1、评语：接触网技术课程设计报告班 级： 电气 083 学 号： 200809203 姓 名： 高宏 指导教师： 徐金阳 自动化与电气工程学院接触网技术课程设计12012 年 02 月 24 日1.基本题目1.1 题目接触网绝缘配合。1.2 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，
2、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。自动化与电气工程学院接触网技术课程设计22.题目：接触网绝缘配合的分析与研究2.1 接触网的绝缘部件 （1）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
3、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，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。（3）绝缘子的电气强度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
4、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。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，称为干闪络电压。绝缘子湿闪络电压在雨水降落的方向与绝缘子表面呈 45 度淋在绝缘子表面是，使其闪络的最低电压，就称为绝缘子湿闪络电压。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。4悬式绝缘子的电气强度每串片数选择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压（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 (2.11)0LKunem式中: 每串绝缘子片数；n自动化与电气工程学院接触网技术
5、课程设计3系统最高电压，kV；mu爬电比距，330KV 及以上为 1.45，220KV 及以下为 1.39，cm/kV；每片悬式绝缘子的几何爬电距离， cm；0L绝缘子爬电距离的有效系数，主要由各种绝缘子爬电距离在实验eK运行中提高污秽耐压的有效性来确定，并以 XP70 型绝缘子作为基础，其 值eK取为 1.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50.su(2.12) 50.su1K式中: 绝缘子串的工
6、频湿闪电压（最大值）或正极性操作冲击 50%放电电压，kV;50.s对 220kV 及以下系统为计算用最大操作过电压 为系统最大u mphuKu(0工作电压幅值， 为倍数）；对于 330kV 及以上系统为线路相对地统计操作过电压，0K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，对 220kV 及以下系统取 1.17，对1330kV 以上系统取 1.25。进行绝缘配合时，对于 330kV 及以上输电线路的绝缘子串、空气间隙在各种电压下（特别是操作冲击下）的绝缘强度，宜采用仿真型塔实验数据。绝缘子串和空气间隙的正极性放电电压比负极性低，估计算中应用
7、正极性放电电压。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。根据规程要求，在海拔 1000m 以下地区，操作过电压及雷电过电压要求的绝缘子串的绝缘子片数，不少于表 1 所列数值。表 1 操作过电压及雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数自动化与电气工程学院接触网技术课程设计4标称电压（kV） 110 220 330 500单片绝缘子的高度（mm） 146 146 146 155绝缘子片数（片） 7 13 17 25耐张绝缘子串所受机械负荷较大，
8、易于损坏。因而，耐张绝缘子串的绝缘子片数应在表 1的基础上增加，对 110330kV 输电线路增加 1 片，对 500kV 输电线路增加 2片。在海拔高度为 10003500m 的地区，绝缘子串的片数如无运行经验时，可按下式确定(2.13)(.01Hhn式中: 高海拔地区绝缘子串的绝缘子片数；bn海拔 1000m 以下地区绝缘子串的绝缘子片数；h海拔高度，km；H（5）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，盘式绝缘子机械强度的安全系数应按下式计算(2.14)TKR1式中: 盘式绝缘子的额定机械破坏荷载， kn；RT分别取
9、绝缘子承受的最大使用荷载、断线、断联荷载（双联及以上多联绝缘子串断一联后的荷载）或常年荷载，kn；安全系数，按表 2 取值。1K表 2 盘式绝缘子机械强度安全系数 情况 最大使用荷载 断线 断联安全系数 1K2.7 1.8 1.5自动化与电气工程学院接触网技术课程设计5对于资质盘型绝缘子常应满足正常运行情况，常年荷载状态下安全系数不小于4.5，常年荷载是指年平均气温条件下，绝缘子所承受的荷载。断线、断联的气象条件是无风、无冰、最低气温月的最低平均气温。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，3
10、00kV 线路常用 100kN、160kN 二级；500kV 线路常用 160kN、210kN、300kN 三级。悬垂绝缘子串正常运行时最大使用荷载 用下式计算T(2.1.5)VAlgmax式中: 最大比载，N/（ ）；maxg2导线截面积， ；A2最大比载条件下的垂直挡距， ；Vl耐张绝缘子串或断线时对于悬垂绝缘子串，其张力 按下式计算T=1.1 (2.16)TA式中 导线的最大运行应力（覆冰、大风、低温）或断线应力，M Pa。2.2 绝缘间隙 （1）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。接触网绝缘间隙是接触网绝缘配合的重要内容。就整体
11、电气化铁路来说，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。（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。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。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(2.2.1)150.HUd式中: 空气间隙（m）;d接触网额定电压（kV）
12、HU自动化与电气工程学院接触网技术课程设计6表 3 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电体的间隙 500 4503 25kV 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受电弓振动至极限位置和导线被抬起的最高位置距接地体的瞬时间隙 200 1606隔离开关引线、电连接线及自耦变压器供电线、供电线跳线距接地体的间隙330 7对向风压、风速为 13m/s 时，25kV 带电体与
13、自耦变压器中线或保护线的间隙250 瓷质及钢化玻璃绝缘子 100 758绝缘元件接地侧裙边距接地体的间隙 环氧树脂绝缘元件 50 式（2.2.1）是德国电工学会 VDE 推荐的确定带电体与接地体之间空气绝缘间隙的经验公式，这个经验公式也是经过大量实验得到的，它体现了一定的规律性。但是，由于考虑条件和实验条件不同，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。例如，在接触网额定电压为 27.5kV 时，英国最小绝缘间隙为280mm，而刚果则取为 450mm。这是因为每个国家都考虑了本国的具体条件，如气象条件、混合牵引的程度、大型建筑物的多少及改造的难易等。我国在实验的基础上，参考式（2.
14、2.1），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（距离）如表 3 所示自动化与电气工程学院接触网技术课程设计72.4 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，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
15、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fPdf)(00du)(0up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到出现这样高的过电压并使绝缘放电的概率是(2.41)dufPdR)(0式中 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dR对值进行统计（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phmU过电压，所以将式（2.4.1）在 到 （或到某一值为止）积分可得故障率 ,即phmUR（2.4.2)UphdufPR)(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
16、性下的故障率，则绝缘在操作过电压下故障率的估计值为（2.4.3)Uphmduf)(21由式（2.4.3）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R线 向右移动，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)(uP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。自动化与电气工程学院接触网技术课程设计8fup ufupupu0f0fuu图 绝 缘 故 障 率 的 估 算图 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
17、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（2.4.3）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 。0i这样，就可以写出过电压的
18、概率密度函数 及绝缘放电的概率函数 ：)(uf )(uP(2.44)2)(102Uuef(2.4.5)dVuPi2)(1)(由于在式（2.4.3）中 在 范围内 =0，以及 在 0 范围内0)(uf phmU0，可得绝缘故障率为)(ufdfPR)(自动化与电气工程学院接触网技术课程设计9（2.4.6)2)(102Uue duVeUi12)(通过变量置换进行积分运算，可以得到如下结果：（2.4.7)dteR21式中 ， 及 分别为过电压的均值及绝缘的 50%放电电压。20iaoUoai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21估算值。（2.4.8)dteR21因此
19、，只要已知 及 即可根据式（2.4.8）很快算得故障率 。aoUi R国际电工委员会绝缘配合标准推荐采用出现概率为 2%的过电压值为“统计过电压”，推荐闪络概率为 10%、即耐受概率为 90%的电压为绝缘的“统计耐受电压”sU（见图 2（a ） ） ，在这个基础上可以得到不同的统计安全系数 下绝缘的闪络W SWU概率。因为在正态分布下（2.4.9)osaoU05.2（2.4.10)iWi81有了 及 ，即可利用式（2.4.9）计算出故障率 （即图 2（b）中的阴影面积 、aoUi R1A、 ） 。统计安全系数 和故障率 的关系如图 2（c ）所示。2A3f(u) uUS p(u)US=wf(u
20、)Uwp(u) u up(u)US=wf() p()Uwsf() u图 统 计 安 全 系 数 与 故 障 率 的 关 系图 2 统计安全系数与故障的关系 根据技术经济比较，在绝缘成本与故障率间协调，定出可以接受的故障率，选择适当的绝缘水平。(3)惯 用 法自动化与电气工程学院接触网技术课程设计10按作用在设备绝缘上的最大过电压和设备的最小绝缘强度的概念进行绝缘配合的方法。惯用法简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。 按作用在设备绝缘上的“最大过电压”和设备的“ 最小绝缘强度”的概念进行绝缘配合的习惯方法。首先需确定设备上可能出现的最危险的
21、过电压和设备绝缘最低的耐受强度，然后根据运行经验，选择一个配合系数作为这两种电压的比值，以补偿在估计最大过电压和绝缘最低耐受强度时的误差及增加一定的安全逾度，最后确定设备绝缘应能耐受的电压水平。惯用法简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及此概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。由于对非自恢复绝缘放电概率测定的费用太高，因此只能使用惯用法。目前,对 220 千伏及以下的电工设备，通常仍采用惯用法。例如，电力变压器都用避雷器保护。避雷器限制雷电过电压的能力常用避雷器保护水平表示。变压器耐受雷电冲击的绝缘水平 (BIL)需高出避雷器的保护水平，两者的比值称为配合系数。中国一般采用的配
22、合系数值是1.4。对于 500 千伏变压器，国际电工委员会(IEC) 规定，配合系数需等于或大于 1.2。绝缘配合的惯用法:惯用法是一种传统的习惯方法，其基本出发点是使电器设备绝缘的最小击穿电压值高于系统可能出现的最大过电压值，并留有一定的安全裕度。在绝缘配合惯用法中，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为式中:A安全裕度；Uw绝缘的耐受电压(kV)；U0.max系统最大过电压(kV)；Un系统额定电压(有效值，kV)；Kr电压升高系数；Ko系统过电压倍数3.结论与体会课程设计的完成，对书本理论知识的强化和熟练有相当好的帮助，接触网是在上学期学完的，经过一学期部分知识点已经模糊
23、了，本次的课程设计又重新巩固了以前的知识点，同时也加深对接触网知识的了解及应用。此次课程设计我们主要就接触网自动化与电气工程学院接触网技术课程设计11的绝缘配合相关知识进行分析。通过查阅资料，回顾以前所学知识，对绝缘配合的知识做了更深的学习。这次课程设计时间虽有点短，但对于即将参加工作的我们有很大的帮助，通过对接触网绝缘配合的完成，电分相，软横跨的计算等问题的分析，我们进一步了解到接触网中各个部件，各个环节的紧密联系与配合。高速电气化铁路的完成就是靠接触网上的各部件来完成的，不仅是其材质的严格，而且包括各个数据的精确。就绝缘配合来说吧，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，所以要对绝缘的材质，绝缘的配合有科学合理的选择。另外，在这次课程设计中，我发现接触网上的知识是那么的零碎，要掌握好每一环节的数据，必须要积累，把数据和各技能熟记在心，只有这样才能在实践中练出过硬的技术，除此他也可以提高每个人的动手操作能力。参考书目1 于万聚著,高速电气化铁路接触网. 成都：西南交通大学出版社,2002.2 李爱敏主编,接触网生产实习指导.北京：中国铁道出版社,2000.3 何金良著,过电压防护及绝缘配合.北京：清华大学出版社,2000.
