动车组雷击T线(承力索/接触线)、雷击F线(馈线)分析

2021-11-20 · 阅读164

3雷击T线(承力索/接触线)

由于接触线和承力索在每个跨距内都通过若干条吊弦相连接,在牵引网建模过程中,将承力索和接触线合并为二分裂导线。模型中考虑雷击T线绝缘子附近导线。图6为雷击接触网不同位置示意图,仿真过程中将不同幅值雷电流分别加载在和动车组不同距离的支柱附近,观察传播至动车组受电弓处的雷电流和变压器雷电过电压波形特征。根据文献推荐的雷电流幅值分布概率公式及观测数据,表3为幅值分别为60、80、100kA雷电流雷击T线不同位置,经接触网传播至动车组受电弓位置的雷电流幅值大小。雷击T线后,由于雷电流较大，靠近雷击点的绝缘子发生闪络,大部分雷电流经由支柱流入大地,引起支柱电位的大幅度升高,并且由于支柱等值电感及接地电阻对雷电波的折、反射作用,支柱上的雷电过电压波形发生了振荡,振荡电压波作用在下一级T线绝缘子，上，引起绝缘子的闪络放电。从表中可得,随着雷击点与动车组距离的增加,流经受电弓的雷电流幅值逐渐减小,在经过2~3级支柱后,传
播至动车组受电弓处的雷电流幅值已经减小至10 kA以下,大约70%的雷电流在经过第一级支柱时流入大地。

近年来对变电站实际雷电侵入波的研究已经引起了关注,某变电站实测雷电侵入波具有50%统计概率的波前时间和波尾时间分别为20μs和198 μs,与目前用于测试变压器绝缘水平和试验研究的1.2/50 μs的标准雷电冲击波形区别较大。 研究结果表明,变压器油纸绝缘在实测雷电波和标准雷电波下的击穿特性存在明显差异,变压器绝缘配合方式还需考虑实测雷电数据。为说明雷击接触网时传播至动车组高压系统的雷电侵入波特征,图7给出雷电流幅值为60kA,雷击点与动车组不同距离时,流经受电弓的雷电流波形。可见动车组雷电侵入波与标准雷电流波形相比发生了衰减变形,其波前时间在10~20 μs,波尾时间在30~50 μs,这与雷电波在线路的传输过程、导线冲击电晕及防雷器等因素的影响有关。随着雷击点距离的增加,雷电流在传播过程中，幅值逐渐降低,波前时间逐渐增加，波尾时间逐渐减小。雷电冲击电压在沿接触网流向车顶高压设备时会触发避雷器动作,避雷器动作后,施加在距离避雷器较近的高压设备上的电压就成了避雷器动作后的残压。由于避雷器一般放置在车顶,其与车底变压器相距一定的距离,变压器入口电容和线路电感构成的LC回路引起侵入波的波前过程形成振荡[28],避雷器动作过后产生的电压波在变压器与避雷器之间发生多次折反射,变压器过电压值比避雷器的残压值要大。
图8为雷电流幅值为60kA,雷击点在2#支柱和3#支柱之间时，车载避雷器动作后动车组避雷器和3号车及6号车变压器一次侧过电压波形图。可见，由于过电压折反射、避雷器电阻的衰减作用等,变压器波形相当于在避雷器残压上叠加一个衰减的振荡波,波前时间达到4. 2 μs,大约在51 μs时过电压开始迅速衰减,经过50~60 μs减小至稳定值。3号车变压器次侧过电压幅值为121. 2 kV,6号车变压器一次侧过电压幅值为118 3 kV ,过电压幅值大约为避雷器标称电流下残压值的1. 3倍。

图9为避雷器标称放电电流下残压的比值范围。考虑到避雷器的正常工作范围,只给出雷击2#、3#和4#支柱附近时的比值大小，可以发现其值不大于1.34。

4雷击F线(馈线)

根据以上计算参数,可得接触网T线及F线电晕特性的非线性电路,见图10,其中C12为两线间耦合电容,K闭合时发生电晕。雷击F线时,F线绝缘子发生闪络,T线绝缘子未发生闪络。仿真过程中将不同幅值雷电流分别加载在馈线靠近支柱的位置,观察T线上感应电压波形和变压器雷电过电压波形特征。图11为T线上感应电压波形,其主要是由F线上的电位感应而来，波尾时间相较于标准雷电冲击波形有所减小,这主要是由于F线绝缘子闪络后，线路上雷电流迅速减小,T线上感应电压随之迅速衰减。T线上的感应电压形成后,将沿线路传播至动车组，受线路冲击电晕、电阻、电导等因素的影响，雷电感应电压波形在传输过程中发生衰减变形。分别计算雷击F线不同位置时沿接触线传播至受电弓处的电流幅值,如表4所示。可以发现,雷击F线后入侵动车组电流幅值在100 kA左右,随着雷击点距离的增加,受电弓处电流幅值逐渐减小。中为防雷www.zvspd.com

5结论

(1)雷击T线(承力索/接触线)时,T线绝缘子发生闪络放电，动车组雷电侵入波波前时间在10~ 20μs,波尾时间在30~50μs。随着雷击点和动车组距离的增加,雷电波幅值逐渐降低,波前时间逐渐增加,波尾时间逐渐减小。

(2)不同幅值雷电流雷击T线不同位置时,车载变压器雷电过电压与避雷器保护水平的比值不大于
1. 34。变压器过电压波形相当于在避雷器残压.上叠加一个衰减的振荡波,波前时间大于标准雷电冲击波前时间,波尾时间小于标准雷电冲击波尾时间。

(3)雷击F线时，馈线绝缘子闪络放电,线路上雷电流迅速减小,T线感应电压波尾时间小于标准雷电冲击波尾时间。受避雷器的工作特性的影响,车载变压器过电压波形近似为平顶波,波前位置出现振荡,波前时间大于标准雷电冲击波前时间,波尾时间相较于T线感应电压波尾时间有所减少。