电气化铁路接触网的绝缘配合的研究

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 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气1103 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014 年7月 12日 1 设计原始题目1.1 具体题目电气化铁路接触网的绝缘配合的研究。1.2 设计内容根据所在区域环境条件选择绝缘设备型号，整定空气绝缘间隙，确定绝缘配合方案及配合中的参数设计。（避雷器部分不是主要设计部分）本设计假设交流电气化铁路的接触网所处的环境如表1.1所示，全线按重污区设计。表1.1 气象条件表名 称 单位 数值最高气温40最低气温-10覆冰时气温-5最大风时气温10吊弦、定位器正常位置时温度 25接触网运营设计风速m/s35接触网结构设计风压kN/m20.9路基上结构风速m/s45覆冰时风速m/s10覆冰厚度mm5雷电区/最大雷电日等级/天 中雷区/51.12 题目计算与分析2.1 接触网的绝缘部件 2.1.1绝缘子的种类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。接触网用的绝缘子多为悬式绝缘子和棒式绝缘子。悬式绝缘子作为输电线路的重要设备之一，担负着悬挂导线和对铁塔绝缘的重要任务，选用的绝缘子形式一般为由几片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。绝缘子的性能好坏，对接触网能否正常供电影响很大。2.1.2绝缘子的机械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。2.1.3绝缘子的机械强度选择绝缘子机械强度的选择，一般是按所选用导线型号及分裂根数和覆冰厚度、风速等所受综合负载来确定。我国绝缘子常按机械强度(KN)分级为：70、100、160、210、300等。110200kV线路一般用70kN和100kN二级，300kV线路常用100kN、160kN二级；500kV线路常用160kN、210kN、300kN三级。考虑接触网25kv的电压以及机械破坏负荷情况，本接触网采用40KN、70KN二级绝缘子。2.1.4绝缘子的电气性能绝缘子在工作中要受到各种大气环境的影响，并可能受到工频电压、内部过电压和外部过电压的作用。因而，要求绝缘子在这三种电压作用及相应的环境之下能够正常工作或保持一定绝缘水平。绝缘子的电气性能，用干闪络电压湿闪络电压和击穿电压表示。1. 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（表面暂时性放电）时的最低电压，称为干闪络电压。2. 绝缘子的湿闪络电压：雨水在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，就称为绝缘子湿闪络电压。3. 绝缘子的击穿电压：击穿电压是指绝缘子瓷体被击穿损害而失去绝缘作用的最低电压。2.1.5悬式绝缘子的选择（每串片数）每串绝缘子片数应符合工频电压的爬电距离要求，同时应符合操作过电(内过电压)要求，有工频电压爬电距离要求的线路，每串绝缘子片数应符合下式要求：式中：每串绝缘子片数；系统最高电压，kV；爬电比距，330kV及以上为1.45cm/kV，220kV及以下为1.39cm/kV；每片悬式绝缘子的几何爬电距离，cm；绝缘子爬电距离的有效系数；绝缘子串除应在长期工作电压下不发生闪络外，还应耐受操作过电压的作用，即绝缘子串的湿闪电压在考虑各种影响因数并保持一定裕度后，应大于可能出现的操作过电压，于是绝缘子串的工频湿闪电压(最大值)或正极性操作冲击50%放电电压可由下式确定 (2.1.2)式中：绝缘子串的工频湿闪电压最大值或正极性操作冲击50%放电电压；对220kV及以下系统为计算用最大操作过电压，对于330kV及以上系 统为线路相对地统计操作过电压，采用空载线路合闸、单相重合闸和 成功的三相重合闸中的较高值； 线路绝缘子串操作过电压统计配合系数。考虑到是重污区，故采用4片防污型悬式绝缘子组成的绝缘子串，选用型号为XWP-70（X-悬式，W-防污型，P-盘形，2-结构高度146MM，70-额定机电破坏负荷），具体参数如表2.1所示。表2.1 悬式绝缘子参数表型号 泄漏距离(mm) 工频试验电压(kV) 50%全波冲击闪络电压幅值(kV)XWP2-70 400 90 130在实际运行中，不能排除存在零值绝缘子的可能性。因此，在按上述操作过电压确定每串绝缘子片数时，还应适当增加片数。对于直线塔杆，35220kV电压等级下增加1片，220kV及以上增加12片。2.1.5棒式绝缘子的选择根据电气化铁路接触网的工频额定电压25kV以及重污区要求棒式绝缘子的爬电距离要大于规定中的1200mm，所以选择的棒式绝缘子型号为QBN-25，具体参数如表3.2所示。表3.2 棒式绝缘子参数表产品型号 额定电压(kV) 爬距(mm) 全波冲击耐受电压(kV) 工频湿闪耐受电压(kV)QBN2-25 25 1200 270 1302.2 绝缘间隙2.2.1绝缘间隙的定义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。如果接触网的绝缘间隙过大，将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，会导致击穿绝缘间隙的情况频频发生，造成不稳定运行。所以要对绝缘间隙进行合理确定。2.2.2绝缘间隙的确定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 式中：空气间隙(m)；接触网额定电压(kV)由于考虑条件和实验条件不同，对最小允许绝缘间隙的取值也不尽相同。对于25kV接触网电压，我国标准固定绝缘间隙取300mm，最小允许固定间隙取240mm。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如表2.2所示。附加导线对地面及相互间距离如表2.3所示。2.3 接触网的防雷本次设计的电气化铁路接触网所处的环境为中雷区，可每公里装设两只避雷器，避雷器选择氧化锌避雷器。表2.2 空气绝缘间隙表（接触网电压25kV，风速13m/s）序号间隙类别正常值(mm)最小值(mm)1绝缘锚段关节两悬挂点间的间隙（一般）4502绝缘锚段关节两悬挂点间的间隙（吸流变）3002供电线带电体的间隙500450325kV带电体距固定接地体的间隙300 240425kV带电体距机车车辆或装载货物的间隙350 5受电弓极限和导线最高位置距接地体的瞬时间隙距接地体的瞬时间隙2001606各相关线距接地体的间隙3307带电体与自耦变压器中线或保护线的间隙2508绝缘元件接地侧裙边距接地体的间隙10075表2.3 附加导线对地面及相互间距离（接触网电压25kV）序号间隙类别供电线回流线架空地线（K）1绝缘锚段关节两悬挂点间隙5000-70004000-60002导线距峭壁、挡土墙和岩石(无风时)10005002导线距峭壁、挡土墙和岩石(计算最大风偏时)300753与建筑物间的最小距离3000-40001000-25004导线跨越非电气化股道7500 75005导线跨越不同回路电气化股道300020006与铁路沿线树木之间的最小水平距离350030002.4 绝缘配合2.4.1绝缘配合的定义电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定。研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压，过电压防护装置的效用，以及设备的绝缘材料和绝缘结构对各种作用电压的耐受特性等因素，并且考虑经济上的合理性以确定输电线路和电工设备的绝缘水平。2.4.2绝缘配合的方法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，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。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。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。然后通过变量置换进行积分运算和略去负极性下的故障率既得绝缘在操作过电压下故障率的估算值。3. 惯用法：在此法中，系统最大过电压、绝缘耐受电压与安全裕度三者之间的关系认为如下：式中：安全裕度； 绝缘的耐受电压(kV)； 系统最大过电压(kV)； 系统额定电压有效值(kV)； 电压升高系数； 系统过电压倍数。对于接触网，按绝缘配合要求应做到：在任何运行条件下导线及其他带电金属和接地部分之间空气间隙的绝缘强度不小于接触网绝缘子的绝缘强度。一般情况下，绝缘间隙只作为一种后备保护，主要还是通过避雷器和绝缘部件进行绝缘。3 结论本设计对电气化铁路接触网的绝缘配合进行了研究，接触网的绝缘配合主要是指绝缘部件、绝缘间隙以及避雷器之间的相互配合，使接触网受到过电压的损害最小。良好的绝缘配合，是确保接触网运营安全可靠的主要因素。在不同气候条件下，不同温度下和污染严重的地区，绝缘子的绝缘水平也会受到一定的影响，所以要对绝缘的配合有科学合理的选择。因此对绝缘部件和避雷器进行了简单的分析和选择