牵引供电系统的过电压问题是系统安全运行的一个十分重要的问题，供电系统的结构与运行方式有其特殊性，过电压问题尤为突出。作者对牵引供电系统出现的几种典型的过电压进行了比较与分析，提出相应的安全保障措施和建议，对提高系统的安全性与可靠性具有较强的现实意义。
随着高速电气化铁道技术的快速发展，牵引供电系统过电压问题逐步突出。大气过电压曾一度使供电系统发生事故，中断供电。此外，供电系统运行中也会产生过电压，这种来源于系统内部的操作过电压往往会导致设备故障，严重影响供电系统安全。不仅如此，受电弓在与接触网耦合取流过程中也会产生暂态过电压，会引起支柱绝缘子或母线绝缘子闪络等故障，引起变电所断路器动作跳闸。
作者对电气化铁道牵引供电系统出现的几种典型过电压出现的条件与物理过程进行了分析，并对京沪线某段的过电压进行了统计，提出相应的防护措施与建议，对理解和掌握供电系统过电压规律，保障供电系统安全运行有非常重要的意义。
大气过电压大气过电压又称为系统外部过电压，是由雷电作用于供电设备引起。接触网设备一般露天布置在野外，容易遭受到雷击而发生事故。架空地线和避雷器的使用在一定程度上减少雷击概率是有帮助的，但雷害事故时有发生。
牵引变电所的露天设备虽然在避雷针的保护范围内，但现实的情况是避雷器在雷雨季节动作次数明显偏多，高压侧一次设备遭受雷击的事故也不鲜见。大气过电压作为电气化铁道供电系统的一种典型的过电压已经越来越引起人们的重视。
雷电作用于供电设备有两种形式，一种是雷直击供电设备造成故障。另一种是雷击设备附近（一般在65米以内）使雷电通道邻近设备遭受到感应过电压。当有大气过电压出现时，通常容易出现的是绝缘闪络故障，引起断路器跳闸。大气过电压持续的时间相当短，如果设备绝缘介质电气强度得以恢复，工频电弧在自动重合闸动启动前熄灭，则重合闸重合成功的概率将大为提高。
接触网空载分闸过电压对于接触网“天窗”检修作业来说，空载线路分闸几乎在每次倒闸作业时都要发生。牵引变电所馈线断路器一般都采用的是真空断路器，如果断路器在分断空载接触网容性电流时发生了重击穿，则过电压产生不可避免。对于一般普通三相电力线路来说，真空断路器发生重击穿的概率在5%以内，对于空载切除接触网重击穿的概率目前还缺乏研究。
但过电压一旦发生在设备条件最不利的情况下，则可能酿成供电事故。接触网空载分闸产生过电压过程可以用如图1中电路进行描述。
图1 接触网空载分闸的等值电路
仿真与计算表明，在大多数的情况下，高频电弧电流过零后并不熄灭，而工频电弧在下一个周期过零时刻熄灭。如图2所示为某一次典型的接触网空载分闸过电压波形。
图2 接触网空载分闸过电压的波形
接触网重合闸过电压对于接触网空载合闸的情况，多发生在“天窗”作业结束消令送电时刻。但此时接触网对地分布电容储存电荷已在挂接地线时充分释放，故空载合闸的充电过程一般不会产生过电压。但如果自动重合闸启动，则情况就会有很大的不同。
无论是送合闸电，还是发生瞬时故障，当馈线自动重合闸动作时可能会产生过电压。这也成为电气化铁路供电系统的一种典型的过电压。这个过电压一般不会危及供电系统的安全运行，但当系统的绝缘有缺陷或存在薄弱点时，则可能造成重合闸失败，中断供电。 这个过电压也是电气化铁路供电系统中的一种典型过电压。
弓网离线瞬态过电压对于电气化铁路来说，弓网之间的耦合关系是这个系统最重要的关系之一。在受电弓（取流器）与接触导线机械摩擦取流的过程中，会由于各种原因（如受电弓通过分段绝缘器、接触网弹性的突变点、设备施工与安装中的硬点等）会出现间歇性的离线。在机车带负荷运行过程中发生离线，这在运行过程中几乎不可避免。
发生离线产生的高频电弧电流，往往会引起机车与供电系统的过电压。这个过电压不仅给供电系统造成直接威胁，还会使机车受电弓绝缘子闪络，甚至造成机车内部元件的损坏，因此这也是电气化铁路的一种典型的过电压。这种过电压形成的物理过程可以用图3等效电路模型来说明。
图3 弓网离线过电压电路模型
通过以上分析可知，电气化铁道供电系统在日常运行中会经常会有过电压的情况发生。外部大气过电压（雷闪过电压）发生主要与当地的雷电流概率分布相关，也和接触网与变电所的布置方式有关。按照有关规程规范要求，在设计与施工安装过程中应充分考虑此类过电压以减小雷电造成设备故障的概率。
电气化铁道供电系统是结构特殊的大电流接地系统，过电压的产生也有其固有的特点，在运行中各种典型的过电压都会出现，幅值的大小和出现的概率分布都与整个供电系统内外部的条件密切相关。通过对各种典型过电压的比较与分析，应该承认过电压是系统运行中普遍存在的，但过电压的发生并不一定导致供电系统故障。
建议设计部门要根据系统的结构与运行特点充分考虑过电压的相容性，在条件许可的情况下宜提高供电系统的绝缘水平和耐雷水平，这对于防止过电压对系统造成危害十分重要。对于运营部门，则要保证供电设备处于良好的运行状态下，避免设备出现“不利条件组合”而发生过电压事故。同时宜在变电所恰当位置安装过电压在线监测与记录装置，提高过电压的安全管理技术水平。
本文编自《电气技术》，标题为“电气化铁道供电系统几种典型过电压的分析与比较”，作者为陈明忠。
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