接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)--電氣化鐵路接觸網(wǎng)的絕緣配合的研究

1、<p><b>　　基本題目</b></p><p><b>　　1.1 具體題目</b></p><p>　　電氣化鐵路接觸網(wǎng)的絕緣配合的研究。</p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)所在區(qū)域環(huán)境條件選擇絕緣設(shè)備型號(hào)，設(shè)計(jì)避雷設(shè)備的安裝，確定絕緣配合方案及配合中的參數(shù)設(shè)計(jì)。</p><p>

2、<b>　　1.2 題目分析</b></p><p>　　絕緣配合，指根據(jù)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(guò)電壓和大氣過(guò)電壓，并考慮保護(hù)裝置的特性和接觸網(wǎng)的絕緣特性，來(lái)確定接觸網(wǎng)對(duì)所加電壓的必要的耐受強(qiáng)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(jì)上和鐵路運(yùn)營(yíng)上所能接受的水平。良好的絕

3、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(jì)上協(xié)調(diào)接觸網(wǎng)建設(shè)投資費(fèi)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)和事故損失費(fèi)三者之間的關(guān)系。本設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)包括三個(gè)方面：</p><p><b>　　絕緣設(shè)備的選擇；</b></p><p>　　設(shè)計(jì)避雷設(shè)備的安裝；</p><p>　　確定絕緣配合方案及配合中的參數(shù)。

4、</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容</b></p><p>　　2.1 絕緣設(shè)備的選擇</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)使用的大多數(shù)為瓷質(zhì)懸式絕緣子和棒式絕緣子。絕緣子經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用，會(huì)在表面產(chǎn)生瞬時(shí)放電的現(xiàn)象，即閃絡(luò)。泄漏距離也稱爬距，是指沿絕緣子表面的曲線展開(kāi)長(zhǎng)度。&

5、lt;/p><p>　　2.1.1 絕緣子的機(jī)械與電氣性能</p><p>　　絕緣子在接觸網(wǎng)不僅起絕緣作用，而且還承受著機(jī)械負(fù)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(duì)絕緣子的電氣及機(jī)械性能的要求都是極為嚴(yán)格的。絕緣子在機(jī)械方面需保證應(yīng)有的抗拉及抗彎的破壞負(fù)載強(qiáng)度并留有2.5~3.0的安全系數(shù)；在電氣方面，干閃絡(luò)電壓、濕閃絡(luò)電壓和擊穿電壓也要滿足一定的要求。<

6、/p><p>　　(1) 絕緣子干閃絡(luò)電壓</p><p>　　絕緣子在干燥﹑清潔的環(huán)境時(shí)，施加電壓使其表面達(dá)到閃絡(luò)時(shí)的最低電壓，稱為干閃絡(luò)電壓。干閃絡(luò)電壓主要對(duì)于室內(nèi)絕緣子有意義。</p><p>　　(2) 絕緣子濕閃絡(luò)電壓</p><p>　　在雨水降落的方向與絕緣子表面呈淋在絕緣子表面時(shí)，使其閃絡(luò)的最低電壓，就稱為絕緣子濕閃絡(luò)電壓。絕緣子

7、發(fā)生閃絡(luò)后，雖然瓷體本身沒(méi)有受到損害，但其絕緣性能會(huì)下降，容易再次發(fā)生閃絡(luò)。</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。絕緣子擊穿后不能繼續(xù)使用，必須更換。</p><p>　　絕緣子的干閃濕閃和擊穿電壓的數(shù)值決定了工作電壓，工作電壓越高則各數(shù)值的要求就越

8、高，絕緣子的擊穿電壓至少比干閃電壓高1.5倍。</p><p>　　絕緣子的電氣性能不是一成不變的，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，其絕緣強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，這種現(xiàn)象稱為老化。所以，絕緣子在使用中，每年至少應(yīng)進(jìn)行一次絕緣子電壓分布測(cè)量，以檢查絕緣性能是否正常。</p><p>　　2.1.2 懸式絕緣子</p><p>　　懸式絕緣子主要用來(lái)懸吊或支撐接觸懸掛，電氣化鐵路供電的額定

9、電壓是25kV，選用的懸式絕緣子形式一般是由3片組成的絕緣子串。輕污染區(qū)采用3片普通型懸式絕緣子組成的絕緣子串；重污染區(qū)則采用4片均為防污型懸式絕緣子組成的絕緣子串，在大站軟橫跨及下錨等水平耐張?zhí)?，由于承受的機(jī)械張力比懸式絕緣子串大，出現(xiàn)零值絕緣子的概率比較大，而且檢修較困難，因此，其電氣化強(qiáng)度應(yīng)略高于懸式絕緣子串，通常也采用4片。懸式絕緣子串有較好的機(jī)電性能，在部分絕緣子片損壞時(shí)，尚能維持供電。</p><p>

10、;　　結(jié)合蘭州的環(huán)境條件，可采用4片型號(hào)為XWP2-70均為防污型的懸式絕緣子組成的絕緣子串?，F(xiàn)將其機(jī)電性能列表如表1所示。(其中H表示總長(zhǎng)，D表示外徑)</p><p>　　表1 XWP2-70主要機(jī)電性能</p><p>　　2.1.3 棒式絕緣子</p><p>　　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(mén)設(shè)計(jì)制造的一種瓷質(zhì)的整體式絕緣子，它的受壓性能

11、較好，具有一定的抗彎強(qiáng)度，對(duì)于承受壓力及彎矩的場(chǎng)合采用棒式絕緣子。根據(jù)環(huán)境及條件可分為普通型、防污型及雙重絕緣三種類型。結(jié)合蘭州的環(huán)境條件可以采用型號(hào)為QXN2-25的棒式絕緣子?，F(xiàn)將其機(jī)電性能列表如表2所示。(其中H表示總長(zhǎng)，D表示外徑，d表示連接孔徑)</p><p>　　表2 QXN2-25機(jī)電性能</p><p><b>　　2.2 避雷設(shè)備</b></

12、p><p>　　(1) 避雷設(shè)備的概述</p><p>　　接觸網(wǎng)所在的電氣化鐵路供電系統(tǒng)中可能施加在接觸網(wǎng)上的電壓包括三種：正常工作電壓，操作過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。接觸網(wǎng)是露天供電裝置，為了安全運(yùn)行，應(yīng)采取必要的大氣過(guò)電壓防護(hù)措施。要使接觸網(wǎng)絕緣能承受住大氣過(guò)電壓，不僅技術(shù)上做不到，經(jīng)濟(jì)上也不合理，所以需要避雷設(shè)備來(lái)完成。</p><p>　　(2) 避雷設(shè)備的選擇&l

13、t;/p><p>　　實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于蘭州地區(qū)屬于輕雷區(qū)，可以采用型號(hào)為Y5WT-42的氧化鋅避雷器，主要電氣特性如表3所示。氧化鋅避雷器是一個(gè)新型過(guò)電壓抑制電器，主要由氧化鋅非線性電阻片組裝而成，是一種空氣間隙金屬氧化物避雷器。氧化鋅電阻片具有理想的伏安特性，在正常工作條件下，具有極高的電阻而呈絕緣狀態(tài)，當(dāng)電壓超過(guò)一定的范圍的時(shí)，則呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，泄放雷電流，使與避雷器并聯(lián)的電氣設(shè)備的殘壓被抑制在設(shè)備絕緣安全值以下，

14、等到有害的過(guò)電壓消除后迅速恢復(fù)到高阻絕緣狀態(tài)，從而保證了電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。與傳統(tǒng)的的避雷器相比，響應(yīng)迅速、殘壓低、通流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　表3 Y5WT-42的主要電氣特性</p><p>　　我國(guó)幅員遼闊，氣象條件差異很大，雷電活動(dòng)情況很不相同。關(guān)于雷電區(qū)的劃分一般認(rèn)為：每年雷電日少于30時(shí)，為輕雷區(qū)；雷電日在30-60之間，為中雷區(qū)；雷電日多于60者為重雷區(qū)。

15、對(duì)于不同地區(qū)應(yīng)區(qū)別對(duì)待;對(duì)于同一地區(qū)，因電氣化線路有時(shí)通過(guò)山區(qū)和平原，其落雷情況也不相同。在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行調(diào)查研究，根據(jù)不同情況采用相應(yīng)的保護(hù)措施。</p><p>　　(3) 避雷設(shè)備的安裝</p><p>　　《鐵路電力牽引設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“接觸網(wǎng)大氣過(guò)電壓的防護(hù)，應(yīng)根據(jù)雷電活動(dòng)情況，結(jié)合運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，在下列重點(diǎn)位置應(yīng)適當(dāng)設(shè)置避雷裝置：電分相和電分段錨段關(guān)節(jié)、

16、長(zhǎng)大隧道兩端、分區(qū)亭引入線和牽引變電所饋電線出口處?！?lt;/p><p><b>　　2.3絕緣配合</b></p><p><b>　　(1) 絕緣間隙</b></p><p>　　接觸網(wǎng)帶電體與接地體之間的空氣絕緣距離，稱為絕緣間隙。就整體電氣化鐵路來(lái)說(shuō)，如果接觸網(wǎng)的絕緣間隙過(guò)大，則必然提高電氣設(shè)備的耐壓等級(jí)及水平，造成

17、投資過(guò)大；如果絕緣間隙過(guò)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(yùn)行。</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(guò)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(shí)，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

18、的變化。絕緣間隙還應(yīng)保證在任何運(yùn)營(yíng)條件下，消除在接地零件上發(fā)生閃絡(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(guó)曾用下述經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定接觸網(wǎng)帶電體與接地體之間的絕緣間隙，即：</p><p><b>　　式中—空氣間隙；</b></p><p><b>　　—接觸網(wǎng)額定電壓。</b>

19、</p><p>　　該經(jīng)驗(yàn)公式也是經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得到的，它雖然體現(xiàn)了一定的規(guī)律性，但是，由于考慮條件和試驗(yàn)條件不盡不同，各國(guó)對(duì)最小允許絕緣間隙的見(jiàn)解不甚一致，取值也不盡相同。我國(guó)在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參考上述經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)過(guò)綜合的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后所確定的各項(xiàng)帶電體至接地體之間的空氣絕緣間隙(距離)如表4所示。</p><p>　　表4 空氣絕緣間隙表(接觸網(wǎng)電壓25kV)</p>&

20、lt;p><b>　　(2) 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，欲使絕緣能耐受所有可能遇見(jiàn)的最大過(guò)電壓，不僅目前技術(shù)上做不到，經(jīng)濟(jì)上也不合理。因而在考慮絕緣配合時(shí)，應(yīng)當(dāng)在考慮過(guò)電壓損壞絕緣不可避免時(shí)，應(yīng)將損壞限制在損害最小，且對(duì)運(yùn)行擾亂最小的原件和部位；同時(shí)，應(yīng)合理的提高整體的絕緣強(qiáng)度，還能利用氧化鋅避雷器等絕緣設(shè)備來(lái)限制過(guò)

21、電壓幅值。</p><p>　　過(guò)電壓可分為內(nèi)部過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓兩類。內(nèi)部過(guò)電壓有瞬時(shí)值大，但時(shí)間較短的特點(diǎn)，其可采用延時(shí)或是增大絕緣能力的方法。大氣過(guò)電壓又可分為直擊雷和感應(yīng)雷兩種，他們?cè)斐傻倪^(guò)電壓更大，不能簡(jiǎn)單用增大絕緣能力的方法，它會(huì)使投資大大增加。因而，電氣設(shè)備的絕緣主要由大氣過(guò)電壓決定的。</p><p>　　尋求絕緣配合的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上也就是合理地考慮絕緣水平的過(guò)程。例如，對(duì)牽

22、引變電所，按絕緣配合要求應(yīng)做到：當(dāng)雷電波侵入變電所母線時(shí)，閥式避雷器將首先動(dòng)作，以便保護(hù)其他電氣設(shè)備不被擊穿絕緣。這就是伏安特性的配合，即母線上裝設(shè)的閥式避雷器的伏安特性曲線應(yīng)比與母線直接聯(lián)接5的各種電氣設(shè)備絕緣的伏安特性低。對(duì)于接觸網(wǎng)，按絕緣配合要求應(yīng)做到：在任何運(yùn)行條件下(如由于風(fēng)力或受電弓的抬升力使導(dǎo)線擺動(dòng)或振動(dòng))，導(dǎo)線及其他帶電金具和接地部分(如鋼柱，隧道壁等)之間空氣間隙的絕緣強(qiáng)度不小于接觸網(wǎng)絕緣子的絕緣強(qiáng)度。對(duì)于AT區(qū)段接觸

23、網(wǎng)，還應(yīng)使自耦變壓器的避雷器的起始放電電壓，低于自耦變壓器的攻擊絕緣強(qiáng)度，及要進(jìn)行伏安特性的配合。</p><p><b>　　3 總結(jié)</b></p><p>　　接觸網(wǎng)的絕緣配合需要考慮絕緣子和避雷設(shè)備的選擇，以及確定合理的絕緣間隙等，此次課程設(shè)計(jì)主要就接觸網(wǎng)的絕緣配合相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分析，結(jié)合蘭州環(huán)境條件，選擇合適的避雷設(shè)施和符合要求的絕緣設(shè)備。通過(guò)對(duì)接觸網(wǎng)絕緣配合

24、的思考和查詢資料,實(shí)現(xiàn)良好的絕緣配合。就絕緣配合來(lái)說(shuō)，良好的絕緣配合，是確保接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)安全可靠的主要因素。同時(shí)還應(yīng)該考慮電力網(wǎng)污閃事故的損失，且在嚴(yán)重污穢地區(qū)，必須要加強(qiáng)接觸網(wǎng)的外絕緣水平。</p><p><b>　　參考書(shū)目</b></p><p>　　[1] 于萬(wàn)聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2003：191-202.</p&g