接觸網工程課程設計報告
專業：電氣工程及其自動化
班級： 電氣1103
姓名學號
指導教師
蘭州交通大學自動化與電氣工程學院
2014 年7月 12日
1 設計原始題目
1.1 具體題目
電氣化鐵路接觸網的絕緣配合的研究。
1.2 設計內容
根據所在區域環境條件選擇絕緣裝置型號，整定空氣絕緣間隙，確定絕緣配合方案及配合中的引數設計。（避雷器部分不是主要設計部分）
本設計假設交流電氣化鐵路的接觸網所處的環境如表1.1所示，全線按重汙區設計。
表1.1 氣象條件表
2 題目計算與分析
2.1.1絕緣子的種類
絕緣子是接觸網帶電體與支柱裝置或其他接地體保持電氣絕緣的重要部件。接觸網用的絕緣子多為懸式絕緣子和棒式絕緣子。懸式絕緣子作為輸電線路的重要裝置之一，擔負著懸掛導線和對鐵塔絕緣的重要任務，選用的絕緣子形式一般為由幾片絕緣子組成的絕緣子串。
棒式絕緣子是根據電氣化鐵路接觸網的工作條件而專門設計的一種瓷質的整體式絕緣子。絕緣子的效能好壞，對接觸網能否正常供電影響很大。
2.1.2絕緣子的機械效能
絕緣子在接觸網中不僅起絕緣作用，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效能的要求都是極為嚴格的。
2.1.3絕緣子的機械強度選擇
絕緣子機械強度的選擇，一般是按所選用導線型號及**根數和覆冰厚度、風速等所受綜合負載來確定。
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**。
考慮接觸網25kv的電壓以及機械破壞負荷情況，本接觸網採用40kn、70kn二級絕緣子。
2.1.4絕緣子的電氣效能
絕緣子在工作中要受到各種大氣環境的影響，並可能受到工頻電壓、內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的環境之下能夠正常工作或保持一定絕緣水平。絕緣子的電氣效能，用乾閃絡電壓﹑溼閃絡電壓和擊穿電壓表示。
1.絕緣子的幹閃絡電壓：絕緣子在乾燥﹑清潔的環境時，施加電壓使其表面達到閃絡（表面暫時性放電）時的最低電壓，稱為幹閃絡電壓。
2.絕緣子的溼閃絡電壓：雨水在降落的方向與絕緣子表面呈45度淋在絕緣子表面時，使其閃絡的最低電壓，就稱為絕緣子溼閃絡電壓。
3.絕緣子的擊穿電壓：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。
2.1.5懸式絕緣子的選擇（每串片數）
每串絕緣子片數應符合工頻電壓的爬電距離要求，同時應符合操作過電(內過電壓)要求，有工頻電壓爬電距離要求的線路，每串絕緣子片數應符合下式要求：
式中：—每串絕緣子片數；
—系統最高電壓，kv；
—爬電比距，330kv及以上為1.45cm/kv，220kv及以下為1.39cm/kv；
—每片懸式絕緣子的幾何爬電距離，cm；
—絕緣子爬電距離的有效係數；
絕緣子串除應在長期工作電壓下不發生閃絡外，還應耐受操作過電壓的作用，即絕緣子串的溼閃電壓在考慮各種影響因數並保持一定裕度後，應大於可能出現的操作過電壓，於是絕緣子串的工頻溼閃電壓(最大值)或正極性操作衝擊50%放電電壓可由下式確定
2.1.2)
式中：—絕緣子串的工頻溼閃電壓最大值或正極性操作衝擊50%放電電壓；
—對220kv及以下系統為計算用最大操作過電壓，對於330kv及以上系統為線路相對地統計操作過電壓，採用空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘中的較高值；
—線路絕緣子串操作過電壓統計配合係數。
考慮到是重汙區，故採用4片防汙型懸式絕緣子組成的絕緣子串，選用型號為xwp-70（x-懸式，w-防汙型，p-盤形，2-結構高度146mm，70-額定機電破壞負荷），具體引數如表2.1所示。
表2.1 懸式絕緣子參數列
在實際執行中，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時，還應適當增加片數。對於直線塔杆，35~220kv電壓等級下增加1片，220kv及以上增加1~2片。
2.1.5棒式絕緣子的選擇
，所以選擇的棒式絕緣子型號為qbn-25，具體引數如表3.2所示。
表3.2 棒式絕緣子參數列
2.2 絕緣間隙
2.2.1絕緣間隙的定義
接觸網帶電體與接地體（包括大型建築物、機車車輛、擴大貨物等）之間的空氣絕緣距離，稱為絕緣間隙。
如果接觸網的絕緣間隙過大，將提高電氣裝置的耐壓等級及水平，造成投資過大；如果絕緣間隙過小，會導致擊穿絕緣間隙的情況頻頻發生，造成不穩定執行。所以要對絕緣間隙進行合理確定。
2.2.2絕緣間隙的確定
確定合理的絕緣間隙，應考慮接觸網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，一是能夠經受住在空載條件下具有脈衝性質的操作過電壓；二是能在任何惡劣的氣候條件下不發生事故，以保證接觸網良好的工作狀態。在確定絕緣間隙時，除了考慮電壓的變化外，還應考慮氣溫變化、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。
絕緣間隙還應保證在任何運營條件下，消除在接地零件上發生閃絡的可能性。在考慮了這一切因素後，應當力求縮小絕緣間隙的數值。
我國曾用下述經驗公式來確定接觸網帶電體與接地體之間的絕緣間隙，即
式中：—空氣間隙(m)；
—接觸網額定電壓(kv)
由於考慮條件和實驗條件不同，對最小允許絕緣間隙的取值也不盡相同。對於25kv接觸網電壓，我國標準固定絕緣間隙取300mm，最小允許固定間隙取240mm。經過綜合的經濟、技術比較後所確定的各項帶電體至接地體之間的空氣絕緣間隙如表2.
2所示。
附加導線對地面及相互間距離如表2.3所示。
2.3 接觸網的防雷
本次設計的電氣化鐵路接觸網所處的環境為中雷區，可每公里裝設兩隻避雷器，避雷器選擇氧化鋅避雷器。
表2.2 空氣絕緣間隙表（接觸網電壓25kv，風速13m/s）
表2.3 附加導線對地面及相互間距離（接觸網電壓25kv）
2.4 絕緣配合
2.4.1絕緣配合的定義
電力系統中用以確定輸電線路和電工裝置絕緣水平的原則、方法和規定。研究絕緣配合的目的在於綜合考慮電工設施可能承受的作用電壓，過電壓防護裝置的效用，以及裝置的絕緣材料和絕緣結構對各種作用電壓的耐受特性等因素，並且考慮經濟上的合理性以確定輸電線路和電工裝置的絕緣水平。
2.4.2絕緣配合的方法
1.統計法：絕緣配合的統計法是根據過電壓幅值和絕緣的耐壓強度都是隨機變數的實際情況，在已知過電壓幅值及絕緣閃絡電壓的統計特性後，用計算方法求出絕緣閃絡的概率和線路的跳閘率，在技術經濟比較的基礎上，正確的確定絕緣水平。
2.簡化統計法：在實際工程中，為便於計算，對過電壓及絕緣放電概率的統計規律做了一些通常是允許的假設，即假設它們均服從正態分佈，而且已知它們的標準偏差。
這樣，就可以寫出過電壓的概率密度函式及絕緣放電的概率函式。然後通過變數置換進行積分運算和略去負極性下的故障率既得絕緣在操作過電壓下故障率的估算值。
3.慣用法：在此法中，系統最大過電壓、絕緣耐受電壓與安全裕度三者之間的關係認為如下：
式中：—安全裕度；
—絕緣的耐受電壓(kv)；
—系統最大過電壓(kv)；
—系統額定電壓有效值(kv)；
—電壓公升高係數；
—系統過電壓倍數。
對於接觸網，按絕緣配合要求應做到：在任何執行條件下導線及其他帶電金屬和接地部分之間空氣間隙的絕緣強度不小於接觸網絕緣子的絕緣強度。一般情況下，絕緣間隙只作為一種後備保護，主要還是通過避雷器和絕緣部件進行絕緣。
接觸網作業標準
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