避雷器持续运行电压Uc是指在避雷器端子之间可连续施加的工频电压的有效值。通常根据系统最高工作电压Um确定避雷器的持续工作电压Uc。由于氧化锌无间隙避雷器的持续运行电压直接施加在电阻片上，为避免电阻片过热而热崩，要求允许持久施加在避雷器两端的电压必须低于避雷器的持续运行电压，即避雷器的持续运行电压Uc应选择大于或等于避雷器两端的最高实际连续运行电压。

在中性点直接接地系统中，对于相对地避雷器，其持续运行电压必须大于系统的最高工作相电压，即：

在中性点非直接接地系统中，发生单相短路故障时允许持续运行2 h，此时施加在正常相避雷器上的电压大于或等于系统的最高工作线电压。在中性点非有效接地的3 ~ 20 kV系统，零序电抗与正序电抗的比值在 -∞ ~ - 20范围内，正常相上的电压可达到1.1倍线电压。中性点经消弧线圈接地的35 ~ 66 kV系统运行在过补偿时，正常相上的电压一般不大于线电压，即：

避雷器的持续运行电压一般相当于其额定电压Ur的75 % ~ 85 %（即通常所说的荷电率），通常制造商选择80 %，即：

Uc = 0.8U _r （3）

避雷器持续运行电压Ur是指在暂态过电压TOV试验和工作负载试验中验证了避雷器端子之间可施加的最大允许10 s工频电压有效值。通常根据暂态过电压确定避雷器的额定电压，即：

U _r ≥ TOV （4）

对中性点有效接地的系统，由于在10 s及以内切除单相接地故障，因此可仅考虑单相接地时正常相的电压抬高和部分甩负荷、长线效应引起的暂态过电压，此时避雷器额定电压通常取大于或等于安装处的最大工频暂时过电压，线路侧按1.4（标幺值，U _m / √3），母线侧按1.3（标幺值，U _m /√3）选取。

对中性点非有效接地的系统，若在10 s及以内切除单相接地故障，可按中性点有效接地系统进行避雷器额定电压Ur的选取原则选取；如果在10 s以上切除单相接地故障，额定电压还应乘以系数K，即：

避雷器标称放电电流I _n 是雷击冲击电流峰值，用来对避雷器进行分类，它是决定避雷器保护特性和能量吸收能力的主要参数。它的选择对整个绝缘配合过程也有影响。

用于保护高压变电站设备的避雷器采用10 kA和20 kA级线路放电。在中压系统中，主要使用5 kA和10 kA的避雷器。

根据IEC标准，避雷器额定电压标准值（单位：kV，有效值）按表1中规定的电压范围内的额定电压级差选取。

埃及轻轨牵引变电系统将电力系统输送的电能（交流220 kV）通过牵引变压器转化为适用于轻轨电力牵引的电能。电能（交流27.5 kV）输送至轻轨沿线的接触网架空线路，供电力机车使用，电能（交流20 kV）输送至轻轨的其他电力负荷。针对埃及轻轨项目收集到的系统参数如表2所示。

基于此，下面运用上文分析的避雷器关键参数计算原则，结合埃及轻轨项目，对牵引供电系统使用的220 kV、27.5 kV、20 kV避雷器的关键参数选型进行详细的计算研究。

> > > >  220 kV避雷器参数计算

220 kV系统为中性点直接接地三相系统，避雷器安装于线路侧。根据表2系统标称电压和系统最高工作电压，220 kV系统最高工作电压Um = 245 kV。

由式（11）计算知U _r ≥ 199 kV，根据表1避雷器额定电压典型推荐值，Ur须满足96 kV + 12 × x（x须为整数）的要求，综上，220 kV避雷器额定电压U _r = 96 kV + 12 × 9 kV = 204 kV。

根据式（3），避雷器的持续运行电压：

U _c = 0.8U _r = 0.8 × 204 kV = 163.2 kV ≈ 164 kV （12）

由式（12）得出的避雷器的持续运行电压满足式（9）的要求，因此选取的避雷器持续运行电压Uc = 164 kV和额定电压U _r = 204 kV合理。

220 kV避雷器用于保护高压变电站设备，因此埃及轻轨220 kV避雷器标称放电电流 I _n 采用20 kA。

> > > >  27. 5 kV避雷器参数计算

27.5 kV系统为中性点直接接地单相系统，避雷器安装于线路侧。根据表2系统标称电压和系统最高工作电压，27.5 kV系统最高工作电压U _m = 29 kV。

根据式（1），避雷器的持续运行电压U _c 满足：

U _c ≥ U _m = 29 kV （13）

根据式（5），暂态过电压TOV满足：

TOV = 1.4 × U _m = 1.4 × 29 kV = 40.6 kV （14）

根据式（4），避雷器的额定电压Ur满足：

U _r ≥ TOV = 40.6 kV （15）

由式（15）计算知U _r ≥ 40.6 kV，根据表1避雷器额定电压典型推荐值，Ur须满足30 kV + 3 × x （x须为整数）的要求，综上，27.5 kV避雷器额定电压U _r = 30 kV + 3 × 4 kV = 42 kV。

根据式（3），避雷器的持续运行电压：

U _c = 0.8U _r = 0.8 × 42 kV = 33.6 kV ≈ 34 kV （16）

由式（16）得出的避雷器的持续运行电压满足式（13）的条件要求，因此选取的避雷器持续运行电压U _c =34 kV和额定电压U _r = 42 kV合理。

27.5 kV避雷器用于保护在中压系统的设备，因此埃及轻轨27.5 kV避雷器标称放电电流I _n 采用10 kA。

> > > >  20 kV避雷器参数计算

20 kV系统为中性点非直接接地系统（经电阻接地），发生单相短路故障时允许持续运行2 h，避雷器安装于线路侧。根据表2系统标称电压和系统最高工作电压，20 kV系统最高工作电压U _m = 24 kV。

根据式（2），避雷器的持续运行电压U _c 满足：

U _r ≥ 1.1U _m = 1.1 × 24 kV = 26.4 kV （17）

根据式（8），暂态过电压TOV满足：

TOV = 1.1U _m = 1.1 × 24 kV ≈ 26.4 kV （18）

根据式（7），避雷器的额定电压U _r 满足：

U _r ≥ K × TOV = 1.25 × 26.4 kV = 33 kV （19）

由式（19）计算知Ur ≥ 33 kV，根据表1避雷器额定电压典型推荐值，Ur 首选满足30 kV + 3 × x（x为整数）的要求，20 kV避雷器额定电压选取Ur = 30 kV + 3 × 1 kV = 33 kV。

根据式（3），避雷器的持续运行电压：

U _c = 0.8U _r = 0.8 × 33 kV = 26.4 kV （20）

由式（20）得出的避雷器的持续运行电压虽满足式（17）的条件要求，同时考虑发生单相短路故障时，正常相上的避雷器电压可达线电压的1.1倍，为满足式（17）中避雷器持续运行在系统最高运行最高线电压下，电阻片不会发热而导致热崩损坏，20 kV避雷器持续运行电压宜选取U _c = 27 kV，由此反推额定电压U _r = 27 / 0.8 kV = 33.75 kV。综上所述，避雷器持续运行电压U _c = 27 kV和额定电压Ur = 34 kV。

20 kV避雷器用于保护在中压系统的设备，因此埃及轻轨20 kV避雷器标称放电电流I _n 采用10 kA。

结合埃及轻轨项目，梳理牵引供电系统的避雷器配置如表3所示。项目为轻轨方式，接触网沿线未增设避雷器。

由表3可知，埃及轻轨220 kV系统在国内220 kV进线配置避雷器的基础上，对220 kV主变高压侧配置避雷器进行补强；27.5 kV和20 kV系统避雷器配置与国内基本一致，实现了兼具“一带一路”国家本土特点和中国特色的中国智慧、中国方案、中国装备走出去的工程示范。

虽然，埃及轻轨目前已顺利带电，避雷器也运行良好，取得了阶段性的进展。但对埃及项目的避雷器运维仍然存在许多难点：

a. 埃及轻轨为埃及国内的首条电气化铁路，埃方未建立路局等国内运营单位成熟配套的运营章程，埃及员工也无相关运营维护经验，同时埃及地理气候为多风沙少降水，对避雷器等设备的运营维护带来挑战。

b. 国内避雷器的检测仍然大多采用定期巡检方式，检修人员需定期对避雷器的动作次数、外观等情况进行巡视，必要时进行相应的试验来检验避雷器的运行状态，造成运检人力成本高，工作效率低。而在埃及员工无运营经验的情况下，运维工作更是愈发困难。

随着信息化技术和人工智能的快速发展，针对上述问题结合埃及轻轨工程情况，给出以下解决措施设想：

a. 强化自动化监测检测手段，构建一套高效专业的避雷器在线监测系统，自动读取避雷器的状态，并及时进行故障告警，给出专业的分析解决策略对于埃及轻轨的运营维护具有重要的作用。根据目前埃及轻轨的设计方案和工程建设情况，装有避雷器的户内开关柜上装设有避雷器在线监测装置，监测内容满足运营维护要求，同时在线监测装置具RS485接口，可实现远程读数抄表功能扩展；对于户外所有的避雷器均分相设置有避雷器放电记录器，改造加装抄表设备实现数据的采集和远程传输，同时在所亭内设置监控后台，融入出现问题及对应的解决措施库，对信息汇聚分析后，进行存在的问题匹配分析，给出解决措施，辅助运维检修人员决策。