TB/T 3551-2019 高速铁路牵引供电系统雷电防护技术导则

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  • 雷电击中接触网AF线或T线时,线 二的雷击都会导致接触网绝缘闪络。 雷电击中接触网附近大地或高耸物体时,通过电磁耦合作用在AF线和T线上产生感应过电压, 线路耐雷水平一般大于45kA,接触网因感应雷引起的跳闸率较直击雷引起的跳闸率低得多。 表1给出了典型接触网无防雷措施时的雷击跳闸率计算结果

    表1接触网无防雷措施时的雷击跳闸率

    注1:表中数据对应雷电地闪密度为2.79次/(km·a),折算到雷暴日约为40d。雷击跳闸率与地闪密度呈线性 正比关系,不同地闪密度对应的青跳叫幸可在表中数据基础上进行折算获得。 注2:当实际土壤电阻率介于表中给定的两个数五之间时,雷击跳闸率应取表中土壤电阻率高者对应的数值, 注3:当实际轨面高度介于表中给定的两个数值之间时,占去跳闸率应根据表中两个轨面高度对应的数值进行线 性插值计算。 注4:在计算一个供电臂内接触网雷击跳闸次数时,将供电整接机面高度、大地土壤电阻率、雷电地闪密度按参 数相近原则划分为若干特征段,查表中数据获得各特征段雷击跳次效,累加各特征段跳闸次数获得供电 臀的雷击跳闸次数。 注5:表中数据对应AF线悬挂点距离轨面7.42m、承力索悬挂点距离轨再6.9m、接触线距离轨面5.3m、AF线 距离线路中心线4.65m计算得出

    当沿铁路走廊附近存在高大树木、构筑物时,这些物体会对接触网形成雷电屏蔽,实际接触网雷击 跳闸率小于表1计算结果,参照表1进行雷电防护设计偏严格锅炉标准规范范本,应视铁路走廊沿线屏蔽物分布情况,研 究评估实际雷击跳闸率

    6. 1. 2±一般性原则

    接触网雷电防护以防直击雷为王,兼防感应雷 综合考虑土壤电阻率、走廊沿线地闪分布、接触网导线对地高度等影响因素,按照技术经济优化原 则实施差异化防护,优先选用架空地线措施,配合选用避雷器措施,特定条件下可差别少量选用并联间 凉措施。 对设置在临近接触网两侧的其他铁路设施、设备,会受到接触网屏蔽作用,接触网为这些设施、设 备提供的直击雷保护范围可采用电气 重气何模型法的原理说明参见附录C

    6.2.1当接触网无防雷措施时的雷击跳闸率大于4次/(100km·a)时,应采用架空地线措 电防护。

    6.2.2架空地线宜架设在支柱顶端,对地高度较AF线高出2m~2.5m(直供供电方式时对地高度辅 T线高出1.5m~2m)。典型T程安装示意参见图D.1。 6.2.3宜将架空地线在每根支柱处接地,为雷电流向大地泄放提供通道。降低支柱的接地阻抗,可扶 高架空地线的保护效果,对于路基段的钢支柱,宜将支柱与基础结构钢筋电气连通,对于路基段的混资 土支柱,应将架空地线与支柱内的接地引下线连通。

    6.2.4表2给出了接触网采用架空地线措施后的雷击跳闸率计算结果。附录E同时给出了地闪密度 为0.78次/(km·a)(近似雷暴日15d)、1.91次/(km·a)(近似雷暴日30d)、4.71次/(km·a)(近 以雷暴日60d)、7.98次/(km·a)(近似雷暴日90d)和11.61次/(km·a)(近似雷暴日120d)时,架 空地线典型设置方式下的雷击跳闸率详细计算结果,方便设计参考

    表2接触网采用架空地线措施后的雷击跳闸率

    注1:表中数据对应雷电地闪密度为2.78次/(km·a),折算到雷暴日约为40d。雷击跳闸率与地闪密度呈线性正 比关系,不同地闪密度对应的雷击跳闸率可在表中数据基础上进行折算获得。 注2:当实际土电阻率介于表中给定的两个数值之间时,雷击跳闸率应取表中土壤电阻率高者对应的数值。 注3:当实际轨面高度介于表中给定的两个数值之间时,击跳闸率应根据表中两个轨面高度对应的数值进行线 性插值计算, 注4:在计算一个供电臂内接触网雷击跳闸次数时,将供电臂按照轨面高度、大地土壤电阻率、雷电地闪密度按参 数相近原则划分为若干特征段,查表中数据获得各特征段雷击跳闸次数,累加各特征段跳闸次数获得供电 臂的宙击跳闸次数。 注5:表中数据对应AF线悬挂点距离轨面7.42m、承力索悬挂点距离轨面6.9m、接触线距离轨面5.3m、AF线 距离线路中心线4.65m计算得出。

    6.2.5牵引变电所近区接触网遭受直击雷产生的高幅值雷电侵入波对所内设备绝缘危害较大,为降 低损害概率,宜在架空供电线上方设置架空地线,架空地线的设置长度不应小于1km。当架空供电线 长度小于1km时,可考虑在上网点处接触网两侧继续设置架空地线,各单侧方向接触网架空地线长 度与架空供电线架空地线长度之和不小于1km。架空供电线上架空地线典型T程安装示意参见 图D.2

    6.3外串联间障金属氧化物避雷器措施实放

    6.3.1通过表2中数据计算供电臂接触网雷击跳闸率,当采用架空地线措施后雷击跳闸率仍然大于 8次/(100km·a),宜在接触网绝缘子上安装外串联间隙金属氧化物避雷器 6.3.2装有外串联间隙金属氧化物避雷器的AF线绝缘子、T线水平腕臂绝缘子和下锚绝缘子处视为 不会发生雷击闪络,连续装设避雷器支柱之间的区段接触网雷击跳闸率接按零计算。 6.3.3外串联间隙金属氧化物避雷器安装数量以供电臂雷击跳闸次数低于限值为判据分步计算确 定,供电臂雷击跳闻次数限值按接触网雷击跳闸率限值8次/(100km·a)折算得出。从供电臂内雷击 跳闸率最高的特征段开始安装避雷器,迭代计算供电臂雷击跳闸次数以确定该特征段需要安装避雷器 的支柱数量,若该特征段全部支柱安装避雷器后供电臂雷击跳闸次数仍大于限值,再在供电臂内雷击 跳闸率次高特征段安关避雷器,继续送代计算供电臂雷击跳闸次数以确定安装支柱数量,依此类推,直 至供电臂雷击跳闸次数低于限值。 6.3.4当供电臂只有一个特段时,外串联间隙金属氧化物避雷器安装应从牵引变电所上网点支柱 开始向供电臂两侧末端延伸,以降军引变电所近区接触网雷击闪络引起的大短路电流对所内牵引变 压器的冲击。 6.3.5外串联间隙金属氧化物避雷器应与度触网绝子并联安装。保护AF线绝缘子和T线水平腕 臂绝缘子的避雷器可利用支柱接地。 6.3.6外串联间隙金属氧化物避雷器额定电压不应小于32kV,8/20us标称放电电流取10kA,雷电冲 规定的要求。 6.3.7对AF线绝缘子,外串联间隙金属氧化物避雷器本体宜朝向线路外侧,对T线水平腕臂绝缘 子,避雷器本体宜朝向下方,典型工程安装示意参见图D.3;对下锚绝缘子,避雷器本体宜朝向下方,典

    7对AF线绝缘子,外串联间隙金属氧化物避雷器本体宜朝向线路外侧,对T线水平腕臂 避雷器本体宜朝向下方,典型工程安装示意参见图D.3;对下锚绝缘子,避雷器本体宜朝向下方 工程安装示意参见图D.4。

    6.4并联间隙措施实施

    6.4.1如果对接触网绝缘子或其他绝缘部件有保护要求时,可采用并联间隙措施。 6.4.2并联间隙应与被保护绝缘子并联安装,可通过支柱接地。 6.4.3对AF线绝缘子,并联间隙应朝线路外侧方向安装,对T线水平腕臂绝缘子,并联间隙应朝向 水平方向,典型工程安装示意参见图D.5。

    6.5.1上网隔离开关牵引变电所侧应安装无间隙金属氧化物避雷器,既保护隔离开关,义起限制雷电 侵人波幅值、保护所内设备的作用。避雷器可利用支柱接地,当采用混凝土支柱时应单独设置接地引 下线。 6.5.2其他接触网设备和关键节点采用无间隙金属氧化物避雷器进行雷电防护,可按照TB10009的 规定热行

    6.6复合绝缘子措施实施

    伞套致其破碎、断裂,产生永久接地故障。对于接触网下锚、分段、分相等处所宜采用复合绝缘 低接触网雷击故障的不利后果,

    7牵引变电所及接触网供电线雷电防护实施

    采用班雷针对年变电所(包适A1所 类内一次设备进行具出雷防 的设置按照TB10009中相关规定执行

    7.2.1接触网供电线宜按照6.2.5架设架空地线,实现进线段保护,架空地线可兼做支柱集中接地线 用,其截面应满足短路电流热稳定性的要求。 7.2.2接触网供电线的架空地线不得直接和牵引变电所所内配电装置构架相连,宜与牵引变电所的 地网在地下相连接,连接线埋在地中的长度不应小于15m。 7.2.3当接触网供电线的架空地线兼作牵引变电所的正常工作回流路径之一时,其截面还应满足所 通过的正常作回流的要求。 当接触网供电线的架空地线不兼作牵引变电所的正常工作回流路径,且架空地线的范围与接触 网存在合架情况时,应在非合架供电线区段的架空地线与合架接触网区段的架空地线(或回流线、 PW线)之间串联单片绝够子的措施,以防止接触网供电线的架空地线中通过牵引变电所的正常T. 作回流。 若非合架供电线区段支柱方钢支注,距牵引变电所距离2.2km以上供电线支柱应采用双重绝缘 措施。 7.2.4为限制架空供电线支柱的接触电垫,触网合架单独架空供电线支柱宜设独立的接地装置, 其接地电阻不应大于10Q2,且架空地线在每个支柱处应,可靠与其接地装置相连接。 7.2.5宜在牵引变电所27.5kV侧馈电线电缆两端购设量无间隙避雷器进行雷电侵人波防护,图1 给出设置方案示意。避雷器额定电压取42kV,8/20as标你放E电流根据T程实际选用5kA或 10kA,其他参数应满足GB/T11032和TB/T1844的规定。

    牵引变电所27.5kV侧无间隙金属氧化物避雷

    接触网用外串联间隙金属氧化物避雷器主体结构包括避雷器本体和外串联空气间隙两部分,将避 雷器本体设计成分体式、额定电压相等的两部分,通过安装抱箍分别紧固到被保护绝缘子端部金属附 件上,对称布置,相比单体结构,安装抱箍承担的自重作用力降低一半,利于保持长期安装稳定。典型 结构形式见图A.1。

    A.1接触网用外串联间隙金属氧化物避雷器典

    图A.1接触网用外串联间隙金属氢化物,雷器典型结构形式(续)

    外串联间隙金属氧化物避雷器额定电压典型设计值取56k OuS标称放电电流取5kA,其他 参数应满足GB/T32520要求。 外串联间隙金属氧化物避雷器的放电电压按照在雷电过电压下始终先于被保护绝缘子击穿放电、 在操作过电压和工频过电压下不击穿放电的绝缘配合原则设计,一般的,选择外串联间隙金属氧化物 避雷器雷电冲击50%放电电压比被保护绝缘子的雷电冲击50%放电电压低20%~30%外串联间隙 金属氧化物避雷器与接触网绝缘子典型配合设计值见表A.1。

    联间隙金属氧化物避雷器与接触网绝缘子典型配

    检验方面,除依据GB/T32520检测 物避留器电气性能和机微性能外,还通 振动试验检测高强度振动应力载荷下装置

    检验方面,除依据GB/T32520 振动试验检测高强度振动应力载荷下奖 ,通过短路试验检测避雷器本

    防爆性能,防止挂网运行产品损坏脱落对高速行驶的列车设备和车内人员造成伤害。振动试验方法参 照TB/T2074相关规定执行,典型试验条件为:频率3Hz~5Hz,振幅15mm~25mm,正弦波,沿绝 缘子轴向和径向方向受力,各2×105次,试验后紧固件紧固力矩允许偏差不超过10%短路试验方法 按照GB/T11032相关规定执行,典型技术条件为:大电流短路试验,16kA,0.2s;小电流短路试验, 800A,1S。短路试验检验典型判据为避雷器本体基本保持完整,允许外套局部撕裂、绝缘材料碎块脱 落、个别电阻片碎裂,但不应有电阻片碎块或金属部件碎块脱落

    (资料性附录) 接触网用并联间隙典型结构形式和主要技术参数要求 并联间隙制作材料由疏导电弧运动速度、耐电弧烧损性能、强度、造价等因素共同决定,普通碳钢 材料较为理想,表面需做镀锌防腐处理。导弧电极横截面通常做成圆形,截面直径不小于18mm。 结构设计上,将雷电冲击放电间隙和工频续流燃弧间隙分开,避免工频续流电弧烧损造成间隙距 离变化,保证并联间隙雷电冲击放电电压持续稳定。并将燃弧间隙两端金具设计为增大的圆球状,增 大电弧蚀损耐受能力。典型结构形式见图B.1。

    a)搭配AF线棒形悬式绝缘子用 图B.1接触网用并联间隙典型结构形式

    b)搭配T线水平显胃绝缘子用 图B.1接触网用并联间隙典销构形式(续)

    并联间隙的放电电压接照在雷电过电压下并联间隙始赛光于保护绝缘子击穿放电、在操作过电 压和工频过电压下并联间隙不击穿放电的绝缘配合原则设计,一股的,选护开联间隙放电间隙的雷电 冲击50%放电电压比被保护绝缘子雷电冲击50%放电电压低10%~30%,并联闫院与接触网绝缘子 典型配合设计值见表B.1。

    表B.1并联间隙与接触网绝缘子典型配合设计值

    并联间隙装置的主要检测项目包括雷电冲击放电试验、热稳定试验(短路电流试验)、频电弧试 验(燃弧试验)和振动试验。雷电冲击放电试验、热稳定试验、T频电弧试验方法按照DL/T1293规定 执行,振动试验参考TB/T2074规定执行。典型热稳定试验技术条件为.T频电流有效值16kA,持续 时间0.5s1S。典型T频电弧试验技术条件为:大电流电弧试验,16kA,0.2S,5次;小电流电弧试 验,4kA,0.2s,5次。振动试验技术条件选择同外串联间隙金属氧化物避雷器

    附录C (资料性附录) 电气几何模型法原理说明

    (资料性附录) 电气几何模型法原理说明 以无架空地线保护的接触网为例,介绍电气几何模型(Electro一GeometricModel,EGM)基本原 理,以及基于EGM的接触网雷击跳闸率计算方法。计算有架空地线保护的接触网雷击跳闸率时,亦可 参考执行。当需要考虑接触网对临近走廊设置的电气设备或设施的直击雷屏蔽作用时,亦可利用 EGM进行屏蔽范围分析。 EGM基本原理为:雷电下行先导通道头部到达目标物体的临界击穿距离(以下简称击距)以前,击 中点是不确定的,先到达哪一物体的击距范围,则向这一物体放电。EGM中击距(r)是雷电回击电流 幅值的函数,可采用IEEEStd1243一1997推荐的公式计算,见公式(C.1)、公式(C.2)。

    r.=1010.6 ++.+++.++++.++++++

    r.=10 /0. 69

    图C.1电气几何模型在接触网中的应用示意

    利用EGM计算得到接触网各导线的引雷宽度后,采用区间组合法可计算得出线路的直击雷跳闸 率和感应雷跳闸率。一 接触网T线直击雷洗闸率按公式(C.3)计算

    D.1接触网架设架空地线

    附录D (资料性附录) 接触网防雷措施工程实施示意图

    D.2架空供电线架设架空地线

    架空供电线上架空地线典型工程安装示意见图D.2.

    架空供电线上架空地线典型T程安装示意见图D.2、

    图D.1架设架空地线工程实施示意

    图D.2架空供电线架设架空地线工程实施示

    D.3AF线和T线绝缘子安装外串联间隙金属氧化物避雷器

    AF线和T线绝缘子安装外串联间隙金属氧化物避雷器典型T程安装示意见图D.3。 单位为毫米

    路桥设计、计算我和T线绝缘子安类外串问隙金属氧化物避雷

    D.4下锚绝缘子安装外串联间隙金属氧化物避雷器

    下锚绝缘子安装外串联间隙金属氧化物避雷器工

    D.5AF线和T线绝缘子安装并联间障

    AF线和T线绝缘子安装并联间隙典型T工程安装示意见图D.5。

    航天标准D.5AF线和T线免缘子安装并联间隙工程实

    附#录E(资料性附录)接触网采用架空地线措施雷击跳闸率计算结果接触网采用架空地线措施后的雷击跳闸率计算结果见表E.1。表E.1接触网设置架空地线措施后的雷击跳闸率雷击跳闸率次/(100km+a)架空大地土壤地闪密度0.78次/(km·a),地闪密度1.91次/(km·a),地闪密度2.78次/(km·a),地线电阻率近似雷暴日15d近似雷暴日30d近似雷暴日40d位置Q·m轨面轨面轨面软面轨面轨面轨面轨面轨面轨面轨面轨面轨面轨面轨面高度高度高度高度高度高度高度高度高度高度高度高度高度高度高度0m10 m15 m20 mom5 m10 m15 m20 m0 m5 m10 m15 m20 m500. 16120.560. 900.400. 300. 701. 372. 190. 580. 431.022.003. 191000. 560.130.200.30. 911. 360. 310. 711. 422.231. 980. 451.032.063. 241500. 950.130.300.50. 9.0. 330. 741. 392.243. 370. 481.072.033. 26支柱2001. 270. 310.580.925.120.340.751. 412.264. 540. 501.092. 053. 29顶端,3001. 78150.320.590. 934.360.381. 442.296. 350. 551. 142.103. 33高出AF5002. 450. 200. 350. 640.965.990. 508. 720. 731.252. 273. 42线7002.880. 690. 977.060.70281. 021. 512. 473. 452 m1 0003. 36470.610. 868.241. 161.492. 112. 9711.992. 173. 074. 331 5003. 90U. 911. 05.311. 659.542. 232.583.224.0313.893.754.685. 872 0004. 461.381. 521. 792. 1010.923. 373.734.395. 1515. 94. 915.436. 397. 503 0005. 322.532. 723. 1213.025. 836.186.667.6318.958. 499.009. 7011. 11500. 16100. 24. 450. 670.400.250.581.091. 64.580. 370. 841. 592. 391000. 560. 110. 24.470. 681. 370.260. 58. 141.672. 000. 380.841.662. 431500. 960. 460. 6S2. 340. 280.601. 121.693. 410. 410.881. 632. 46支柱2001. 290.260. 703. 160. 300.631. 131. 714. 600. 430.911.652. 49顶端,3001. 810. 132/U47714.430. 330.66.161.73. 450. 480.961.692. 52高出AF5002. 490. 190. 300. 520. 746.090. 450. 731.281.808.860. 661. 061. 872. 62线2.57002. 930.270.370.580. 747. 180. 650. 911.421.8210. 450. 951.332.062. 65m1 0003. 420. 460.560. 750. 998. 371. 121. 371.832. 4312. 181. 631. 992. 673. 531 5003. 950.901.001. 20439. 682. 192. 462.953.4914.093. 193.584. 295. 082 0004. 521. 371. 681. 8911. 083. 353.624. 124.6216. 124. 875.276.006. 723 0005. 382.382.482. 622.9013.185.826.086. 417. 1019. 198. 478.859. 3310. 3321

    [1」GB/T21714.1一2015雷电防护第1部分:总则 2]GB/T19663一2005信息系统雷电防护术语 3]GB/T2900.57一2008电工术语发电、输电及配电运行 4]GB/T16927.1一2011高电压试验技术第1部分:一般定义及试验要求 5]TB/T2074一2010电气化铁路接触网零部件试验方法 [6] IEEEStd1243—1997 IEEEGuide forImprovingthe Lightning Performanceof Transmission Lines

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