接觸網(wǎng)課程設計接觸網(wǎng)的接地與防雷設計

1、 接觸網(wǎng)工程課程設計 指導教師評語報告（30）總成績修改（40）平時（30）專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2012 年 7月 13日1 方案選擇1.1題目接觸網(wǎng)的接地與防雷。1.2題目分析 接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，絕大部分裸露在自然環(huán)境中沒有備份，需要采用必要的大氣過電壓防護措施。如果缺少防護措施或措施不當，可能引起絕緣子損壞，造成線路跳閘，直接影響電氣化鐵路運營。同時雷擊產生的侵入波過電壓通過接觸網(wǎng)傳入牽引變電所，可能引起所內電氣設備的損壞造成更大事故。我國地域廣大，因雷擊造成人員傷亡、設備損壞的事故屢見不

2、鮮。根據(jù)牽引供電系統(tǒng)運營部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，目前開通的26萬多千米電氣化鐵道中部分雷擊事故比較頻繁，所以應重視接觸網(wǎng)的防雷設計，以運輸安全為目標，以系統(tǒng)優(yōu)化、綜合防護、防雷減災的原則進行接觸網(wǎng)的防雷設計。接觸網(wǎng)地線是起保護作用，地線將接觸網(wǎng)設備中非常帶電的金屬部分于鋼軌連接起來，當絕緣子發(fā)生擊穿，閃絡或因老化而嚴重漏電時，變電所保護裝置回立即反映事故狀態(tài)，迅速切斷電路。2 設計計算2.1 直接雷擊接觸網(wǎng)雷擊包括直接雷臺，雷電反擊和感應雷擊過電壓等。雷擊接觸網(wǎng)承力索產生直擊雷過電壓同樣與雷電流幅值成正比，即雷擊過電壓約為100倍的電流幅值，雷擊承力索將產生幾百到幾千kV過電壓。雷電反擊過電壓雷擊支

3、柱頂部產生接觸網(wǎng)雷電反擊過電壓，其中不僅有雷電流通過支柱，而且在支柱頂產生電位，同時空氣中迅速變化的電磁場還在導線上產生感應電壓；按圖l表示客運專線典型接觸網(wǎng)支柱懸掛方式，根據(jù)DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合計算方法，計算耐雷電反擊過電壓水平。感應雷擊距接觸網(wǎng)有限遠處，雷擊對地放電時在接觸網(wǎng)上產生的過電壓與雷電流幅值成正比，其比值為3.84。2.2 接觸網(wǎng)耐雷擊水平計算 (1) 雷擊支柱時耐雷擊水平當承力索平均高度，平腕臂對地高度，支柱高度，支柱沖擊接地電阻，時，。根據(jù)式(2)可計算出雷電流超過I的概率。 (2) 雷擊承力索時耐雷擊水平 (3) 建弧率 (4)式(4

4、)中，絕緣子串的平均運行電壓（有效值）梯度，kV/m。通過以上計算可知，在平原地區(qū)每100Km的電氣化鐵道線路，每年由于承力索遭受雷擊引起跳閘的次數(shù)約為15次，這給客運專線的安全運行帶來了隱患。3 接觸網(wǎng)的接地與防雷設備選擇及示意圖3.1 接觸網(wǎng)的接地接觸網(wǎng)的接地是指通過接地線而接于牽引軌。由接地線（接地體）及接地部件組成的接地設備，稱為接地裝置。接地裝置（包括接地線和接地體）均應有可靠的電氣連接。接地導線要連接到距離最近的或接到抗流變壓器線圈的中心端子上，而在單軌軌道回路區(qū)段上，應直接連接到牽引軌上。在通常情況下，支柱的接地裝置應加設擊穿電壓不大于800V的火花間隙。在正常情況下，火花間隙可

5、保證支柱與鋼軌之間的絕緣，使絕緣子因老化等原因形成的泄漏電流不能直接泄向軌道。一旦火花間隙上出現(xiàn)高電壓（如絕緣子閃絡），間隙擊穿，就把支柱和牽引軌接通，以使保護動作，進而保護電氣設備。自動閉塞區(qū)段的軌道回路為雙軌道回路時，單線區(qū)間內的腕臂支柱在每個閉塞區(qū)間范圍內應連到同一鋼軌上；在復線區(qū)段上，腕臂支柱要連接到最近的鋼軌上。采用軟橫跨或硬橫跨時僅需要其中的一根支柱連到鋼軌上。在電氣化鐵路上，軌道被用做第二導線。軌道回路的電阻是由軌道電阻和接頭過渡電阻兩部分組成。如果軌道回路電阻較大，就會增加軌道內的電壓降，并造成雜散電流增加。因此，在正常的軌道接頭間要設連接線。在自動閉塞區(qū)間，在絕緣接頭的兩端要

6、裝設扼流變壓器，其線圈的端頭分別接到兩根鋼軌上。為了使牽引電流能繞過絕緣接頭而流通，用一根導線將扼流變壓器線圈中點連接起來，如圖1所示。復線間的線間連接是將其連接到相鄰絕緣接頭上的扼流變壓器線圈的中點。在單牽引軌道回路的情況下，只能用一根鋼軌來流通牽引電流，而第二根鋼軌則用作流通自動閉塞電流，如圖2所示。動閉塞區(qū)段上，回流線要連接到電氣化線路的鋼軌上。在單軌道回路的車站上，要將回流線連接到所有的牽引軌上；在雙牽引軌軌道電路情況下，回流線應連接到扼流變壓器線圈的中點。當有多條線路時，在回流線連接的位置上，各條線路的鋼軌之間應加裝線間連接線。圖1 牽引電流在軛流變壓器中的流通回路圖2 電氣化牽引軌

7、的連接3.2 接觸網(wǎng)的防雷我國電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷設計主要依據(jù)鐵路電力牽引供電設計規(guī)范（TB 10009-2005）和鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規(guī)定（鐵建設200739號）的相關規(guī)定。根據(jù)雷電日的數(shù)量分為4個等級的區(qū)域：年平均雷電日在20d及以下地區(qū)為少雷區(qū)，年平均雷電日在20d以上，40d及以下地區(qū)為多雷區(qū)，年平均雷電日在40d以上、60d及以下地區(qū)為高雷區(qū)，年平均雷電日在60d以上地區(qū)為強雷區(qū)。接觸網(wǎng)的防雷措施主要是安裝避雷器和架設架空避雷線，同時做好必要的接地。具體規(guī)定為： (1) 吸流變壓器的原邊應設避雷裝置； (2) 高雷及強雷區(qū)下列位置設避雷裝置；分相和站場端部的絕緣關節(jié)

8、、長度2，000 m及以上隧道的兩端、長度大于200m的供電線或AF線連接到接觸網(wǎng)上的連接處。 (3) 強雷區(qū)設置獨立避雷線，保護角為045度。接觸網(wǎng)遭受雷擊的頻度與線路所處地區(qū)的年平均雷電日數(shù)有關。一般來說年平均雷電日數(shù)增大則每平方公里大地1年的雷擊次數(shù)也隨之變大根據(jù)國際大電網(wǎng)會議33委員會推薦計算：接觸網(wǎng)側面限界為3m，承力索距軌面平均高度為7m，則單線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù)，復線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù)，Td為年平均雷電日數(shù)。雷擊接觸網(wǎng)王要產生過電壓。當雷擊接觸網(wǎng)支柱時，雷電流沿支柱入地并在支柱上產生沖擊過電壓，該值與支柱的沖擊接地電阻和雷電流幅值及支柱等值電感相關（為非線性的正比），同時雷電通道

9、產生的電磁場迅速變化，在線路上產生與雷電流極性相反的感應電壓，該值與接觸網(wǎng)導線高度、雷電流平均值成正比。沖擊過電壓和感應過電壓的疊加值隨著接觸網(wǎng)支柱的接地電阻升高而升高即引起閃絡的雷電流幅值和絕緣于閃絡概率隨接觸網(wǎng)支柱的接地電阻而增加。當雷擊接觸網(wǎng)支柱時，雷電流沿支柱入地在接觸網(wǎng)支柱上產生的沖擊電壓為： (1)式(1)中,支柱沖擊電阻，取； 支柱等值電感；雷擊接觸網(wǎng)線材時接觸網(wǎng)上產生過電壓，如該值達到接觸網(wǎng)支持絕緣子的沖擊放電電壓時形成絕緣子閃絡，雷電流經支柱、接地線、鋼軌等入地，過電壓隨之降低。雷電流的概率分布：雷電中有多個帶電中心，且有90%的雷電為負極性，其余為正極性。一般情況下，一次雷

10、擊有多次放電，持續(xù)時間約為0.10.2s。雷電流幅值及其累積概率分布DL /T620-1997流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合中規(guī)定：雷電流幅值的概率： (1) 除下(2)所述地區(qū)以外的我國一般地區(qū)雷電流幅值超過嘶概率可按式 (2)求得： (2)式(2)中，雷電流幅值概率；I雷電流幅值（）； (2) 陜南以外的西北地區(qū)、內蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)憾類地區(qū)的平均年雷暴日數(shù)一般在20 d及以下）雷電流幅值較小可由式(3)求得 (3)4 結論與體會本論文主要針對鐵路接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施進行論述。接觸網(wǎng)上安裝避雷器的保護距離和發(fā)揮的作用有限，只能作為牽引供電系統(tǒng)防雷技術措施的一種補充。防雷與線路所在地

11、形、氣象條件密切相關，不同的地域差異較大，同一地域中線路經過的不同地形也有一定差別，因此應在防雷設計時充分考慮這些因素，同時也應清楚認識到，由于雷擊發(fā)生的時間和地點以及雷擊強度的隨機性，對雷擊的防范難度很大，要達到阻止和完全避免雷擊事故的發(fā)生是不可能的，只能將雷電災害降低到最低限度，大大減小被保護的接觸網(wǎng)和牽引變電設備遭受雷擊損害的風險。在接觸網(wǎng)上安裝避雷器時，應根據(jù)線路及其具體情況，充分分析安裝避雷器的利弊，綜合考慮，適量安裝。綜上所述，建議在高雷區(qū)、強雷區(qū)，接觸網(wǎng)在下列地點應采用氧化鋅避雷器防護：分相和站場端部的絕緣錨段關節(jié)，長度2000m及以上隧道的兩端，長度大于200m的供電線或自耦變壓器供電線連接到接觸網(wǎng)上的接線處，對于峽谷等落雷概率大的工點、土壤電阻率高且降低難度大的區(qū)段應重視防