接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)絕緣配合最新

1、接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 電氣083 學(xué) 號(hào)： 200809203 姓 名： 高宏 指導(dǎo)教師： 徐金陽 評(píng)語： 2012 年 02 月 24 日1.基本題目1.1 題目接觸網(wǎng)絕緣配合。1.2 題目分析接觸網(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(duì)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(yíng)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

2、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(yíng)維護(hù)費(fèi)和事故損失費(fèi)三者之間的關(guān)系。因此，對(duì)接觸網(wǎng)的絕緣配合進(jìn)行分析與研究是十分必要的。2.題目：接觸網(wǎng)絕緣配合的分析與研究2.1接觸網(wǎng)的絕緣部件 （1）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

3、工作條件而專門設(shè)計(jì)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(duì)接觸網(wǎng)能否正常供電影響很大。 2絕緣子的機(jī)械性能絕緣子在接觸網(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(duì)絕緣子的電氣及機(jī)械性能的要求都是極為嚴(yán)格的。 （3）絕緣子的電氣強(qiáng)度 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。絕緣子的干閃絡(luò)電壓

4、絕緣子在干燥清潔的環(huán)境時(shí)，施加電壓使其表面達(dá)到閃絡(luò)時(shí)的最低電壓，稱為干閃絡(luò)電壓。絕緣子濕閃絡(luò)電壓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。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。 4懸式絕緣子的電氣強(qiáng)度每串片數(shù)選擇 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(shí)應(yīng)符合操作過電壓（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 (2.11)式中:每串絕緣子片數(shù)； 系統(tǒng)最高電壓，kV； 爬電比距，330KV及以上為1.45，220KV及以下為1.39，cm/kV； 每片懸式絕緣子的幾何

5、爬電距離，cm； 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(shí)驗(yàn) 運(yùn)行中提高污穢耐壓的有效性來確定，并以XP70型絕緣子作為基礎(chǔ)，其值取為1.絕緣子串除應(yīng)在長(zhǎng)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 (2.12) 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; 對(duì)220kV及以下系統(tǒng)為計(jì)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(duì)于330kV及以上系統(tǒng)為線路相對(duì)地統(tǒng)計(jì)操作過

6、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； 線路絕緣子串操作過電壓統(tǒng)計(jì)配合系數(shù)，對(duì)220kV及以下系統(tǒng)取1.17，對(duì)330kV以上系統(tǒng)取1.25。進(jìn)行絕緣配合時(shí)，對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jì)算中應(yīng)用正極性放電電壓。在實(shí)際運(yùn)行中，不能排除存在零值絕緣子的可能性。因此，在按上述操作過電壓確定每串絕緣子片數(shù)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加片數(shù)。對(duì)于直線塔桿，35220kV電壓等級(jí)下增加1片，220kV及以上增加12片。根據(jù)規(guī)程要求，在海拔1000m以下地區(qū)，

7、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。 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)標(biāo)稱電壓（kV）110220 330 500單片絕緣子的高度（mm）146146146155絕緣子片數(shù)（片）7131725耐張絕緣子串所受機(jī)械負(fù)荷較大，易于損壞。因而，耐張絕緣子串的絕緣子片數(shù)應(yīng)在表1的基礎(chǔ)上增加，對(duì)110330kV輸電線路增加1片，對(duì)500kV輸電線路增加2片。在海拔高度為10003500m的地區(qū)，絕緣子串的片數(shù)如無運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下式確定 (2.13)式中:高海拔地區(qū)絕緣子串的絕緣子片數(shù)； 海拔1000m以下地區(qū)絕緣子串的絕緣子片數(shù)； 海拔高度，km

8、； （5）絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度選擇 絕緣子機(jī)械強(qiáng)度的選擇，一般是按所選用導(dǎo)線型號(hào)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(jì)算 (2.14)式中:盤式絕緣子的額定機(jī)械破壞荷載，kn； 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； 安全系數(shù)，按表2取值。 表2 盤式絕緣子機(jī)械強(qiáng)度安全系數(shù) 情況最大使用荷載斷線斷聯(lián)安全系數(shù)2.71.81.5對(duì)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

9、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(jí)為：70、100、160、210、300等。110200kV線路一般用70kN和100kN二級(jí)，300kV線路常用100kN、160kN二級(jí)；500kV線路常用160kN、210kN、300kN三級(jí)。 懸垂絕緣子串正常運(yùn)行時(shí)最大使用荷載用下式計(jì)算 (2.1.5)式中:最大比載，N/（）； 導(dǎo)線截面積，； 最大比載條件下的垂直擋距，； 耐張絕緣子串或斷線時(shí)對(duì)于懸垂絕緣子串，其張力按下式計(jì)算 =1.1 (2.16)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，M Pa。2.2絕緣間隙 （1）接觸網(wǎng)帶電體與接地體（包括大型建筑物、機(jī)車

10、車輛、擴(kuò)大貨物等）之間的空氣絕緣距離，稱為絕緣間隙。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(jí)及水平，造成投資過大；如果絕緣間隙過小，則必然招致?lián)舸┙^緣間隙的情況頻頻發(fā)生，造成不穩(wěn)定運(yùn)行。 （2）絕緣間隙的確定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)。絕緣間隙還應(yīng)保證在任何運(yùn)營(yíng)條件下，消除在接地零件上發(fā)生閃絡(luò)的可能性。 我國曾用下述經(jīng)驗(yàn)公式來確定接觸網(wǎng)帶電

11、體與接地體之間的絕緣間隙，即 (2.2.1)式中:空氣間隙（m）; 接觸網(wǎng)額定電壓（kV）表3 空氣絕緣間隙表（接觸網(wǎng)電壓25kV）序號(hào)間隙類別正常值（mm）最小值（mm）1絕緣錨段關(guān)節(jié)兩懸掛點(diǎn)間的間隙一般情況450吸流變壓器處 3002同回路自耦變壓器供電線帶電體距接觸懸掛或供電線帶電體的間隙500450325kV帶電體距固定接地體的間隙300 240425kV帶電體距機(jī)車車輛或裝載貨物的間隙350 5受電弓振動(dòng)至極限位置和導(dǎo)線被抬起的最高位置距接地體的瞬時(shí)間隙2001606隔離開關(guān)引線、電連接線及自耦變壓器供電線、供電線跳線距接地體的間隙3307對(duì)向風(fēng)壓、風(fēng)速為13m/s時(shí)，25kV帶電體

12、與自耦變壓器中線或保護(hù)線的間隙2508絕緣元件接地側(cè)裙邊距接地體的間隙瓷質(zhì)及鋼化玻璃絕緣子10075環(huán)氧樹脂絕緣元件50式（2.2.1）是德國電工學(xué)會(huì)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(yàn)公式，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式也是經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件不同，各國對(duì)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(shí)，英國最小絕緣間隙為280mm，而剛果則取為450mm。這是因?yàn)槊總€(gè)國家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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參考式（2.2.1），經(jīng)過綜合的

13、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后所確定的各項(xiàng)帶電體至接地體之間的空氣絕緣間隙（距離）如表3所示2.4絕緣配合的統(tǒng)計(jì)法（1）統(tǒng)計(jì)法絕緣配合的統(tǒng)計(jì)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(shí)際情況，在已知過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性后，用計(jì)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。 這種方法不僅定量的給出設(shè)計(jì)的安全程度，并能按照使每年設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)及事故損失費(fèi)最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jì)法。 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

14、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(jì)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 (2.41) 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(duì)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（正、負(fù)極性約各占一半），且高于最大運(yùn)行相電壓幅值時(shí)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 （2.4.2)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(jì)值為 （2.4.3)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(dòng)，陰影面積減小，絕緣故障率降低，但設(shè)備投資將增大。

15、因此用統(tǒng)計(jì)法可按需要對(duì)敏感性因素作調(diào)整，進(jìn)行一系列試驗(yàn)設(shè)計(jì)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。 圖1 絕緣故障的估算利用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行故障計(jì)算時(shí)，可以不必檢驗(yàn)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(jì)算。統(tǒng)計(jì)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(jì)規(guī)律還有待于資料積累和認(rèn)識(shí)。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(shí)際值大許多倍。所以，統(tǒng)計(jì)法還有待進(jìn)一

16、步完善。盡管如此，用它來做設(shè)計(jì)方案的相對(duì)比較比慣用法有明顯優(yōu)勢(shì)。 （2）簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法在實(shí)際工程中，為便于計(jì)算，對(duì)過電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計(jì)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)： (2.44) (2.4.5) 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 （2.4.6)通過變量置換進(jìn)行積分運(yùn)算，可以得到如下結(jié)果： （2.4.7)式中，及分別為過電壓的均值及絕緣的50%放電電壓。 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。 （2.4

17、.8)因此，只要已知及即可根據(jù)式（2.4.8）很快算得故障率。 國際電工委員會(huì)絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)推薦采用出現(xiàn)概率為2%的過電壓值為“統(tǒng)計(jì)過電壓”，推薦閃絡(luò)概率為10%、即耐受概率為90%的電壓為絕緣的“統(tǒng)計(jì)耐受電壓”（見圖2（a），在這個(gè)基礎(chǔ)上可以得到不同的統(tǒng)計(jì)安全系數(shù)下絕緣的閃絡(luò)概率。因?yàn)樵谡龖B(tài)分布下 （2.4.9) （2.4.10)有了及，即可利用式（2.4.9）計(jì)算出故障率（即圖2（b）中的陰影面積、）。統(tǒng)計(jì)安全系數(shù)和故障率的關(guān)系如圖2（c）所示。 圖2 統(tǒng)計(jì)安全系數(shù)與故障的關(guān)系 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在絕緣成本與故障率間協(xié)調(diào)，定出可以接受的故障率，選擇適當(dāng)?shù)慕^緣水平。(3)慣用法按作用在設(shè)備絕緣

18、上的最大過電壓和設(shè)備的最小絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行絕緣配合的方法。慣用法簡(jiǎn)單明了，但無法估計(jì)絕緣故障的概率以及概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣的要求偏嚴(yán)。 按作用在設(shè)備絕緣上的“最大過電壓”和設(shè)備的“最小絕緣強(qiáng)度”的概念進(jìn)行絕緣配合的習(xí)慣方法。首先需確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)的過電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受強(qiáng)度，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選擇一個(gè)配合系數(shù)作為這兩種電壓的比值，以補(bǔ)償在估計(jì)最大過電壓和絕緣最低耐受強(qiáng)度時(shí)的誤差及增加一定的安全逾度，最后確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。慣用法簡(jiǎn)單明了，但無法估計(jì)絕緣故障的概率以及此概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣的要求偏嚴(yán)。由于對(duì)非自恢復(fù)絕緣放電概

19、率測(cè)定的費(fèi)用太高，因此只能使用慣用法。目前,對(duì)220千伏及以下的電工設(shè)備，通常仍采用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護(hù)。避雷器限制雷電過電壓的能力常用避雷器保護(hù)水平表示。變壓器耐受雷電沖擊的絕緣水平 (BIL)需高出避雷器的保護(hù)水平，兩者的比值稱為配合系數(shù)。中國一般采用的配合系數(shù)值是1.4。對(duì)于500千伏變壓器，國際電工委員會(huì)(IEC)規(guī)定，配合系數(shù)需等于或大于1.2。絕緣配合的慣用法: 慣用法是一種傳統(tǒng)的習(xí)慣方法，其基本出發(fā)點(diǎn)是使電器設(shè)備絕緣的最小擊穿電壓值高于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大過電壓值，并留有一定的安全裕度。在絕緣配合慣用法中，系統(tǒng)最大過電壓、絕緣耐受電壓與安全裕度三者之間的關(guān)系為 式中:A安全裕度； Uw絕緣的耐受電壓(kV)； U0.max系統(tǒng)最大過電壓(kV)； Un系統(tǒng)額定電壓