接触网工程课程设计报告
专业：电气工程及其自动化
班级：电气1103
姓名：
学号：
指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014 年7月 12日
1 设计原始题目
具体题目
电气化铁路接触网的绝缘配合的研究。
设计内容
根据所在区域环境条件选择绝缘设备型号，整定空气绝缘间隙，确定绝缘配合方案及配合中的参数设计。（避雷器部分不是主要设计部分）
本设计假设交流电气化铁路的接触网所处的环境如表所示，全线按重污区设计。
表气象条件表
名称单位数值
最高气温℃40
最低气温℃-10
覆冰时气温℃-5
最大风时气温℃10
吊弦、定位器正常位置时温度℃25
接触网运营设计风速m/s35
接触网结构设计风压kN/m2
路基上结构风速m/s45
覆冰时风速m/s10
覆冰厚度mm5
雷电区/最大雷电日等级/天中雷区/
2 题目计算与分析
接触网的绝缘部件
绝缘子的种类
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。悬式绝缘子作为输电线路的重要设备之一，担负着悬挂导线和对铁塔绝缘的重要任务，选用的绝缘子形式一般为由几片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。绝缘子的性能好坏，对接触网能否正常供电影响很大。
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。
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。
我国绝缘子常按机械强度(KN)分级为：70、100、160、210、300等。110—200kV 线路一般用70kN和100kN二级，300kV线路常用100kN、160kN二级；500kV线路常用160kN、210kN、300kN三级。
考虑接触网25kv的电压以及机械破坏负荷情况，本接触网采用40KN、70KN 二级绝缘子。
绝缘子的电气性能
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。
1.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（表面暂时性放电）时的最低电压，称为干闪络电压。
2.绝缘子的湿闪络电压：雨水在降落的方向与绝缘子表面呈45度淋在绝缘子表面时，使其闪络的最低电压，就称为绝缘子湿闪络电压。
3.绝缘子的击穿电压：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。
悬式绝缘子的选择（每串片数）
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(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：
L K u n e m
λ≥
式中：n —每串绝缘子片数；
m u —系统最高电压，kV ；
λ—爬电比距，330kV 及以上为kV ，220kV 及以下为kV ；
0L —每片悬式绝缘子的几何爬电距离，cm ； e K —绝缘子爬电距离的有效系数；
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.s u 01u K ≥ 式中：
50..s u —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；
0u —对220kV 及以下系统为计算用最大操作过电压，对于330kV 及以上系 统为线路相对地统计操作过电压，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；
1K —线路绝缘子串操作过电压统计配合系数。
考虑到是重污区，故采用4片防污型悬式绝缘子组成的绝缘子串，选用型号为XWP 2-70（X-悬式，W-防污型，P-盘形，2-结构高度146MM ，70-额定机电破坏负荷），具体参数如表所示。
表 悬式绝缘子参数表
型号 泄漏距离(mm) 工频试验电压(kV) 50%全波冲击闪络电压幅值(kV) XWP 2-70 400 90 130
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，35~220kV 电压等级下增加1片，220kV 及以上增加1~2片。
棒式绝缘子的选择
根据电气化铁路接触网的工频额定电压25kV 以及重污区要求棒式绝缘子的爬电距离要大于规定中的1200mm ，所以选择的棒式绝缘子型号为QBN 2-25，具体参数如表所示。
表 棒式绝缘子参数表
产品型号 额定电压(kV) 爬距(mm) 全波冲击耐受电压(kV) 工频湿闪耐受电压(kV) QBN 2-25 25 1200 270 130
绝缘间隙
绝缘间隙的定义
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。
如果接触网的绝缘间隙过大，将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，会导致击穿绝缘间隙的情况频频发生，造成不稳定运行。所以要对绝缘间隙进行合理确定。 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。在确定绝缘间隙时，除了考虑电压的变化外，还应考虑气温变化、受电弓抬起接触线以及施工误差等原因造成绝缘间隙的变化。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。在考虑了这一切因素后，应当力求缩小绝缘间隙的数值。
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
0.1150
H
U d =+
式中：d —空气间隙(m)；
