有效的特点, 是防雷应用中最普遍的措施, 主要运用其屏蔽作用, 减少雷电与电流之间的感应, 降低雷电击中线路的概率。 (2) 采取保护间隙:采取保护间隙主要是疏导绝缘子闪络后的续流电弧, 避免绝缘子炸裂和破损, 减少非自动恢复性故障, 促进重合闸成功, 从而保证连续性供电。这种方式成本比较低, 但是却使线路跳闸次数增加。 (3) 增设避雷器:避雷器主要是控制绝缘子两端的电压, 减少绝缘子闪络, 作用明显, 但成本较高, 此外设置避雷器具有很大局限性, 一是避雷器的保护范围有限, 二是常用的氧化锌避雷器采用串联间隙结构增加污闪事故率;三是大面积安装避雷器的预防试验和维修工作量大, 费用高;因此鉴于避雷器的保护范围和作用有限, 只能作为牵引供电系统防雷技术措施的一种补充。

3 接触网的防雷保护分析及展望

关于接触网的防雷, 科技部联合铁道部申请国家科技支撑计划项目“牵引供电系统雷电防护技术及装置研究”, 电力科学研究院为此项目进行了理论研究以及模拟试验后得出如下结论:

(1) 当接触网不采取特殊防雷措施时, 由接触网高度和雷暴日差异分析, 雷击跳闸比例中, 超过九成的原因是直击雷, 而感应雷造成的跳闸仅占雷击总跳闸数的百分之三到五, 因此防护直击雷是接触网的防雷的主要对象, 感应雷比例很低。 (2) 为加强对正馈线和承力索的屏蔽作用, 有效降低直击雷闪络概率可以在柱顶单独设置架空地线, 但此情况需考虑绝缘子反击闪络的可能性。 (3) 一种避免绝缘子受损, 同时又可避免雷击跳闸的方法是在绝缘子上安装带间隙的金属氧化物避雷器, 安装后当线路遭受雷击, 便可将雷电流工作频率电弧疏导至间隙, 使绝缘子安全且不会反击闪络。 (4) 安装保护间隙是一把双刃剑, 一方面是遭受雷击时, 线路可将雷电流工作频率电弧疏导至间隙, 从而避免绝缘子损坏, 但另一方面由于保护间隙会降低线路雷击绝缘水平, 导致雷击闪络次数上升, 进而引发雷击跳闸。

如图所示, 图 (1) 为接触网典型支柱悬挂图;图 (2) 为接触网采用架空地线防护;通过分析接触网防雷的现状, 结合多年的供电系统雷电防护经验, 最后加上上述研究成果, 我们在实际运用中可对接触网采取如下防雷加强措施:

一是如果区段无加强线可以增设架空地线, 在某些情况下接触网支柱的高度比较低, 可以在支柱顶部设置地线肩架, 增加一条架空地线, 增强对正馈线和接触网的屏蔽作用, 此外为使雷电流泄流, 应在基础和支柱内预留的接地螺栓间增设电气连接线, 如此将大大降低直击雷闪络。

二是加强线可以临时扮演架空地线角色, 加强线位于接触网的最高处, 相比接触悬挂与正馈线, 加强线的受雷概率更大, 短接每个加强线固定点处的支柱绝缘子, 如此加强线便会产生屏蔽作用, 与正馈线成角四十五度起保护作用, 与接触网的角度则为七十度, 同样可以降低50%的雷击跳闸率。

三是在线路出口合架区增设具有间隙功能的避雷器, 由于合架区接触网支柱较高, 且其顶部双肩悬挂合成绝缘子, 致使隔离开关与避雷器在此密集分布, 增设架空地线难以实施, 在接触网绝缘子上安装金属氧化物避雷器可降低绝缘子遭雷击损坏概率, 但此方案风险比较大, 可靠性有待确定。

4 结束语

在电气化铁道供电系统中, 牵引变电系统和接触网被形象的比作是“心脏”和“血管”, 其重要性可见一斑, 而雷击跳闸却可能严重影响这两大系统的正常运行, 进而影响运输的可靠与安全。因此, 防雷保护必须可靠而慎重, 从上文中我们可以了解到一些常用的防雷手段, 同时提到的一些新方法或许也可在防雷运用中让人喜出望外, 希望这些分析可以在实际应用中给大家带来帮助。

参考文献

[1]伍贤仁.浅论铁路供电系统中的防雷技术[J].哈尔滨铁道科技借鉴与应用, 2006, (7) :20-22.

[2]冯宁.铁路变配电所的雷击危害及防雷技术分析[J].电气化铁道, 2008, (1) :22-24.

[3]邵立华, 杨海坤, 李锐祥, 等.铁路防雷及接地工程的技术要求[J].中国铁路, 2008, (12) :23-27.

牵引供电系统防雷研究 第2篇

关键词：地铁车辆 牵引系统 金属故障

中图分类号： U279 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（B）-00

1 地铁牵引系统介绍

牵引系统为列车提供所需动力及制动力，用于控制列车电机工作，由高速开关、主电路、变流设备及其控制单元、制动电阻等部件组成。在此整个地铁牵引系统中，直线电机有逆变器控制，为车辆运行提供动力，具体来说，地铁车辆驱动，牵引系统中逆变器接收到牵引命令，关闭霍尔电流传感器，此时为其并联电路上的滤波电容器充电，其两端的电压不断升高，达到一个固定值，接着关闭三极管并打开传感器，牵引系统正式发挥其作用，在此过程中，滤波电容器两端的电压不断上升，每控制到一个固定值时，三极管自动打开，地铁牵引系统出现故障，无法正常工作。

2 地铁车辆系统中牵引的故障分析与检修方法策略

2.1 针对牵引系统进行故障分析

（1）非正常时空状态运行

所谓非正常时空状态运行就是地铁在运行中处于制动或者启动状态，并且乘客数量多，在此情况下，其严重损害地铁车辆和乘客的安全。地铁处于非正常时空状态运行时，其内部电流和电压出现变化，例如波支现象，此现象与电路短路相似，严重损坏地铁车辆内部电网，最直接的表现是影响车程出行和危害其安全。

（2）非金属性短路故障

在雨雪天气下经常出现非金属性短路故障，出现该故障的原因是雨雪天气下，水流进床道上的绝缘支座和轨道之间，而且水不是绝缘体，故降低两者的绝缘效果，另外，长时间的积水，会使得这两个地方黏贴上杂物和脱皮老化，出现漏电，在床道上的绝缘支座和轨道之间形成回路，这种现象的非金属性短路现象是经常出现的状态。此外还会在三轨供电系统中出现电弧短路现象，这种现象出现的概率也是较高的。其出现故障的主要因素是由于带电体对于导体进行放电，从而导致短路现象的发生。

（3）金属性故障

地铁车辆中钢轨和三轨接触形成电流回路，或者地铁上的绝缘支座被击穿，接地铜与三轨接触形成电流回路，此两种现象均属于金属性故障。种情况发生的主要原因是由于地铁轨道之间存在导电体，例如维修工人遗落的金属工具，维修过程中产生的金属垃圾等等这些都是导致金属故障发生的主要原因。

2.2 牵引系统的故障检修

牵引系统故障是地铁车辆出现故障较为常见的一种情况。其检修方式常为仿真检修，在检修时将牵引系统调到牵引变电所的最远端，将牵引系统中的电路进行短路操作，其次将进行仿真检测，调节相关仪器，是仿真检测地铁牵引系统中各点的数据与实际数据相同，根据电流变化情况找到故障位置，因为离故障位置越近，电流变得越大，并且检测位置与故障位置越接近，电流上升的速度越慢，依次情况就可以确定牵引系统是否发生突变。

3 牵引故障应对措施

3.1 逆变器电源开关跳闸的应对措施

具体的应对措施是车辆进站之后让乘务员检查车辆连接端逆变器电源开关的情况，如果没有跳闸现象，就试着按 UCOSU 按钮就可以牵引车辆。如果还不能得到解决，可以按下故障车的VFCB1 和 VFCB2 的开关，则车辆到达终点站后就会暂停服务。在进行检查逆变器电源开关时需要延误运行时间三分钟左右，这时就要通知后续车辆的发车时间，避免后面的车辆进入并等待，降低地铁运行中的服务质量。

3.2 车辆牵引参数屏幕上出现红点的应对措施

故障车辆驾驶进入车辆检测中心，控制中心将其内部的告诉断路器进行分离，分离一次后就能使其内部的逆变器复位。如果出现连续两次复位 HB 失败的情况下，车辆牵引系统不能正常工作，此时可以按单元切除按钮，同时再次分合 HB，车辆运行则会报告控制中心车辆正常运营。车辆如果不能牵引就按下故障单元车的逆变器电源开关报告控制中心，这时车辆到达终点站就会暂停服务；如果有两个逆变器出现故障并且这两个逆变器在同一个单元，出现连续两次复位 HB 失败的情况下车辆无法牵引，可以试着开启单元切除按钮同时再次分合 HB，车辆运行则会报告控制中心车辆正常运营。车辆如果不能牵引，就按下故障单元车的逆变器电源开关报告控制中心，这时车辆到达终点站就会暂停服务；如果有两个逆变器出现故障并且这两个逆变器在同一个单元，出现连续两次复位 HB 失败的情况下车辆无法牵引，可以试着开启单元切除按钮同时再次分合 HB，车辆运行则会报告控制中心车辆正常运营。

车辆如果不能牵引就按下故障单元车的逆变器电源开关同时按下单元切除按钮再次分合高速断路器，试着牵引并报告控制中心，车辆到达终点站就会暂停服务。如果逆变器出现故障，一般处理过程是先按下故障段元车辆的单元切除按钮，接着再进行高速断路器分离，经列车推送至停车区，停止运行，进行更为详细的检查。如果地铁车辆故障使其不能牵引运行，先关闭故障车辆逆变器的电源，再一次按下单元切除按钮，将列车行驶到停车区即可。此时还是不能运行车辆或是逆变器存在六个故障且复位两次 HB 失败，就需要进行组织援救。

4 结语

地铁牵引系统是地铁车辆动能的主要来源，动能出现问题就会使得车辆的安全运行出现故障。因此为了提高地铁运行安全质量，就要从实际情况出发，充分分析车辆牵引系统，找到故障发生的主要原因，找到事情的主要矛盾，只有这样，才能对地铁牵引系统进行科学、合理的改进可利用。这就需要我们要在这方面勇于创新，发现更多的问题并进行逐一突破。

参考文献

[1] 刘海涛. 地铁车辆用DC 1500V IGBT牵引逆变器[J]. 机车电传动. 2008（05）

[2] 丁福焰，杜永平. 机车车辆故障诊断技术的发展[J]. 铁道机车车辆. 2004（04）

牵引供电系统防雷研究 第3篇

摘要：近年来，高速动车组的发展一方面适应了社会快速发展的新形势，另一方面也加快了人们的生活节奏。为不断适应发展变化着的新形势，满足人们不断增长的新需求，需要对高速动车组牵引传动控制系统进行优化，从而推动我国交通运输事业的发展，促进国民经济稳步提升。

关键词：动车组；牵引传动；控制系统；仿真设计

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0085-02

高速铁路的快速发展，使得对高速列车的需求也在逐渐增长，并对其提出了更多、更高的要求。虽然高速动车组在促进国民经济发展、社会进步和加快人民生活节奏方面发挥了重要作用，但在很多技术方面刚刚起步，尚未成熟，因此需要技术上的提升和系统优化。对于高速动车组这一复杂系统，建立合理有效的高速动车组牵引传动控制系统显得至关重要。本文主要分析了我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状以及高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案。

1 我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状

1.1 牵引动力配置方式以动力集中方式为主

我国高速动车组的牵引动力配置方式主要有动力分散方式和动力集中方式。动力集中方式是一种较为传统的电力牵引模式，使用历史久，技术相对成熟，而且使用的范围广泛，动力集中型动车组是由日本首创，近年在欧洲得到广泛推广与应用。

随着科学技术的发展进步，我国在动力分散型动车组的设计上取得了一定成就。例如“中原之星”动车组、“先锋号”动车组以及CRH系列动车组。“和谐号”CRH系列动车组，是由十六台三相异步牵引电动机均匀地安置在四辆动车的地板下，由每台电机驱动一根车轴，十六台电机共同合作就让整个动车组高速运行起来了。但是动力分散型的技术仍不够成熟，还处在起步阶段，而且资金投入大、技术要求高，因此，我国高速动车组的牵引动力配置方式仍以动力集中方式为主。

1.2 我国高速动车组以直流传动制式为主

直流传动制式和交流传动制式是高速动车组牵引传动制式的两种方式。在我国，主要铁路上的高速动车组，多数采用直流传动制式，对交流传动制式的使用较少。相比，在国外，先进的科学技术使得交流传动制式的高速动车组具有显著优越性，市场前景广阔。因此，多数生产厂商也已经停止了对直流传动机车的生产，多采用交流传动方式的牵引技术。我国高速电动车组的发展由于技术的不成熟，缺乏创造性，对于交流传动技术的应用也才刚刚起步。

1.3 普遍采用微机牵引控制系统

我国铁路机车普遍采用微机牵引传动系统，但在较为传统的直流传动机车上仍然有大量的模拟电子控制系统。随着科技的进步、网络的发展，网络技术对于交通运输事业也在发挥着越来越大的作用。在列车通信网络快速发展进步的新形势下，我国的高速动车组也开始使用通信网络进行控制和信息的传递，例如，司机对列车的各种控制命令都可以通过列车通信网络传送到列车的各个部位，执行的结果也可以通过网络再反馈给司机，从而使司机更加全面、系统地掌控列车的运行，促进列车协调、稳定运行。通过采用微机牵引控制系统逐渐形成对列车的分布式控制，是我国高速动车组牵引控制系统的现状。

2 高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案

2.1 进行高速列车内外部环境仿真

列车的内部环境不仅包括牵引传动控制系统，还包括网络系统等，外部环境包括牵引供电系统、线路的地理条件和轨道等。通过对内外部环境的仿真模拟，能够对列车在运行过程中可能出现的问题进行预测，并提前找到解决方案，避免实际运行过程出现差错，减少损失。以青藏铁路为例，高原缺氧、低温、强烈的紫外线以及高原冻土是铁路运输所面临的外部环境，这些对列车的控制系统提出了更高要求，因此内外部环境的仿真有其必要性。内外部环境的仿真模拟可以为牵引传动控制系统的优化提供保障。

2.2 进行三维视景仿真

随着数字化进程的发展，各行业信息化建设也加紧了步伐，铁路业也应紧跟时代步伐，为驾驶司机提供三维视景。传统的二维视景数据单一、抽象，只能展现宏观的景象概况，在细节上有局限性。而司机室三维视景仿真，能给司机提供丰富的环境信息，使司机更加清楚地了解在目前操作下，牵引传动系统的整体工作状态。当三维视景达到最佳效果，司机的临场感也会大大增强，从而集中司机注意力，调动其积极性，提高工作效率。

2.3 高速动车组牵引变压器热仿真

牵引变压器是高速动车组牵引传动系统中的关键部件，列车运行过程中的安全性与其密切相关。因此，为保障列车运行的安全性，需要研究高速列车牵引变压器的温度随列车实际运行发生的变化，对其进行冷却降温处理。由于变压器具有复杂的结构，并且涉及对热学、电磁学等多门科学的同时运用，因此研究模拟较为困难。但是预算和控制变压器内部的温升对于牵引变压器的研究具有重要意义。为此，国内外的众多专家也做了很多研究。

变压器作为一个复杂的系统，各个参数之间的关系也非常复杂。要想在列车运行中准确地计算出各个点的温度是很困难的，因此需要简化后再计算。铁芯和绕组产生的损耗是变压器的主要热源，热量会由变压器内部传导到表面。可以通过变压器内部油的对流，把来自铁芯和绕组的热量传给油箱壁，被加热的油箱壁通过周围的空气对流把热量散走，从而达到冷却变压器的目的。做一个具有特殊形状、容易散热的冷却器，把变压器中的油利用油泵，打入油冷却器，冷却后再返回到油箱中，从而带走热量，为牵引变压器降温。

3 结语

伴随着经济的发展和科技的进步，我国的高速动车组取得了巨大进步。但仍不够成熟，需不断开拓创新，引进国外先进技术，发现其中存在的问题，对牵引传动控制系统进行不断优化。从而使我国铁路运输走向成熟，保障交通运输事业的健康、稳定和可持续发展，满足国民经济发展需求，为我国社会主义现代化建设做贡献，推动时代的进步。

参考文献

[1] 丁荣军.现代轨道牵引传动及控制技术研究与发展

[J].机车电传动，2010，（9）.

[2] 张曙光.铁路高速列车应用基础理论与工程技术

[M].北京：科学出版社，2007.

[3] 黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4] 刘友梅.我国电力机车四十年技术发展综述[J].机车电传动，2006，（11）.

基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2009BAG12A01-H04-2）

作者简介：孙菁睿（1984—），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，研究方向：高速动车组调试；康瑛（1973—），女，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：高速动车组调试技术。