接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計報告--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： 電氣 082 </p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p>　　指導(dǎo)教師： 任麗苗 </p><p>　　2

2、012 年 2 月 24 日</p><p><b>　　1基本題目</b></p><p><b>　　1.1 題目</b></p><p>　　接觸網(wǎng)絕緣配合。本次課程設(shè)計本人主要負(fù)責(zé)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(jì)上協(xié)調(diào)接觸網(wǎng)建設(shè)投資費(fèi)、

3、運(yùn)營維護(hù)費(fèi)和事故損失費(fèi)三者之間的關(guān)系。</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)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(hù)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(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

4、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(jì)上協(xié)調(diào)接觸網(wǎng)建設(shè)投資費(fèi)、運(yùn)營維護(hù)費(fèi)和事故損失費(fèi)三者之間的關(guān)系。因此，對接觸網(wǎng)的絕緣配合進(jìn)行分析與研究是十分必要的。</p><p>　　2接觸網(wǎng)絕緣配合的分析與研究</p><p>　　

5、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

6、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>　?。?）絕緣子的機(jī)械性能</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(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，所以對絕緣子的電氣及機(jī)械性能的要求都是極為嚴(yán)格的。</p>&

7、lt;p>　?。?）絕緣子的電氣強(qiáng)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>　?、俳^緣子的干閃絡(luò)電壓</p><p>　　絕緣子在干燥

8、﹑清潔的環(huán)境時，施加電壓使其表面達(dá)到閃絡(luò)時的最低電壓，稱為干閃絡(luò)電壓。</p><p><b>　　②絕緣子濕閃絡(luò)電壓</b></p><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>　?、蹞舸╇妷?lt;/b></p><

9、;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(qiáng)度—每串片數(shù)選擇</p><p>　　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（內(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>　?。?-1-1）

10、 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運(yùn)行中提高污穢耐壓的有效性

11、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

12、><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>　　—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

13、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(jìn)行絕緣配合時，對于330kV及以上輸電線路的絕緣子串、空氣間隙在各種電壓下（特別是操作沖擊下）的絕緣強(qiáng)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(fù)極性低，估計算中應(yīng)用正極性放電電壓。</p><p>　　在實際運(yùn)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

14、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1所列數(shù)值。</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(jī)械負(fù)荷較大，易于損壞。因而，耐張絕緣

15、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，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(yùn)行經(jīng)驗時，可按下式確定</p><p><b>　?。?-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100

16、0m以下地區(qū)絕緣子串的絕緣子數(shù)，片；</p><p><b>　　—海拔高度，km；</b></p><p>　?。?）絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度選擇</p><p>　　絕緣子機(jī)械強(qiáng)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(fù)載來確定，盤式絕緣子機(jī)械強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)按下式計算</p><p><b

17、>　　（2-1-4）</b></p><p>　　式中： —盤式絕緣子的額定機(jī)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(jī)械強(qiáng)度安全系

18、數(shù)</p><p>　　對于資質(zhì)盤型絕緣子常應(yīng)滿足正常運(yùn)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(jī)械強(qiáng)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

19、、210kN、300kN三級。</p><p>　　懸垂絕緣子串正常運(yùn)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>　

20、　—最大比載條件下的垂直擋距，；</p><p>　　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(yùn)行應(yīng)力（覆冰、大風(fēng)、低溫）或斷線應(yīng)力，MPa。</p><p&g

21、t;<b>　　2.2絕緣間隙 </b></p><p>　?。?）接觸網(wǎng)帶電體與接地體（包括大型建筑物、機(jī)車車輛、擴(kuò)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

22、頻頻發(fā)生，造成不穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　（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

23、成絕緣間隙的變化。絕緣間隙還應(yīng)保證在任何運(yùn)營條件下，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>

24、<p>　　—接觸網(wǎng)額定電壓（kV）；</p><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

25、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(jì)、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&g

26、t;　　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(jì)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(yùn)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(hù)規(guī)

27、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(rèn)為可按3倍與接觸網(wǎng)最高運(yùn)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(jì)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(zhǔn)。這些試驗電

28、壓標(biāo)準(zhǔn)一般都有專門的明確規(guī)定。</p><p>　　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(yùn)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(qiáng)度不小于接觸網(wǎng)絕緣子的絕緣強(qiáng)度。對于AT區(qū)段接觸網(wǎng)，還應(yīng)使保護(hù)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(qiáng)度，就是說，也要進(jìn)行伏秒特性的配合。</p><p>　　2.

29、4絕緣配合的統(tǒng)計法</p><p><b>　　（1）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(qiáng)度都是隨機(jī)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(jì)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)

30、計的安全程度，并能按照使每年設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)營費(fèi)及事故損失費(fèi)最小的原則進(jìn)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(dú)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

31、><b>　?。?-4-1）</b></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(jìn)行統(tǒng)計（正、負(fù)極性約各占一半），且高于最大運(yùn)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>

32、<p>　　一般，絕緣在負(fù)極性操作沖擊下的耐壓強(qiáng)度較高。若忽略負(fù)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(qiáng)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

33、調(diào)整，進(jìn)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(jì)比較在絕緣成本和故障率之間進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行計

34、算。統(tǒng)計法的主要困難在于隨機(jī)因素較多，而且某些隨機(jī)因素的統(tǒng)計規(guī)律還有待于資料積累和認(rèn)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(zhǔn)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(jìn)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

35、></p><p>　　在實際工程中，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(zhǔn)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>　　（2-4-4）</b></p><p><b>　?。?-4-5）</

36、b></p><p>　　由于在式（2-4-3）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>　　（2-4-6）</b></p><p>　　通過變量置換進(jìn)行積分運(yùn)算，可以得到如下結(jié)果：</p><p><b>　?。?-4-7）</b></p>

37、<p>　　式中，及分別為過電壓的均值及絕緣的50%放電電壓。</p><p>　　同理，若略去負(fù)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>&l