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高速铁路电力系统防雷研究与应用
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摘要：0 引言 截至2018年底，我国境内在铁路营业总里程累计达13.1万公里，中国高铁营业总里程达到2.9万公里，位居世界第一[1]。截至2018年，开通高速铁路线路有28个省会城市、180个地级城市
0 引言
截至2018年底，我国境内在铁路营业总里程累计达13.1万公里，中国高铁营业总里程达到2.9万公里，位居世界第一[1]。截至2018年，开通高速铁路线路有28个省会城市、180个地级城市、370个县级城市已开通高铁线路，将各种类型站点计算在内，全国共有超过700余个高铁站，现代化的高速铁路网已基本形成[2]。
高速铁路电力系统作为整个铁路系统的一个分支，起到对高速铁路客车的驱动作用的功能。电力系统作为高速铁路牵引供电系统传输电能的桥梁，负责对高速铁路供电系统的电能传输到高速铁路的客车的作用。随着电气化铁路的发展，尤其是高速铁路的大规模建设，保障供电安全的迫切需求以及先进技术不断发展催生了电力系统防雷各项技术和应用。
雷电是自然界里一种常见的放电现象，对人类社会来说雷电是一种灾害雷电灾害的范围遍布生产生活的各行各业，铁路电力系统作为广大旅客候车和集散的空间，有大量人员滞留。为了给旅客创造舒适和安全的候车环境，通信、信号的大量线缆出入综合电力系统，增加了雷击电磁脉冲的防护难度。所以依据铁路的优先级、各种装备和建筑的防雷标准、各个地方的雷电风暴状况，因势利导地进行全面防范，强化大体协调，确保铁路人员、生产运营以及装备的安全，对于达到设备正常化生产工作的标准有重要含义。
开展高速铁路的电力系统防雷的研究对于高速铁路的安全运行具有重要的作用和指导意义，结合国内外最近研究成果，本文介绍电力系统防雷的类型及危害、蒙特卡洛风险评估、防雷类别判定方法、进行详细的介绍和总结，并对高速铁路6C检测系统数据中心的相关研究方向进行了展望。
1 雷电的类型及危害
一般雷击分为直击雷和感应雷以及球形雷。直击雷即雷云直接与大地某处放电，感应雷则是直击雷过后，地面受影响的地区的阻值较大而出现的高电压区与低电压地区的二次放电，球形雷一般极少出现，但是球形雷会通过电子线路而进入建筑物内部损坏电路甚至伤害到个人生命安全。
雷击的间接危害包括静电感应过电压作用、电磁脉冲过电压作用以及电磁感应磁场强度影响。静电感应过电压即直击雷过后，地面受影响的地区的阻值较大而出现的高电压区，容易出现局部火花放电或与低压区产生二次雷击。电磁脉冲过电压则是由于电子设备被雷击电流产生的脉冲电场的电测波直接辐射而受到干扰或被损坏。电磁感应磁场强度影响是由于有导体感应到由雷电流引发的顺变电磁场产生的大电动势[3-4]。
2 铁路电力系统雷电灾害的蒙特卡洛风险评估
对应于损失类型，雷击损害风险应分为R1：由雷击造成的人员受伤或死亡；R2：公众设备以及公众服务区雷击造成不必要损失；R3：物质文化遗产和非物质文化遗产的损失；R4：物资管理等经济的损失风险。
根据雷击点的不同位置，雷击致损原因分为四种：S1：电力系统致损；S2：电力系统附近致损；S3：电力系统服务设备设施致损；S4：服务设备设施附近致损。由雷击造成的损害分为三类：D1：雷击建筑物造成的建筑物内及周围人员及其他生物的伤害；D2：雷击电力系统对电力系统设备的损害；D3：电力系统上设备电气、电子系统因雷击的强大电流击穿造成的系统失效。由雷击引起的损失分为四种：L1：乘客及工作人员的伤害；L2：公众设备及公众服务区的损失；L3：物质文化遗产及非物质文化遗产损失；L4：物资管理等经济的损失。
图1 电力系统没有防雷保护损害概率分布图Fig.1 Probability distribution diagram of power system without lightning protection protection
每个风险分量RX取决于危险事件的次数NX，建筑物损害概率PX和单次损害率LX：
最后由计算得出的R1、R2、R3与标准中规定的风险容许值进行比较来确定防雷的效果。
定性风险评估和定量风险评估是两种重要的风险评估的方式，风险评估的模型方式不胜枚举。蒙特卡洛方法又称随机模拟法或统计试验方法，是指分布特征已知分布比较复杂，是难以一类以概率统计理论为基础，通过随机变量的统计分析、随机模拟，求解数学、物理、工程技术问题近似解的方法。
考虑建筑物损害概率存在不确定性，研究过程中不可能将所有的风险因素全部考虑在内[5-6]。蒙特卡洛模拟是一种对不确定问题进行统计模拟，通过一系列随机数来近似得到所预测结果的一种重要方法，所以蒙特卡洛模拟能够比较逼真地描述建筑物损害概率的特点和过程，解决建筑物损害概率传统数值方法难以解决的问题[7]。蒙特卡洛模拟方法是采用随机抽样的情况下进行的，只有进行多次反复的抽样规模足够大的情况下，使计算量足够大才能得到准确的计算。在不同防护等级情况下利用蒙特卡洛模拟铁路电力系统损害的概率分布图如下。
文章来源：《电力系统装备》 网址: http://www.dlxtzbzz.cn/qikandaodu/2021/0121/717.html
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