接触网课设报告

接触网工程课程设计报告接触网工程课程设计报告 评语 考 勤 10 守 纪 10 设计过程 40 设计报告 30 小组答辩 10 总成绩 100 专专 业 业 电气工程及其自动化 班班 级 级 姓姓 名 名 学学 号 号 指导教师 指导教师 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013 年年 7 月月 19 日日 接触网工程课程设计报告 0 1 设计题目设计题目 1 1 题目题目 电气化铁路接触网的绝缘配合的研究 1 2 设计内容设计内容 根据所在区域环境条件选择绝缘设备型号 设计避雷设备的安装 确定绝缘配合 方案及配合中的参数设计 1 3 题目分析题目分析 接触网的绝缘配合 就是根据接触网所在的电气化铁路供电系统中所可能施加于 接触网的各种电压 包括正常工作电压 操作过电压和大气过电压 并考虑保护装置 的特性和接触网的绝缘特性 来确定接触网对所加电压的必要的耐受强度 以便把作 用于接触网上的各种电压所引致的接触网绝缘损坏和影响接触网不间断正常供电的概 率 降低到在经济上和铁路运营上所能接受的水平 良好的绝缘配合 就是要在技术 上正确处理各种电压 各种限压措施 如装设避雷器 和接触网绝缘耐受能力三者之 间的配合关系 并在经济上协调接触网建设投资费 运营维护费和事故损失费三者之 间的关系 因此 对接触网的绝缘配合进行分析与研究是十分必要的 2 接触网的绝缘配合接触网的绝缘配合 2 1 绝缘部件绝缘部件 2 1 1 绝缘子的作用和要求绝缘子的作用和要求 绝缘子是接触网带电体与支柱设备或其他接地体保持电气绝缘的重要部件 其要 承受着工作电压和各种过电压 并承担着接触悬挂和支持结构的重量及因气象影响产 生的机械荷载 另外还受到风吹日晒 以及其他污染物 如扬尘 化工粒子的影响 其要有足够电气绝缘强度 能长期使用 具有抗污 抗腐蚀等功能 2 1 1 绝缘子的分类绝缘子的分类 接触网用的绝缘子多为悬式绝缘子和棒式绝缘子 悬式绝缘子主要用来悬吊或支 撑接触悬挂 电气化铁路供电的额定电压是 25KV 选用的绝缘子形式一般是由三片组 成的绝缘子串 轻污染区采用三片普通型悬式绝缘子组成 重污染区采用四片均为防 污型悬式绝缘子组成的绝缘子串 棒式绝缘子是根据电气化铁路接触网的工作条件而 专门设计的一种瓷质的整体式绝缘子 它受压性能较好 具有一定的抗弯强度 对于 接触网工程课程设计报告 1 承受压力及弯矩的场合采用棒式绝缘子 根据使用环境及条件可分为普通型 防污型及 双重绝缘三种类型 绝缘子的性能好坏 对接触网能否正常供电影响很大 2 1 3 绝缘子机械与电气性能绝缘子机械与电气性能 绝缘子在接触网中不仅起绝缘作用 而且还承受着机械负荷 特别是软横跨的承 力索及下锚用的绝缘子承受着线索的全部张力 所以对绝缘子的电气及机械性能的要 求都是极为严格的 绝缘子的电气性能 能用干闪络电压 湿闪络电压和击穿电压表 示 绝缘子的干闪络电压 绝缘子在干燥 清洁的环境时 施加电压使其表面达到闪络 时的最低电压 绝缘子湿闪络电压 在雨水降落的方向与绝缘子表面呈 45 度淋在绝缘子表面时使 其闪络的最低电压 绝缘子发生闪络时 只是沿瓷体表面放电 而瓷体本身未受到损害 闪络消失后 绝缘性能即可恢复 但发生闪络后 其绝缘性能下降 击穿电压 绝缘子瓷体被击穿损害而失去绝缘作用的最低电压 绝缘子的电气性能不是一成不变的 随使用时间的增长 其绝缘强度会逐渐下降 我们在使用中 每年至少应进行一次绝缘子电压分布测量 检查其绝缘性能 2 2 绝缘间隙绝缘间隙 接触网带电体与接地体 包括大型建筑物 机车车辆 扩大货物等 之间的空气绝 缘距离 称为绝缘间隙 绝缘间隙必须选择合适 如果接触网的绝缘间隙过大 则必 然提高电气设备的耐压等级及水平 造成投资过大 如果绝缘间隙过小 则必然招致 击穿绝缘间隙的情况频频发生 造成不稳定运行 确定合理的绝缘间隙 应考虑接触网的工作电压和其他影响空气击穿的因素 选 择空气绝缘的原则 一是能够经受住在空载条件下具有脉冲性质的操作过电压 二是 能在任何恶劣的气候条件下不发生事故 以保证接触网良好的工作状态 在确定绝缘 间隙时 除了考虑电压的变化外 还应考虑气温变化 受电弓抬起接触线以及施工误 差等原因造成绝缘间隙的变化 绝缘间隙还应保证在任何运营条件下 消除在接地零 件上发生闪络的可能性 在考虑了这一切因素后 应当力求缩小绝缘间隙的数值 我国曾用下述经验公式来确定接触网带电体与接地体之间的绝缘间隙 即 1 0 1 150 H U d 式中 空气间隙 dm 接触网工程课程设计报告 2 接触网额定电压 H UkV 这个公式 1 也是经过大量实验得到的 它体现了一定的规律性 但是 由于考虑 条件和试验条件不同 各国对最小允许绝缘间隙的见解不甚一致 取值也不尽相同 我国在实验的基础上 经过综合的经济 技术比较后所确定的各项带电体至接地体之 间的空气绝缘间隙见附录 1 所示 2 2 接触网的避雷接触网的避雷 接触网是露天供电装置 为安全运行 应采取必要的大气过电压防护措施 我国 幅员辽阔 气象条件差异较大 雷电区的划分 每年雷电日数少于 30 时 为轻雷区 雷电日数在 30 60 之间 为中雷区 雷电日多于 60 者为重雷区 实际中 在中雷或重 雷地区 应装设氧化锌避雷器 特别在接触网的电分段和电分相锚段关节处 长大隧 道两端 分区亭引线和牵引变电所馈电线出口处 氧化锌避雷器主要由氧化锌非线性电阻片组装而成的 是一种空气间隙金属氧化 物避雷器 它具有理想的伏安特性 在正常工作情况下 流过的电流非常小 即在系 统工作电压下 具有极高的电阻而成绝缘状态 当电压幅值超过一定范围时 呈现低 阻状态 泄放雷电流 使与避雷器并联的电气设备的残压被抑制在设备绝缘安全值以 下 待有害的过电压削减后迅速恢复高阻绝缘状态 从而保证电气设备的正常运行 它具有响应迅速 残压低 通流容量大 无续流 结构简单 维护简单等优点 2 3 绝缘配合绝缘配合 绝缘配合就是综合考虑电气化铁路供电系统中各设备的绝缘能力 欲使绝缘能耐 受所有可能遇见的最大过电压 不仅目前技术上做不到 经济上也不合理 因而在考 虑绝缘配合时 应当在考虑过电压损坏绝缘不可避免时 应将损坏限制在损害最小 且对运行扰乱最小的原件和部位 同时 应合理的提高整体的绝缘强度 还能利用氧 化锌避雷器等绝缘设备来限制过电压幅值 寻求绝缘配合的过程 实质上就是合理地考虑绝缘水平的过程 对于接触网而言 在任何运行条件下 如由于风力导致接触线的摆动而影响受流 导线及其他带电金具 和接地部分之间的空气间隙的绝缘强度不小于接触网绝缘子的绝缘强度 在污秽地区 特别是严重污秽地区 会使绝缘部件的绝缘能力大大下降 因而必须加强接触网的外 绝缘能力 所谓外绝缘能力 就是指直接与大气相接处条件下工作的各种形式的绝缘 2 4 绝缘配合的统计法绝缘配合的统计法 1 统计法 绝缘配合的统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐压强度都是随机变量的实际情况 接触网工程课程设计报告 3 在已知过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性后 用计算方法求出绝缘闪络的概率和 线路的跳闸率 在技术经济比较的基础上 正确的确定绝缘水平 这种方法不仅定量的给出设计的安全程度 并能按照使每年设备折旧费 运营费 及事故损失费最小的原则进行优化设计 目前研究的最多的是以过电压幅值的概率分 布为基础的统计法 设为过电压概率密度函数 为绝缘放电概率分布函数 如图 1 所示 设 uf uP 与是不相关的 为过电压在附近范围内出现的概率 为 uf uPduuf 00 udu 0 up 在过电压作用下绝缘放电的概率 因二者是相互独立的 由概率积分的计算公式得 0 u 到出现这样高的过电压并使绝缘放电的概率是 2 00 dRP uf u du 式 2 中称为微分故障率 即图 1 中阴影部分的面积 通常 我们只按过电压的绝对dR 值进行统计 正 负极性约各占一半 且高于最大运行相电压幅值时才作为过 phm U 电压 所以将在到 或到某一值为止 积分可得故障率 即 phm U R 3 Uphm duufuPR 一般 绝缘在负极性操作冲击下的耐压强度较高 若忽略负极性下的故障率 则 绝缘在操作过电压下故障率的估计值为 4 Uphm duufuPR 2 1 由可知故障率是图 1 中总的阴影部分的面积 设增加绝缘强度 曲线向右R uP 移动 阴影面积减小 绝缘故障率降低 但设备投资将增大 因此用统计法可按需要 对敏感性因素作调整 进行一系列试验设计与故障率的估算 根据技术经济比较在绝 缘成本和故障率之间进行协调 在满足预定的故障率的前提下 选择合理的绝缘水平 接触网工程课程设计报告 4 f u p u f u p u p u0 f u0 du p u0 f u0 du 图 1 绝缘故障的估算 利用统计法进行故障计算时 可以不必检验过电压幅值的概率属于什么分布 而 直接利用暂态网络分析仪 TNT 上得到的概率分布进行计算 统计法的主要困难在于随 机因素较多 而且某些随机因素的统计规律还有待于资料积累和认识 例如气象条件 的影响 过电压波形中只考虑了幅值最大的峰值 其余峰值均未考虑 绝缘的特性是 在标准操作波形下得到的 等等 因此 按式 4 算出的故障率通常比实际值大许多倍 所以 统计法还有待进一步完善 尽管如此 用它来做设计方案的相对比较比惯用法 有明显优势 2 简化统计法 在实际工程中 为便于计算 对过电压及绝缘放电概率的统计规律做了一些通常 是允许的假设 即假设它们均服从正态分布 而且已知它们的标准偏差分别为及 0 i 这样 就可以写出过电压的概率密度函数及绝缘放电的概率函数 uf uP 5 2 2 1 0 2 1 Uu euf 6 dVeuP UV u i 2 2 1 2 1 由于在式 4 中在范围内 0 以及在 0 范围内0 可得绝u0 ufu phm U uf 缘故障率为 7 1 U 2 2 0 1 2 RP u f u due 通过变量置换进行积分运算 可以得到如下结果 8 R 1 2 e 1 2t 2 dt 接触网工程课程设计报告 5 式中 及分别为过电压的均值及绝缘的 50 放电电压 22 0i aiao UU ao U ai U 同理 若略去负极性下的故障率 仍取其 既得绝缘在操作过电压下故障率的 2 1 估算值 9 dteR t 2 2 1 2 1 2 1 因此 只要已知及即可很快算得故障率 ao U ai UR 3 总结总结 定期绝缘间隙是在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的 最短空气间隙 即在保证电气性能稳定和安全的情况下 通过空气能实现绝缘的最短 距离 操作过电压为由于操作 如断路器的合闸和分闸 故障或其他原因 使系统参 数突然变化 系统由一种状态转换为另一种状态 在此过渡过程中系统本身的电磁能 振荡而产生的过电压 接触网的绝缘配合不仅要满足其正常工作的绝缘强度 更要讲 求其经济性 接触网工程课程设计报告 6 参考文献参考文献 1 于万聚 高速电气化铁路接触网 M 成都 西南交通大学出版社 2002 2 李爱敏 接触网生产实习指导 M 北京 中国铁道出版社 2000 接触网工程课程设计报告 7 附录附录 1 表 1 空气绝缘间隙表 接触网电压 25kV 序号间隙类别 正常值 mm 最小值 mm 一般情况 450 1 绝缘锚段关节两悬挂点 间的间隙 吸流变压器处 300 2 同回路自耦变压器供电线带电体距接触悬 挂或供电线带