隨著高速電氣化鐵道技術的快速發展，牽引供電系統過電壓問題逐步突出。大氣過電壓曾一度使供電系統發生事故，中斷供電。此外，供電系統運行中也會產生過電壓，這種來源于系統內部的操作過電壓往往會導致設備故障，嚴重影響供電系統安全。不僅如此，受電弓在與接觸網耦合取流過程中也會產生暫態過電壓，會引起支柱絕緣子或母線絕緣子閃絡等故障，引起變電所斷路器動作跳閘。

作者對電氣化鐵道牽引供電系統出現的幾種典型過電壓出現的條件與物理過程進行了分析，并對京滬線某段的過電壓進行了統計，提出相應的防護措施與建議，對理解和掌握供電系統過電壓規律，保障供電系統安全運行有非常重要的意義。

大氣過電壓

大氣過電壓又稱為系統外部過電壓，是由雷電作用于供電設備引起。接觸網設備一般露天布置在野外，容易遭受到雷擊而發生事故。架空地線和避雷器的使用在一定程度上減少雷擊概率是有幫助的，但雷害事故時有發生。

牽引變電所的露天設備雖然在避雷針的保護范圍內，但現實的情況是避雷器在雷雨季節動作次數明顯偏多，高壓側一次設備遭受雷擊的事故也不鮮見。大氣過電壓作為電氣化鐵道供電系統的一種典型的過電壓已經越來越引起人們的重視。

雷電作用于供電設備有兩種形式，一種是雷直擊供電設備造成故障。另一種是雷擊設備附近（一般在65米以內）使雷電通道鄰近設備遭受到感應過電壓。當有大氣過電壓出現時，通常容易出現的是絕緣閃絡故障，引起斷路器跳閘。大氣過電壓持續的時間相當短，如果設備絕緣介質電氣強度得以恢復，工頻電弧在自動重合閘動啟動前熄滅，則重合閘重合成功的概率將大為提高。

接觸網空載分閘過電壓

對于接觸網“天窗”檢修作業來說，空載線路分閘幾乎在每次倒閘作業時都要發生。牽引變電所饋線斷路器一般都采用的是真空斷路器，如果斷路器在分斷空載接觸網容性電流時發生了重擊穿，則過電壓產生不可避免。對于一般普通三相電力線路來說，真空斷路器發生重擊穿的概率在5%以內，對于空載切除接觸網重擊穿的概率目前還缺乏研究。

但過電壓一旦發生在設備條件最不利的情況下，則可能釀成供電事故。接觸網空載分閘產生過電壓過程可以用如圖1中電路進行描述。

圖1 接觸網空載分閘的等值電路

仿真與計算表明，在大多數的情況下，高頻電弧電流過零后并不熄滅，而工頻電弧在下一個周期過零時刻熄滅。如圖2所示為某一次典型的接觸網空載分閘過電壓波形。

圖2 接觸網空載分閘過電壓的波形

接觸網重合閘過電壓

對于接觸網空載合閘的情況，多發生在“天窗”作業結束消令送電時刻。但此時接觸網對地分布電容儲存電荷已在掛接地線時充分釋放，故空載合閘的充電過程一般不會產生過電壓。但如果自動重合閘啟動，則情況就會有很大的不同。

無論是送合閘電，還是發生瞬時故障，當饋線自動重合閘動作時可能會產生過電壓。這也成為電氣化鐵路供電系統的一種典型的過電壓。這個過電壓一般不會危及供電系統的安全運行，但當系統的絕緣有缺陷或存在薄弱點時，則可能造成重合閘失敗，中斷供電。 這個過電壓也是電氣化鐵路供電系統中的一種典型過電壓。

弓網離線瞬態過電壓

對于電氣化鐵路來說，弓網之間的耦合關系是這個系統最重要的關系之一。在受電弓（取流器）與接觸導線機械摩擦取流的過程中，會由于各種原因（如受電弓通過分段絕緣器、接觸網彈性的突變點、設備施工與安裝中的硬點等）會出現間歇性的離線。在機車帶負荷運行過程中發生離線，這在運行過程中幾乎不可避免。

發生離線產生的高頻電弧電流，往往會引起機車與供電系統的過電壓。這個過電壓不僅給供電系統造成直接威脅，還會使機車受電弓絕緣子閃絡，甚至造成機車內部元件的損壞，因此這也是電氣化鐵路的一種典型的過電壓。這種過電壓形成的物理過程可以用圖3等效電路模型來說明。

圖3 弓網離線過電壓電路模型

通過以上分析可知，電氣化鐵道供電系統在日常運行中會經常會有過電壓的情況發生。外部大氣過電壓（雷閃過電壓）發生主要與當地的雷電流概率分布相關，也和接觸網與變電所的布置方式有關。按照有關規程規范要求，在設計與施工安裝過程中應充分考慮此類過電壓以減小雷電造成設備故障的概率。

電氣化鐵道供電系統是結構特殊的大電流接地系統，過電壓的產生也有其固有的特點，在運行中各種典型的過電壓都會出現，幅值的大小和出現的概率分布都與整個供電系統內外部的條件密切相關。通過對各種典型過電壓的比較與分析，應該承認過電壓是系統運行中普遍存在的，但過電壓的發生并不一定導致供電系統故障。

建議設計部門要根據系統的結構與運行特點充分考慮過電壓的相容性，在條件許可的情況下宜提高供電系統的絕緣水平和耐雷水平，這對于防止過電壓對系統造成危害十分重要。對于運營部門，則要保證供電設備處于良好的運行狀態下，避免設備出現“不利條件組合”而發生過電壓事故。同時宜在變電所恰當位置安裝過電壓在線監測與記錄裝置，提高過電壓的安全管理技術水平。

本文編自《電氣技術》，標題為“電氣化鐵道供電系統幾種典型過電壓的分析與比較”，作者為陳明忠。