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摘要：随着时代的发展，我国的铁路建设进入了全面电气化时代，但是我国电气化铁道的供电系统的安全却受到了过电压问题的困扰。本文通过分析比较几种较为常见的过电压现象，并提出一些可行的防治措施，对提升电气化铁道供电系统的安全性与稳定性具有较强的现实意义。
关键词：电气化铁道；供电系统；过电压；分析；比较
伴随着电气化高速铁路的广泛普及，其供电系统存在的过电压问题逐渐被技术人员所重视。在电气化铁路运行过程中，其供电系统内部一旦产生过电压，很容易酿成设备故障，轻则导致相关线路停止运行，重则会导致相关严重事故发生，因此过电压是影响供电设备安全运行的一项问题。除此以外，铁路列车顶部受电弓在接触接触网的过程中也会产生极为短暂的过电压现象，稍有不慎，便会引起绝缘子故障，引起电路保护装置的保护动作跳闸断电，影响供电系统的稳定运行。
1电气化铁道供电系统几种典型过电压的分析比较
1.1大气过电压
大气过电压又称冲击过电压，是自然界中普遍存在的，最为常见的一类过电压。这类过电压主要由外界自然条件引起，如雷云放电并作用于供电系统，瞬间就会出现大量高压电聚集于供电设备周围，导致电力设备受到强烈电磁扰动干扰。大气过电压具有突发性、瞬间性、电压极高等特点，为了预防大气过电压对电气化铁道供电系统造成损害，在施工过程中就会进行大量防护措施，如装设避雷针、避雷线、避雷器，合理提高线路绝缘水平，采用自动重合闸装置等措施。但是在实际铁道运行中，铁道供电系统如果连续多次受到大气过电压的攻击，还是会造成局部被雷电击穿的可能，尤其是在雷雨高发季节，大气过电压对电气化铁道供电系统的安全会造成极大威胁。
1.2接触网空载分闸过电压
接触网空载分闸过电压，即是指在人工操作过程时，断路器由合闸位置转为断开位置的过程中，线路所产生的过电压。为了让铁路系统可以更好的发挥其本身的作用，对铁路进行养护维修，开展天窗作业是必不可少的一环，而在对接触网天窗作业的过程中，施工人员要进行倒闸作业，这时候空间线路便会在分闸的瞬间出现电弧现象。在通常情况下，在对接触网天窗作业的过程中，牵引变电所都会采用真空断路器作为馈线断路器，该设备属于灭弧能力比较强的断路器，发生击穿的概率小于5%，但是一旦分闸瞬间出现问题，空载闭合回路中就会发生高频振荡，电弧一旦重燃就相当于电路再次接通，造成极大的供电系统线路威胁，甚至人员伤亡。
1.3接触网重合闸过电压
在对接触网“天窗”部分检修结束时，会对空载电气线路进行合闸操作，正常情况下不会形成过电压，因为原本存在的大量电荷通过接地线已释放。但是，如果由于雷击等非正常情况下导致自动重合闸启动时，情况就有了很大的变化。无论导致自动重合闸启动的原因是什么，当自动重合闸启动时，会很可能产生一个过电压。如果供电系统本身设计存在不足时，该过电压就会产生很大的破坏力，甚至会导致重合闸的重合失败，使供电系统直接停止运行，影响电气化铁道的正常运行。在接触网上一般会存在一种电荷，而且还有一个电压U0存在，重合闸在操作前存在的对线路的充电电压为U0，如果该U0的方向与电源的充电电压相同，那么此时的重合闸操作不会引起过电压问题。而如果两者之间的方向不同时，在重合闸操作的瞬间便会引起一个高频的振荡过电压。这种情况下的过电压是电气化铁道供电系统中较为常见的过电压。如果此时空载线路的两个电压方向正好完全相反，即相位角差为π时，产生的过电压将达到最大。但是，如果在该线路中并联一个无功补偿装置，则可以明显地降低该问题导致的振荡频率，达到较好的保护效果。
1.4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。在电气化铁道上，动车组或者电力机车是通过机车上的受电弓与架设在上方的接触网系统摩擦取流的。在接触网与受电弓摩擦取流的过程中，由于各种复杂的客观原因，比如受电弓经过各段的绝缘器装置、接触网的各个不同部位的弹性不同、设备装配中遗留的硬点等导致的间歇性的分离与耦合。在供电线路带电运行的过程中，间歇性的分离与耦合过程是非常常见的，而且在这一过程中会产生高频的电流使得弓网间形成过电压现象。该过电压不光会使供电系统发生故障，还会使列车的受电弓受损，甚至会破坏列车的内部设备。
2电气化铁道供电系统几种典型过电压的有效预防
2.1大气过电压的预防
大气过电压也可以称为外部过电压，都是由外部自然条件引起的。大气过电压是最常见的一类典型过电压，对于它的预防要时刻警惕，尤其是在雷雨季节，供电系统同时受到自身供需电流和外部大气过电压的影响，极易发生击穿。在设计变电所，以及接触网位置并进行安装时，必须首先考虑大气过电压这一因素，尽量避免供电设备供电受到干扰。在安装过程中，装配更多防需电直击装置，在供电设备周围设计大型接地网，将雷电冲击引至距离设备较远的开阔地区。定期检查防需电直击装置的安全性，同时可以借助无线监测装置对雷电雨闪击集中时间段的雷电动作次数及供电设备电力幅值变化进行密切关注，一旦雷击次数对电流幅值产生干扰，立即启动预警装置，报告技术人员，将大气过电压对铁道供电系统的伤害降到最低。
2.2供电系统内部过电压的防治
除大气过电压之外的其他几类过电压现象，一般都是由于供电系统自身存在的某些缺陷或不足所导致的，这几类过电压需要专业人员针对不同的现象，不同的情况给出正确的诊断，结合设备数值与工作条件进行判断，利用丰富的经验对其进行正确的处置。一般而言，系统内部过电压的增幅处于1.0p.u-2.0p.u之间，而且大部分都靠近于1.3p.u这一数值。但是弓网离线过电压会引发增幅达到2.3p.u的电压，而且这种过电压会破坏列车的设备，破坏强度大，危险性高，需要尤为关注这一数值的过电压的生成。在设计供电系统的过程中，提升其灭弧能力，这样就可以及时地消除过电压，降低危害。一般需要在供电系统中引入真空断路器等线路保护设备，当产生具有破坏性的过电压时，可以及时地断开线路，实现对供电系统的保护。除此之外，还可以引入并联电阻型断路器，当过电压引发的电弧再次出现时，可以及时地抑制其电压增幅，达到保护供电系统的目的。
3结束语
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。通过本文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。
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