接觸網(wǎng)課程設(shè)計接觸網(wǎng)絕緣配合最新

1、接觸網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計報告班 級： 電氣083 學(xué) 號： 200809203 姓 名： 高宏 指導(dǎo)教師： 徐金陽 評語： 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，并考慮保護裝置的特性和接觸網(wǎng)的絕緣特性，來確定接觸網(wǎng)對所加電壓的必要的耐受強度，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)濟上和鐵路運營上所能接受的水平。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)濟上協(xié)調(diào)接觸網(wǎng)建設(shè)投資費、運營維護費和事故損失費三者之間的關(guān)系。因此，對接觸網(wǎng)的絕緣配合進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，對接觸網(wǎng)能否正常供電影響很大。 2絕緣子的機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，所以對絕緣子的電氣及機械性能的要求都是極為嚴(yán)格的。 （3）絕緣子的電氣強度 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，施加電壓使其表面達到閃絡(luò)時的最低電壓，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驗 運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220kV及以下系統(tǒng)為計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)）；對于330kV及以上系統(tǒng)為線路相對地統(tǒng)計操作過

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)計配合系數(shù)，對220kV及以下系統(tǒng)取1.17，對330kV以上系統(tǒng)取1.25。進行絕緣配合時，對于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）的絕緣強度，宜采用仿真型塔實驗數(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，估計算中應(yīng)用正極性放電電壓。在實際運行中，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，還應(yīng)適當(dāng)增加片數(shù)。對于直線塔桿，35220kV電壓等級下增加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110330kV輸電線路增加1片，對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)如無運行經(jīng)驗時，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）絕緣子的機械強度選擇 絕緣子機械強度的選擇，一般是按所選用導(dǎo)線型號及分裂根數(shù)和覆冰厚度、風(fēng)速等所受綜合負(fù)載來確定，盤式絕緣子機械強度的安全系數(shù)應(yīng)按下式計算 (2.14)式中:盤式絕緣子的額定機械破壞荷載，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 盤式絕緣子機械強度安全系數(shù) 情況最大使用荷載斷線斷聯(lián)安全系數(shù)2.71.81.5對于資質(zhì)盤型絕緣子常應(yīng)滿足正常運行情況，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。我國絕緣子常按機械強度（kn）分級為：70、100、160、210、300等。110200kV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三級。 懸垂絕緣子串正常運行時最大使用荷載用下式計算 (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對于懸垂絕緣子串，其張力按下式計算 =1.1 (2.16)式中 導(dǎo)線的最大運行應(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、機車

10、車輛、擴大貨物等）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)保證在任何運營條件下，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帶電體距機車車輛或裝載貨物的間隙350 5受電弓振動至極限位置和導(dǎo)線被抬起的最高位置距接地體的瞬時間隙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對向風(fēng)壓、風(fēng)速為13m/s時，25kV帶電體

12、與自耦變壓器中線或保護線的間隙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)驗公式，這個經(jīng)驗公式也是經(jīng)過大量實驗得到的，它體現(xiàn)了一定的規(guī)律性。但是，由于考慮條件和實驗條件不同，各國對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，英國最小絕緣間隙為280mm，而剛果則取為450mm。這是因為每個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。我國在實驗的基礎(chǔ)上，參考式（2.2.1），經(jīng)過綜合的

13、經(jīng)濟、技術(shù)比較后所確定的各項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)計法（1）統(tǒng)計法絕緣配合的統(tǒng)計法是根據(jù)過電壓幅值和絕緣的耐壓強度都是隨機變量的實際情況，在已知過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計特性后，用計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)計的安全程度，并能按照使每年設(shè)備折舊費、運營費及事故損失費最小的原則進行優(yōu)化設(shè)計。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。因二者是相互獨立的，由概率積分的計算公式得到出現(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值進行統(tǒng)計（正、負(fù)極性約各占一半），且高于最大運行相電壓幅值時才作為過電壓，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)增加絕緣強度，曲線向右移動，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)計法可按需要對敏感性因素作調(diào)整，進行一系列試驗設(shè)計與故障率的估算，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較在絕緣成本和故障率之間進行協(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)計法進行故障計算時，可以不必檢驗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行計算。統(tǒng)計法的主要困難在于隨機因素較多，而且某些隨機因素的統(tǒng)計規(guī)律還有待于資料積累和認(rèn)識。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際值大許多倍。所以，統(tǒng)計法還有待進一

16、步完善。盡管如此，用它來做設(shè)計方案的相對比較比慣用法有明顯優(yōu)勢。 （2）簡化統(tǒng)計法在實際工程中，為便于計算，對過電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計規(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)通過變量置換進行積分運算，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)計耐受電壓”（見圖2（a），在這個基礎(chǔ)上可以得到不同的統(tǒng)計安全系數(shù)下絕緣的閃絡(luò)概率。因為在正態(tài)分布下 （2.4.9) （2.4.10)有了及，即可利用式（2.4.9）計算出故障率（即圖2（b）中的陰影面積、）。統(tǒng)計安全系數(shù)和故障率的關(guān)系如圖2（c）所示。 圖2 統(tǒng)計安全系數(shù)與故障的關(guān)系 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較，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)備的最小絕緣強度的概念進行絕緣配合的方法。慣用法簡單明了，但無法估計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“最小絕緣強度”的概念進行絕緣配合的習(xí)慣方法。首先需確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險的過電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受強度，然后根據(jù)運行經(jīng)驗，選擇一個配合系數(shù)作為這兩種電壓的比值，以補償在估計最大過電壓和絕緣最低耐受強度時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。慣用法簡單明了，但無法估計絕緣故障的概率以及此概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對絕緣的要求偏嚴(yán)。由于對非自恢復(fù)絕緣放電概

19、率測定的費用太高，因此只能使用慣用法。目前,對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。避雷器限制雷電過電壓的能力常用避雷器保護水平表示。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。對于500千伏變壓器，國際電工委員會(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