動車組雷擊T線(承力索/接觸線)、雷擊F線(饋線)分析

2021-11-20 · 閱讀690

3雷擊T線(承力索/接觸線)

由于接觸線和承力索在每個跨距內都通過若干條吊弦相連接,在牽引網建模過程中,將承力索和接觸線合并為二分裂導線。模型中考慮雷擊T線絕緣子附近導線。圖6為雷擊接觸網不同位置示意圖,仿真過程中將不同幅值雷電流分別加載在和動車組不同距離的支柱附近,觀察傳播至動車組受電弓處的雷電流和變壓器雷電過電壓波形特征。根據文獻推薦的雷電流幅值分布概率公式及觀測數據,表3為幅值分別為60、80、100kA雷電流雷擊T線不同位置,經接觸網傳播至動車組受電弓位置的雷電流幅值大小。雷擊T線后,由于雷電流較大，靠近雷擊點的絕緣子發生閃絡,大部分雷電流經由支柱流入大地,引起支柱電位的大幅度升高,并且由于支柱等值電感及接地電阻對雷電波的折、反射作用,支柱上的雷電過電壓波形發生了振蕩,振蕩電壓波作用在下一級T線絕緣子，上，引起絕緣子的閃絡放電。從表中可得,隨著雷擊點與動車組距離的增加,流經受電弓的雷電流幅值逐漸減小,在經過2~3級支柱后,傳
播至動車組受電弓處的雷電流幅值已經減小至10 kA以下,大約70%的雷電流在經過第一級支柱時流入大地。

近年來對變電站實際雷電侵入波的研究已經引起了關注,某變電站實測雷電侵入波具有50%統計概率的波前時間和波尾時間分別為20μs和198 μs,與目前用于測試變壓器絕緣水平和試驗研究的1.2/50 μs的標準雷電沖擊波形區別較大。 研究結果表明,變壓器油紙絕緣在實測雷電波和標準雷電波下的擊穿特性存在明顯差異,變壓器絕緣配合方式還需考慮實測雷電數據。為說明雷擊接觸網時傳播至動車組高壓系統的雷電侵入波特征,圖7給出雷電流幅值為60kA,雷擊點與動車組不同距離時,流經受電弓的雷電流波形。可見動車組雷電侵入波與標準雷電流波形相比發生了衰減變形,其波前時間在10~20 μs,波尾時間在30~50 μs,這與雷電波在線路的傳輸過程、導線沖擊電暈及防雷器等因素的影響有關。隨著雷擊點距離的增加,雷電流在傳播過程中，幅值逐漸降低,波前時間逐漸增加，波尾時間逐漸減小。雷電沖擊電壓在沿接觸網流向車頂高壓設備時會觸發避雷器動作,避雷器動作后,施加在距離避雷器較近的高壓設備上的電壓就成了避雷器動作后的殘壓。由于避雷器一般放置在車頂,其與車底變壓器相距一定的距離,變壓器入口電容和線路電感構成的LC回路引起侵入波的波前過程形成振蕩[28],避雷器動作過后產生的電壓波在變壓器與避雷器之間發生多次折反射,變壓器過電壓值比避雷器的殘壓值要大。
圖8為雷電流幅值為60kA,雷擊點在2#支柱和3#支柱之間時，車載避雷器動作后動車組避雷器和3號車及6號車變壓器一次側過電壓波形圖。可見，由于過電壓折反射、避雷器電阻的衰減作用等,變壓器波形相當于在避雷器殘壓上疊加一個衰減的振蕩波,波前時間達到4. 2 μs,大約在51 μs時過電壓開始迅速衰減,經過50~60 μs減小至穩定值。3號車變壓器次側過電壓幅值為121. 2 kV,6號車變壓器一次側過電壓幅值為118 3 kV ,過電壓幅值大約為避雷器標稱電流下殘壓值的1. 3倍。

圖9為避雷器標稱放電電流下殘壓的比值范圍。考慮到避雷器的正常工作范圍,只給出雷擊2#、3#和4#支柱附近時的比值大小，可以發現其值不大于1.34。

4雷擊F線(饋線)

根據以上計算參數,可得接觸網T線及F線電暈特性的非線性電路,見圖10,其中C12為兩線間耦合電容,K閉合時發生電暈。雷擊F線時,F線絕緣子發生閃絡,T線絕緣子未發生閃絡。仿真過程中將不同幅值雷電流分別加載在饋線靠近支柱的位置,觀察T線上感應電壓波形和變壓器雷電過電壓波形特征。圖11為T線上感應電壓波形,其主要是由F線上的電位感應而來，波尾時間相較于標準雷電沖擊波形有所減小,這主要是由于F線絕緣子閃絡后，線路上雷電流迅速減小,T線上感應電壓隨之迅速衰減。T線上的感應電壓形成后,將沿線路傳播至動車組，受線路沖擊電暈、電阻、電導等因素的影響，雷電感應電壓波形在傳輸過程中發生衰減變形。分別計算雷擊F線不同位置時沿接觸線傳播至受電弓處的電流幅值,如表4所示。可以發現,雷擊F線后入侵動車組電流幅值在100 kA左右,隨著雷擊點距離的增加,受電弓處電流幅值逐漸減小。中為防雷m.kaiyuanfeather.com.cn

5結論

(1)雷擊T線(承力索/接觸線)時,T線絕緣子發生閃絡放電，動車組雷電侵入波波前時間在10~ 20μs,波尾時間在30~50μs。隨著雷擊點和動車組距離的增加,雷電波幅值逐漸降低,波前時間逐漸增加,波尾時間逐漸減小。

(2)不同幅值雷電流雷擊T線不同位置時,車載變壓器雷電過電壓與避雷器保護水平的比值不大于
1. 34。變壓器過電壓波形相當于在避雷器殘壓.上疊加一個衰減的振蕩波,波前時間大于標準雷電沖擊波前時間,波尾時間小于標準雷電沖擊波尾時間。

(3)雷擊F線時，饋線絕緣子閃絡放電,線路上雷電流迅速減小,T線感應電壓波尾時間小于標準雷電沖擊波尾時間。受避雷器的工作特性的影響,車載變壓器過電壓波形近似為平頂波,波前位置出現振蕩,波前時間大于標準雷電沖擊波前時間,波尾時間相較于T線感應電壓波尾時間有所減少。