接觸網(wǎng)課程設(shè)計(接觸網(wǎng)絕緣配合)

1、<p>　　接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　年 月 日</p>

2、<p><b>　　1.基本題目</b></p><p><b>　　1.1 題目</b></p><p><b>　　接觸網(wǎng)絕緣配合。</b></p><p><b>　　1.2 題目分析</b></p><p>　　接觸網(wǎng)的絕緣配合，就是根據(jù)

3、接觸網(wǎng)所在的電氣化鐵路供電系統(tǒng)中所可能施加于接觸網(wǎng)的各種電壓，包括正常工作電壓、操作過電壓和大氣過電壓，并考慮保護裝置的特性和接觸網(wǎng)的絕緣特性，來確定接觸網(wǎng)對所加電壓的必要的耐受強度，以便把作用于接觸網(wǎng)上的各種電壓所引致的接觸網(wǎng)絕緣損壞和影響接觸網(wǎng)不間斷正常供電的概率，降低到在經(jīng)濟上和鐵路運營上所能接受的水平。良好的絕緣配合，就是要在技術(shù)上正確處理各種電壓、各種限壓措施（如裝設(shè)避雷器）和接觸網(wǎng)絕緣耐受能力三者之間的配合關(guān)系，并在經(jīng)濟上協(xié)

4、調(diào)接觸網(wǎng)建設(shè)投資費、運營維護費和事故損失費三者之間的關(guān)系。因此，對接觸網(wǎng)的絕緣配合進行分析與研究是十分必要的。</p><p>　　2.題目：接觸網(wǎng)絕緣配合的分析與研究</p><p>　　2.1接觸網(wǎng)的絕緣部件 </p><p>　?。?）絕緣子是接觸網(wǎng)帶電體與支柱設(shè)備或其他接地體保持電氣絕緣的重要部件。接觸網(wǎng)用的絕緣子多為懸式絕緣子和棒式絕緣子。懸式絕緣子主要用

5、來懸吊或支撐接觸懸掛，電氣化鐵路供電的額定電壓是25KV，選用的絕緣子形式一般是由三片組成的絕緣子串，輕污染區(qū)采用三片普通型懸式絕緣子組成，重污染區(qū)采用四片均為防污型懸式絕緣子組成的絕緣子串。棒式絕緣子是根據(jù)電氣化鐵路接觸網(wǎng)的工作條件而專門設(shè)計的一種瓷質(zhì)的整體式絕緣子，根據(jù)使用環(huán)境及條件可分為普通型﹑防污型及雙重絕緣三種類型。絕緣子的性能好壞，對接觸網(wǎng)能否正常供電影響很大。</p><p>　　﹙2﹚絕緣子的機械

6、性能</p><p>　　絕緣子在接觸網(wǎng)中不僅起絕緣作用，而且還承受著機械負荷，特別是軟橫跨的承力索及下錨用的絕緣子承受著線索的全部張力，所以對絕緣子的電氣及機械性能的要求都是極為嚴格的。</p><p>　?。?）絕緣子的電氣強度</p><p>　　絕緣子在工作中要受到各種大氣環(huán)境的影響，并可能受到工頻電壓、內(nèi)部過電壓和外部過電壓的作用。因而，要求絕緣子在這三種

7、電壓作用及相應(yīng)的環(huán)境之下能夠正常工作或保持一定絕緣水平。絕緣子的電氣性能，用干閃絡(luò)電壓﹑濕閃絡(luò)電壓和擊穿電壓表示。</p><p>　　①絕緣子的干閃絡(luò)電壓</p><p>　　絕緣子在干燥﹑清潔的環(huán)境時，施加電壓使其表面達到閃絡(luò)時的最低電壓，稱為干閃絡(luò)電壓。</p><p><b>　?、诮^緣子濕閃絡(luò)電壓</b></p><

8、;p>　　在雨水降落的方向與絕緣子表面呈45度淋在絕緣子表面是，使其閃絡(luò)的最低電壓，就稱為絕緣子濕閃絡(luò)電壓。</p><p><b>　　③擊穿電壓</b></p><p>　　擊穿電壓是指絕緣子瓷體被擊穿損害而失去絕緣作用的最低電壓。</p><p>　　﹙4﹚懸式絕緣子的電氣強度—每串片數(shù)選擇</p><p>

9、　　每串絕緣子片數(shù)應(yīng)符合工頻電壓的爬電距離要求，同時應(yīng)符合操作過電</p><p>　?。▋?nèi)過電壓）要求，有工頻電壓爬電距離要求的線路，每串絕緣子片數(shù)應(yīng)符合下式要求</p><p>　　(2-1-1)式中 —每串絕緣子片數(shù)；</p><p>　　—系統(tǒng)最高電壓，kV；</p><p>　　—爬電比距，330Kv及以上為1.45，220Kv

10、及以下為1.39，cm/kV；</p><p>　　—每片懸式絕緣子的幾何爬電距離，cm；</p><p>　　—絕緣子爬電距離的有效系數(shù)，主要由各種絕緣子爬電距離在實驗</p><p>　　運行中提高污穢耐壓的有效性來確定，并以XP—70型絕緣子作為基礎(chǔ)，其值取為1.</p><p>　　絕緣子串除應(yīng)在長期工作電壓下不發(fā)生閃絡(luò)外，還應(yīng)耐受操

11、作過電壓的作用，即絕緣子串的濕閃電壓在考慮各種影響因數(shù)并保持一定裕度后，應(yīng)大于可能出現(xiàn)的操作過電壓，于是絕緣子串的工頻濕閃電壓（最大值）或正極性操作沖擊50%放電電壓可由下式確定</p><p><b>　?。?-1-2） </b></p><p>　　式中 —絕緣子串的工頻濕閃電壓（最大值）或正極性操作沖擊50%放電電壓，kV;</p><p

12、>　　—對220kV及以下系統(tǒng)為計算用最大操作過電壓為系統(tǒng)最大工作電壓幅值，為倍數(shù)）；對于330kV及以上系統(tǒng)為線路相對地統(tǒng)計操作過電壓，采用空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘中的較高值；</p><p>　　—線路絕緣子串操作過電壓統(tǒng)計配合系數(shù)，對220kV及以下系統(tǒng)取1.17，對330kV以上系統(tǒng)取1.25。</p><p>　　進行絕緣配合時，對于330kV及以上輸電線

13、路的絕緣子串、空氣間隙在各種電壓下（特別是操作沖擊下）的絕緣強度，宜采用仿真型塔實驗數(shù)據(jù)。絕緣子串和空氣間隙的正極性放電電壓比負極性低，估計算中應(yīng)用正極性放電電壓。</p><p>　　在實際運行中，不能排除存在零值絕緣子的可能性。因此，在按上述操作過電壓確定每串絕緣子片數(shù)時，還應(yīng)適當(dāng)增加片數(shù)。對于直線塔桿，35—220kV電壓等級下增加1片，220kV及以上增加1—2片。根據(jù)《規(guī)程》要求，在海拔1000m以下地

14、區(qū)，操作過電壓及雷電過電壓要求的絕緣子串的絕緣子片數(shù)，不少于表</p><p><b>　　1所列數(shù)值。</b></p><p>　　表1 操作過電壓及雷電過電壓要求懸垂絕緣子串的最少片數(shù)</p><p>　　耐張絕緣子串所受機械負荷較大，易于損壞。因而，耐張絕緣子串的絕緣子片數(shù)應(yīng)在表7—5的基礎(chǔ)上增加，對110—330kV輸電線路增加1片，

15、對500kV輸電線路增加2片。在海拔高度為1000—3500m的地區(qū)，絕緣子串的片數(shù)如無運行經(jīng)驗時，可按下式確定</p><p><b>　　（2-1-3）</b></p><p>　　式中 —高海拔地區(qū)絕緣子串的絕緣子數(shù)，片；</p><p>　　—海拔1000m以下地區(qū)絕緣子串的絕緣子數(shù)，片；</p><p>

16、<b>　　—海拔高度，km；</b></p><p>　?。?）絕緣子的機械強度選擇</p><p>　　絕緣子機械強度的選擇，一般是按所選用導(dǎo)線型號及分裂根數(shù)和覆冰厚度、風(fēng)速等所受綜合負載來確定，盤式絕緣子機械強度的安全系數(shù)應(yīng)按下式計算</p><p><b>　　(2-1-4)</b></p><

17、p>　　式中 —盤式絕緣子的額定機械破壞荷載，kN；</p><p>　　—分別取絕緣子承受的最大使用荷載、斷線、斷聯(lián)荷載（雙聯(lián)及以上多聯(lián)絕緣子串?dāng)嘁宦?lián)后的荷載）或常年荷載，kN；</p><p>　　—安全系數(shù)，按表2取值。</p><p>　　表2 盤式絕緣子機械強度安全系數(shù) </p><p>　　對于資質(zhì)盤型絕緣子常應(yīng)

18、滿足正常運行情況，常年荷載狀態(tài)下安全系數(shù)不小于4.5，常年荷載是指年平均氣溫條件下，絕緣子所承受的荷載。斷線、斷聯(lián)的氣象條件是無風(fēng)、無冰、最低氣溫月的最低平均氣溫。我國絕緣子常按機械強度（kN）分級為：70、100、160、210、300等。110—200kV線路一般用70kN和100kN二級，300kV線路常用100kN、160kN二級；500kV線路常用160kN、210kN、300kN三級。</p><p>

19、;　　懸垂絕緣子串正常運行時最大使用荷載用下式計算</p><p><b>　　(2-1-5)</b></p><p>　　式中 —最大比載，N/（）；</p><p><b>　　—導(dǎo)線截面積，；</b></p><p>　　—最大比載條件下的垂直擋距，；</p><p&

20、gt;　　耐張絕緣子串或斷線時對于懸垂絕緣子串，其張力按下式計算</p><p>　　=1.1 (2-1-6)</p><p>　　式中 —導(dǎo)線的最大運行應(yīng)力（覆冰、大風(fēng)、低溫）或斷線應(yīng)力，MPa。</p><p><b>　　2.2絕緣間隙 </b></p

21、><p>　?。?）接觸網(wǎng)帶電體與接地體（包括大型建筑物、機車車輛、擴大貨物等）之間的空氣絕緣距離，稱為絕緣間隙。</p><p>　　接觸網(wǎng)絕緣間隙是接觸網(wǎng)絕緣配合的重要內(nèi)容。就整體電氣化鐵路來說，如果接觸網(wǎng)的絕緣間隙過大，則必然提高電氣設(shè)備的耐壓等級及水平，造成投資過大；如果絕緣間隙過小，則必然招致?lián)舸┙^緣間隙的情況頻頻發(fā)生，造成不穩(wěn)定運行。</p><p>　　（

22、2）絕緣間隙的確定</p><p>　　確定合理的絕緣間隙，應(yīng)考慮接觸網(wǎng)的工作電壓和其他影響空氣擊穿的因素。選擇空氣絕緣的原則，一是能夠經(jīng)受住在空載條件下具有脈沖性質(zhì)的操作過電壓；二是能在任何惡劣的氣候條件下不發(fā)生事故，以保證接觸網(wǎng)良好的工作狀態(tài)。在確定絕緣間隙時，除了考慮電壓的變化外，還應(yīng)考慮氣溫變化、受電弓抬起接觸線以及施工誤差等原因造成絕緣間隙的變化。絕緣間隙還應(yīng)保證在任何運營條件下，消除在接地零件上發(fā)生閃

23、絡(luò)的可能性。在考慮了這一切因素后，應(yīng)當(dāng)力求縮小絕緣間隙的數(shù)值。</p><p>　　我國曾用下述經(jīng)驗公式來確定接觸網(wǎng)帶電體與接地體之間的絕緣間隙，即</p><p><b>　　(2-2-1)</b></p><p>　　式中 —空氣間隙（m）;</p><p>　　—接觸網(wǎng)額定電壓（kV）;</p>

24、<p>　　式（2-2-1）是德國電工學(xué)會VDE推薦的確定帶電體與接地體之間空氣絕緣間隙的經(jīng)驗公式，這個經(jīng)驗公式也是經(jīng)過大量實驗得到的，它體現(xiàn)了一定的規(guī)律性。但是，由于考慮條件和實驗條件不同，各國對最小允許絕緣間隙的見解不甚一致，取值也不盡相同。例如，在接觸網(wǎng)額定電壓為27.5kV時，英國最小絕緣間隙為280mm，而剛果則取為450mm。這是因為每個國家都考慮了本國的具體條件，如氣象條件、混合牽引的程度、大型建筑物的多少及改

25、造的難易等。我國在實驗的基礎(chǔ)上，參考式（2-2-1），經(jīng)過綜合的經(jīng)濟、技術(shù)比較后所確定的各項帶電體至接地體之間的空氣絕緣間隙（距離）如表3所示</p><p>　　表3 空氣絕緣間隙表（接觸網(wǎng)電壓25kV） </p><p><b>　　2.3絕緣配合</b></p><p>　　絕緣配合就是綜合考慮電氣化鐵路供電系統(tǒng)中各設(shè)備的絕緣能力，欲

26、使絕緣能耐受所有可能預(yù)見的最大過電壓，特別是大氣過電壓，不僅目前技術(shù)上做不到，經(jīng)濟上也不合理。因而，鑒于個牽引供電設(shè)備以及接觸網(wǎng)各部位的絕緣有時可能難以避免損壞因勢利導(dǎo)，將損壞引導(dǎo)在損害最小且對運行擾亂最小的元件或部位。 </p><p>　　過電壓可分為內(nèi)部過電壓和大氣過電壓兩類，內(nèi)部過電壓通常按而定電壓的一定倍數(shù)計算。我國水電部過電壓保護規(guī)程規(guī)定：對3到60KV級電壓按4倍計算；對于電氣化鐵路，則大多認為可

27、按3倍與接觸網(wǎng)最高運行相電壓計算。顯然，對電氣化鐵路供電系統(tǒng)這類110KV以下的系統(tǒng)來說，要求把大氣過電壓限制到比內(nèi)部過電壓還低的程度是不經(jīng)濟的。因此接觸網(wǎng)及牽引變電所中電氣設(shè)備的絕緣主要有大氣過電壓決定。對于正常絕緣水平的電力鐵路牽引供電設(shè)備及牽引網(wǎng)，應(yīng)能承受內(nèi)部過電壓的作用。這里所謂某一級電壓的或電氣設(shè)備的絕緣水平，就是指該電氣設(shè)備可能承受的試驗電壓標(biāo)準。這些試驗電壓標(biāo)準一般都有專門的明確規(guī)定。</p><p&g

28、t;　　尋求絕緣配合的過程，實質(zhì)上也就是合理地考慮絕緣水平的過程。對與接觸網(wǎng)，按絕緣配合要求應(yīng)做到：在任何運行條件下導(dǎo)線及其他帶電金具和接地部分之間空氣間隙的絕緣強度不小于接觸網(wǎng)絕緣子的絕緣強度。對于AT區(qū)段接觸網(wǎng)，還應(yīng)使保護自耦變壓器的避雷器的起始放電電壓，低于自耦變壓器的沖擊絕緣強度，就是說，也要進行伏秒特性的配合。</p><p>　　2.4絕緣配合的統(tǒng)計法</p><p><

29、b>　?。?）統(tǒng)計法</b></p><p>　　絕緣配合的統(tǒng)計法是根據(jù)過電壓幅值和絕緣的耐壓強度都是隨機變量的實際情況，在已知過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計特性后，用計算方法求出絕緣閃絡(luò)的概率和線路的跳閘率，在技術(shù)經(jīng)濟比較的基礎(chǔ)上，正確的確定絕緣水平。 </p><p>　　這種方法不僅定量的給出設(shè)計的安全程度，并能按照使每年設(shè)備折舊費、運營費及事故損失費最小的原則

30、進行優(yōu)化設(shè)計。目前研究的最多的是以過電壓幅值的概率分布為基礎(chǔ)的統(tǒng)計法。</p><p>　　設(shè)為過電壓概率密度函數(shù)，為絕緣放電概率分布函數(shù)，如圖1所示。設(shè)與是不相關(guān)的，為過電壓在附近范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率，為在過電壓作用下絕緣放電的概率。因二者是相互獨立的，由概率積分的計算公式得到出現(xiàn)這樣高的過電壓并使絕緣放電的概率是</p><p><b>　　（2-4-1）</b>&l

31、t;/p><p>　　式中稱為微分故障率，即圖 1中陰影部分的面積。通常，我們只按過電壓的絕對值進行統(tǒng)計（正、負極性約各占一半），且高于最大運行相電壓幅值時才作為過電壓，所以將式（2-4-1）在到（或到某一值為止）積分可得故障率,即</p><p><b>　?。?-4-2）</b></p><p>　　一般，絕緣在負極性操作沖擊下的耐壓強度較高。

32、若忽略負極性下的故障率，則絕緣在操作過電壓下故障率的估計值為</p><p><b>　?。?-4-3）</b></p><p>　　由式（2-4-3）可知故障率是圖1中總的陰影部分的面積。設(shè)增加絕緣強度，曲線向右移動，陰影面積減小，絕緣故障率降低，但設(shè)備投資將增大。因此用統(tǒng)計法可按需要對敏感性因素作調(diào)整，進行一系列試驗設(shè)計與故障率的估算，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較在絕緣成本和

33、故障率之間進行協(xié)調(diào)，在滿足預(yù)定的故障率的前提下，選擇合理的絕緣水平。</p><p>　　利用統(tǒng)計法進行絕緣配合時，絕緣裕度不是選定的某個固定數(shù)，而是與絕緣故障的一定概率相對應(yīng)。</p><p>　　利用統(tǒng)計法進行故障計算時，可以不必檢驗過電壓幅值的概率屬于什么分布，而直接利用暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀（TNT）上得到的概率分布進行計算。統(tǒng)計法的主要困難在于隨機因素較多，而且某些隨機因素的統(tǒng)計規(guī)律還有

34、待于資料積累和認識。例如氣象條件的影響；過電壓波形中只考慮了幅值最大的峰值，其余峰值均未考慮；絕緣的特性是在標(biāo)準操作波形下得到的；等等。因此，按式（2-4-3）算出的故障率通常比實際值大許多倍。所以，統(tǒng)計法還有待進一步完善。盡管如此，用它來做設(shè)計方案的相對比較比慣用法有明顯優(yōu)勢。</p><p><b>　　（2）簡化統(tǒng)計法</b></p><p>　　在實際工程中，

35、為便于計算，對過電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計規(guī)律做了一些通常是允許的假設(shè)，即假設(shè)它們均服從正態(tài)分布，而且已知它們的標(biāo)準偏差分別為及。這樣，就可以寫出過電壓的概率密度函數(shù)及絕緣放電的概率函數(shù)：</p><p><b>　?。?-4-4）</b></p><p><b>　　(2-4-5)</b></p><p>　　由于在式（2

36、-4-3）中在范圍內(nèi)=0，以及在0—范圍內(nèi)0，可得絕緣故障率為</p><p><b>　?。?-4-6）</b></p><p>　　通過變量置換進行積分運算，可以得到如下結(jié)果：</p><p><b>　?。?-4-7）</b></p><p>　　式中，及分別為過電壓的均值及絕緣的50%放電電

37、壓。</p><p>　　同理，若略去負極性下的故障率，仍取其，既得絕緣在操作過電壓下故障率的估算值。</p><p><b>　　（2-4-8）</b></p><p>　　因此，只要已知及即可根據(jù)式（2-4-8）很快算得故障率。</p><p>　　國際電工委員會絕緣配合標(biāo)準推薦采用出現(xiàn)概率為2%的過電壓值為“統(tǒng)計過

38、電壓”，推薦閃絡(luò)概率為10%、即耐受概率為90%的電壓為絕緣的“統(tǒng)計耐受電壓”（見圖2（a）），在這個基礎(chǔ)上可以得到不同的統(tǒng)計安全系數(shù)下絕緣的閃絡(luò)概率。因為在正態(tài)分布下</p><p><b>　　（2-4-9）</b></p><p><b>　?。?-4-10）</b></p><p>　　有了及，即可利用式（2-4-

39、9）計算出故障率（即圖2（b）中的陰影面積、、）。</p><p>　　統(tǒng)計安全系數(shù)和故障率的關(guān)系如圖2（c）所示。</p><p>　　根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較，在絕緣成本與故障率間協(xié)調(diào)，定出可以接受的故障率，選擇適當(dāng)?shù)慕^緣水平。</p><p>　　根據(jù)以上分析可以看到，慣用法實際上仍是以統(tǒng)計的概念作為基礎(chǔ)的，不過其計算用過電壓出現(xiàn)的概率與絕緣強度中相應(yīng)的絕緣閃絡(luò)概率與

40、簡化統(tǒng)計法不同。當(dāng)然，慣用法中要準確確定“最大過電壓”和“最小絕緣強度”是非常困難的，因此，絕緣裕度中除了用于補償在估計最大過電壓和最低耐壓的誤差外，還包括了其它因素的影響，這種配合對絕緣要求偏嚴。</p><p><b>　　3.結(jié)論與體會</b></p><p>　　課程設(shè)計的完成，對書本理論知識的強化和熟練有相當(dāng)好的幫助，接觸網(wǎng)是在上學(xué)期學(xué)完的，經(jīng)過一學(xué)期部分知

41、識點已經(jīng)模糊了，本次的課程設(shè)計又重新鞏固了以前的知識點，同時也加深對接觸網(wǎng)知識的了解及應(yīng)用。此次課程設(shè)計我們主要就接觸網(wǎng)的絕緣配合相關(guān)知識進行分析。通過查閱資料，回顧以前所學(xué)知識，對絕緣配合的知識做了更深的學(xué)習(xí)。</p><p>　　這次課程設(shè)計時間雖有點短，但對于即將參加工作的我們有很大的幫助，通過對接觸網(wǎng)絕緣配合的完成，電分相，軟橫跨的計算等問題的分析，我們進一步了解到接觸網(wǎng)中各個部件，各個環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系與配

42、合。高速電氣化鐵路的完成就是靠接觸網(wǎng)上的各部件來完成的，不僅是其材質(zhì)的嚴格，而且包括各個數(shù)據(jù)的精確。就絕緣配合來說吧，良好的絕緣配合，是確保接觸網(wǎng)運營安全可靠的主要因素。在不同氣候條件下，不同溫度下和污染嚴重的地區(qū)，絕緣子的絕緣水平也會受到一定的影響，所以要對絕緣的材質(zhì)，絕緣的配合有科學(xué)合理的選擇。</p><p>　　另外，在這次課程設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)上的知識是那么的零碎，要掌握好每一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，必須要積累，

43、把數(shù)據(jù)和各技能熟記在心，只有這樣才能在實踐中練出過硬的技術(shù)，除此他也可以提高每個人的動手操作能力。</p><p><b>　　參考書目</b></p><p>　　[1] 于萬聚著，高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)。 成都：西南交通大學(xué)出版社,2002。</p><p>　　[2] 李愛敏主編接觸網(wǎng)生產(chǎn)實習(xí)指導(dǎo)。北京：中國鐵道出版社,2000。</