基于電力機(jī)車高壓電氣系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)方案分析

劉文莉

摘要：在牽引供電的過(guò)程中，電壓會(huì)影響到電力機(jī)車高壓電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至還會(huì)燒毀高壓電氣設(shè)備，本文以電力機(jī)車為例，分析了電力機(jī)車在運(yùn)行的過(guò)程中可能運(yùn)到的雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等現(xiàn)象的產(chǎn)生，并針對(duì)于電力機(jī)車過(guò)電壓的防護(hù)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(jī)車;高壓電器系統(tǒng);過(guò)電壓;防護(hù)方案分析

0? 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路交通已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素，我國(guó)當(dāng)前高速鐵路運(yùn)行已經(jīng)居世界第一位，當(dāng)前我國(guó)牽引供電系統(tǒng)的電化率和復(fù)現(xiàn)率都能夠滿足我國(guó)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，并且相關(guān)的技術(shù)都已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。當(dāng)前我國(guó)牽引供電系統(tǒng)一般通過(guò)電力機(jī)車經(jīng)過(guò)斷路器、互感器等一系列的高壓設(shè)備，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而推動(dòng)電車的行駛。但是長(zhǎng)期以來(lái)電力機(jī)車的供電系統(tǒng)以及高壓防護(hù)問題都沒有得到很好的解決。以電力機(jī)車為例，在運(yùn)行的過(guò)程中除惡劣環(huán)境外，大氣過(guò)電壓操作都有可能會(huì)影響電力機(jī)車的正常運(yùn)行。因此，就電力機(jī)車所承受的電壓環(huán)境進(jìn)行測(cè)試分析，了解國(guó)內(nèi)外對(duì)于電氣系統(tǒng)防護(hù)方案及過(guò)電壓防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)了當(dāng)前電力機(jī)車高壓電氣系統(tǒng)的防護(hù)方案，推動(dòng)我國(guó)鐵路安全運(yùn)行，為我國(guó)未來(lái)鐵路快速發(fā)展，起良好的推動(dòng)性作用。

1? 電力機(jī)車過(guò)電壓產(chǎn)生機(jī)理

根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)表明，電力機(jī)車在運(yùn)行的過(guò)程中可能會(huì)受到以下幾種電壓的影響：首先是工頻電壓，即在正常的運(yùn)行系統(tǒng)下的電壓，我國(guó)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(guò)電壓，這主要是指在短時(shí)間內(nèi)受到的工頻電壓，其嚴(yán)重程度主要取決于幅值和持續(xù)的時(shí)間;操作過(guò)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(guò)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(duì)電氣化鐵路安全的運(yùn)行造成了重要的干擾[1]。

2? 電氣系統(tǒng)過(guò)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(duì)比較多，當(dāng)電壓增大時(shí)單線接地故障發(fā)生頻率也會(huì)隨之增加。當(dāng)單線接地故障發(fā)生時(shí)，電壓會(huì)隨之增大，此時(shí)避雷器的防護(hù)措施也難以發(fā)揮其作用，在實(shí)際電力系統(tǒng)操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)單相接地時(shí)電壓值會(huì)來(lái)對(duì)避雷針擋弧電壓進(jìn)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(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生故障時(shí)，則需要立即對(duì)電流進(jìn)行切斷，同時(shí)還需要配合合理的方法來(lái)對(duì)故障采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)救[2]。

2.2 負(fù)載突變型過(guò)電壓

電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的臨時(shí)性的故障，此時(shí)一些比較大負(fù)荷的供電停止，這樣也會(huì)導(dǎo)致電壓升高，從而使得內(nèi)部的過(guò)電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程中，其電壓是不會(huì)發(fā)生改變的，會(huì)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(huì)出現(xiàn)電壓升高的情況。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，其系統(tǒng)會(huì)根據(jù)自身的慣性保持一定的轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)增加，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際頻率會(huì)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(zhǎng)線的末端時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電容效應(yīng)產(chǎn)生，從而使得電壓升高，可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓的現(xiàn)象[3]。

2.3 諧振過(guò)電壓

諧振過(guò)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(guò)電壓的形式不同分為線性過(guò)電壓和非線性過(guò)電壓。諧波過(guò)電壓主要是發(fā)生在系統(tǒng)故障或者是非全項(xiàng)操作的狀況下，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，則有可能會(huì)發(fā)生線性諧振過(guò)電壓的現(xiàn)象。非線性諧振過(guò)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(guò)電壓防護(hù)的方法

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

3.1 電力線路的保護(hù)

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(guò)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(guò)電壓現(xiàn)象，為了保護(hù)過(guò)電線路避免造成過(guò)電壓現(xiàn)象造成的短路，需要對(duì)線路的裝置以及其他方面進(jìn)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(guò)電線路保護(hù)需要裝置避雷針，避免雷暴直擊導(dǎo)線，避免超負(fù)荷運(yùn)行從而中斷供電，還可以設(shè)置避雷接地的引線保護(hù)電力線路的安全運(yùn)營(yíng)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(duì)于電氣設(shè)備而言，限制電氣設(shè)備的電壓是保護(hù)內(nèi)部電壓防止過(guò)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(shí)間內(nèi)的電壓峰值超過(guò)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(jìn)行分流，限制電壓對(duì)電氣設(shè)備的損害。過(guò)高的電壓對(duì)電氣設(shè)備的損害主要產(chǎn)生于對(duì)電力設(shè)備的沖擊，為了有效地防止過(guò)電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生，需要將電氣設(shè)備內(nèi)部的電壓進(jìn)行有效的限制，是避免過(guò)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(jìn)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(guò)電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。通過(guò)限制電氣設(shè)備的電壓，減輕了電氣設(shè)備的電壓負(fù)擔(dān)，保證了用電安全，有效地防止了過(guò)電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.3 加強(qiáng)電氣設(shè)備的檢修與監(jiān)測(cè)

電氣設(shè)備零件老化也是產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象的重要原因之一。為了有效地降低過(guò)電壓現(xiàn)象的危害，除了需要設(shè)置保護(hù)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(qiáng)電力設(shè)備中的絕緣材料的檢修，對(duì)于發(fā)現(xiàn)具有故障的零件，需要進(jìn)行及時(shí)的更換和修整。對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)也是保證電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的措施之一，需要加強(qiáng)電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)的電流及電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)揮電力系統(tǒng)的警報(bào)系統(tǒng)的作用，當(dāng)電力系統(tǒng)存在著危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行有效的預(yù)防和信息傳遞。

4? 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，電氣設(shè)備的安全性和可靠性對(duì)于電力機(jī)車的正常運(yùn)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(guò)電壓現(xiàn)象也是一項(xiàng)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(qiáng)電壓限制等方式，有效的避免由于電壓現(xiàn)象對(duì)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(qiáng)電力機(jī)車的正常運(yùn)行，提高供電的質(zhì)量。

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