接觸網(wǎng)課程設(shè)計(jì)--接觸網(wǎng)的接地與防雷設(shè)計(jì)說(shuō)課講解

1、接觸網(wǎng)工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)平時(shí)（30）修改（40）報(bào)告（30）總成績(jī)專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)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(méi)有備份，需要采用必要的大氣過(guò)電壓防護(hù)措施。如果缺少防護(hù)措施或措施不當(dāng)，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(yùn)營(yíng)。同時(shí)雷擊產(chǎn)生的侵入波過(guò)電壓通過(guò)接觸 網(wǎng)傳入牽引變電所，可能引起所內(nèi)電氣設(shè)備的損壞造成更大事故。我國(guó)地域廣大，因雷擊造成人員傷亡、設(shè)備損壞的事故屢見(jiàn)不鮮。根據(jù)牽引供電

2、系 統(tǒng)運(yùn)營(yíng)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，目前開(kāi)通的 26 萬(wàn)多千米電氣化鐵道中部分雷擊事故比較頻 繁，所以應(yīng)重視接觸網(wǎng)的防雷設(shè)計(jì)，以運(yùn)輸安全為目標(biāo)，以系統(tǒng)優(yōu)化、綜合防護(hù)、防雷 減災(zāi)的原則進(jìn)行接觸網(wǎng)的防雷設(shè)計(jì)。接觸網(wǎng)地線是起保護(hù)作用， 地線將接觸網(wǎng)設(shè)備中非常帶電的金屬部分于鋼軌連接起 來(lái)，當(dāng)絕緣子發(fā)生擊穿，閃絡(luò)或因老化而嚴(yán)重漏電時(shí)，變電所保護(hù)裝置回立即反映事故 狀態(tài)，迅速切斷電路。2 設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 直接雷擊接觸網(wǎng)雷擊包括直接雷臺(tái)，雷電反擊和感應(yīng)雷擊過(guò)電壓等。 雷擊接觸網(wǎng)承力索產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓同樣與雷電流幅值成正比， 即雷擊過(guò)電壓約為100 倍的電流幅值，雷擊承力索將產(chǎn)生幾百到幾千 kV 過(guò)電壓。雷電反擊過(guò)

3、電壓 雷擊支柱頂部產(chǎn)生接觸網(wǎng)雷電反擊過(guò)電壓，其中不僅有雷電流通過(guò)支柱，而且在支 柱頂產(chǎn)生電位，同時(shí)空氣中迅速變化的電磁場(chǎng)還在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓；按圖 l 表示客 運(yùn)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(guò)電壓保護(hù)和 絕緣配合計(jì)算方法，計(jì)算耐雷電反擊過(guò)電壓水平。感應(yīng)雷擊距接觸網(wǎng)有限遠(yuǎn)S>65m處, 雷擊對(duì)地放電時(shí)在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生的過(guò)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(jì)算(1) 雷擊支柱時(shí)耐雷擊水平當(dāng)承力索平均高度hm = 7m，平腕臂對(duì)地高度hm=7.6m，支柱高度hz=8m，支柱 沖擊接地電阻 R=10 Q, Lt = 0

4、.84 7.56 mH 時(shí)，LI = 22.67kA。根據(jù)式(2)可計(jì)算出雷電流超過(guò) I 的概率 P = 55.3% 。(2) 雷擊承力索時(shí)耐雷擊水平I 2 350/100 3.5kA(3) 建弧率nn 4.5E0.751410 24.525/0.5 0.75 140.71(4)式(4)中， E 絕緣子串的平均運(yùn)行電壓(有效值)梯度， kV/m。NT N nGP1 P225 0.711/4 0.553 3/4 0.91214.6次通過(guò)以上計(jì)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 1 5次，這給客運(yùn)專線的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。3 接觸網(wǎng)的接地

5、與防雷設(shè)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(guò)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(shè)備， 稱為接地裝置。 接地裝置(包括接地線和接地體) 均應(yīng)有可靠的電氣連接。接地導(dǎo)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(yīng)直接連接到牽引軌上。在通常情況下，支柱的接地裝置應(yīng)加設(shè)擊穿電壓不大于 800V 的火花間隙。在正常 情況下，火花間隙可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(luò)) ，間隙擊穿，就把 支柱和牽引軌接通，以使保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而保護(hù)電氣設(shè)備。自

6、動(dòng)閉塞區(qū)段的軌道回路為雙軌道回路時(shí)， 單線區(qū)間內(nèi)的腕臂支柱在每個(gè)閉塞區(qū)間 范圍內(nèi)應(yīng)連到同一鋼軌上；在復(fù)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(shí)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(dǎo)線。軌道回路的電阻是由軌道電阻和接頭過(guò)渡 電阻兩部分組成。如果軌道回路電阻較大，就會(huì)增加軌道內(nèi)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(shè)連接線。在自動(dòng)閉塞區(qū)間，在絕緣接頭的兩端要裝設(shè)扼流變壓器，其線圈的端頭分別接到兩 根鋼軌上。為了使?fàn)恳娏髂芾@過(guò)絕緣接頭而流通，用一根導(dǎo)線將扼流變壓器線圈中點(diǎn) 連接起來(lái)，如圖 1 所示。復(fù)線間的線間連接是將其連接到相鄰

7、絕緣接頭上的扼流變壓器 線圈的中點(diǎn)。在單牽引軌道回路的情況下，只能用一根鋼軌來(lái)流通牽引電流，而第二根 鋼軌則用作流通自動(dòng)閉塞電流，如圖 2所示。動(dòng)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(yīng)連接到扼流變 壓器線圈的中點(diǎn)。當(dāng)有多條線路時(shí)，在回流線連接的位置上，各條線路的鋼軌之間應(yīng)加 裝線間連接線。圖1牽引電流在扼流變壓器中的流通回路圖1牽引電流在軛流變壓器中的流通回路2圖2電氣化牽引軌的連接3.2接觸網(wǎng)的防雷我國(guó)電氣化鐵道接觸網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)主要依據(jù)鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10009-2005)和鐵路防雷

8、、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定 (鐵建設(shè)200739 號(hào)) 的相關(guān)規(guī)定。根據(jù)雷電日的數(shù)量分為4個(gè)等級(jí)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(qiáng)雷區(qū)。接觸網(wǎng)的防雷措施主要是安裝避雷器和架設(shè)架空避雷線，同時(shí)做好必要的接地。具 體規(guī)定為：(1) 吸流變壓器的原邊應(yīng)設(shè)避雷裝置；(2) 高雷及強(qiáng)雷區(qū)下列位置設(shè)避雷裝置；分相和站場(chǎng)端部的絕緣關(guān)節(jié)、長(zhǎng)度2，000m及以上隧道的兩端、長(zhǎng)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(qiáng)雷區(qū)設(shè)置獨(dú)

9、立避雷線，保護(hù)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(guān)。 一般來(lái)說(shuō)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(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議 33 委員 會(huì)推薦計(jì)算：接觸網(wǎng)側(cè)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) N 0.122 Td 1.3，復(fù)線接觸網(wǎng)遭受雷擊次數(shù) N 0.244 Td 1.3， Td 為年平 均雷電日數(shù)。雷擊接觸網(wǎng)王要產(chǎn)生過(guò)電壓。當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)支柱時(shí)，雷電流沿支柱入地并在支柱上 產(chǎn)生沖擊過(guò)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(guān)(為非 線性的正比)，同時(shí)雷電通道產(chǎn)生的電磁場(chǎng)迅速變化，在線路

10、上產(chǎn)生與雷電流極性相反 的感應(yīng)電壓，該值與接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度、雷電流平均值成正比。沖擊過(guò)電壓和感應(yīng)過(guò)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(luò)的雷電流幅值和絕緣于閃 絡(luò)概率隨接觸網(wǎng)支柱的接地電阻而增加。當(dāng)雷擊接觸網(wǎng)支柱時(shí)，雷電流沿支柱入地在接 觸網(wǎng)支柱上產(chǎn)生的沖擊電壓為：U RI di/dt (1)式(1)中,R 支柱沖擊電阻，取 R=10 Q;L 支柱等值電感；雷擊接觸網(wǎng)線材時(shí)接觸網(wǎng)上產(chǎn)生過(guò)電壓， 如該值達(dá)到接觸網(wǎng)支持絕緣子的沖擊放電電壓時(shí)形成絕緣子閃絡(luò)，雷電流經(jīng)支柱、接地線、鋼軌等入地，過(guò)電壓隨之降低。雷電流的概率分布：雷電中有多個(gè)帶電中心，且有 90%的雷電為負(fù)極性，其余為正

11、極性。一般情況下， 一次雷擊有多次放電，持續(xù)時(shí)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(guò)電壓保護(hù)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(guó)一般地區(qū)雷電流幅值超過(guò)嘶概率可按式(2)求得：lg P I /88 (2)式(2)中，P 雷電流幅值概率；I雷電流幅值(kA );(2) 陜南以外的西北地區(qū)、內(nèi)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4 結(jié)論與體會(huì)本論文主要針對(duì)鐵路接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施進(jìn)行論述。 接觸網(wǎng)上安裝避雷器的 保護(hù)距離和發(fā)揮的作用有限，只能作為牽

12、引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)措施的一種補(bǔ)充。防雷與 線路所在地形、氣象條件密切相關(guān)，不同的地域差異較大，同一地域中線路經(jīng)過(guò)的不同 地形也有一定差別，因此應(yīng)在防雷設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮這些因素，同時(shí)也應(yīng)清楚認(rèn)識(shí)到，由 于雷擊發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)以及雷擊強(qiáng)度的隨機(jī)性，對(duì)雷擊的防范難度很大，要達(dá)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(zāi)害降低到最低限度，大大減小被 保護(hù)的接觸網(wǎng)和牽引變電設(shè)備遭受雷擊損害的風(fēng)險(xiǎn)。在接觸網(wǎng)上安裝避雷器時(shí)，應(yīng)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(qiáng)雷區(qū)，接觸網(wǎng)在下列地點(diǎn)應(yīng)采用氧化鋅避雷器防護(hù)： 分相和站場(chǎng)端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)， 長(zhǎng)度2000m及以上隧道的兩端，長(zhǎng)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(duì)于峽谷等落雷概率大的工點(diǎn)、土 壤電阻率高且降低難度大的區(qū)