精品浅谈接触网防雷保护及措施 电气自动化Word格式文档下载.docx

1、见成绩评定：指导教师：年月日答辩组答辩组负责人:备注毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：一、毕业设计（论文）内容我国地域广大，因雷击造成人员伤亡、设备损坏的事故屡见不鲜。根据牵引供电系统运营部门统计数据分析，目前开通的26万多千米电气化铁道中部分雷击事故比较频繁,所以应重视接触网的防雷设计,以运输安全为目标，以系统优化、综合防护、防雷减灾的原则进行接触网的防雷设计.接触网地线是起保护作用，地线将接触网设备中非常带电的金属部分于钢轨连接起来,当绝缘子发生击穿，闪络或因老化而严重漏电时,变电所保护装置会立即反映事故状态，迅速切断电路.二、基本要求了解雷电对接触网的危害，如何防范雷电危害以及

2、接触网接地的意义。三、重点研究的问题1。接触网雷击的表现形式2.接触网接地的作用3.接触网防雷的保护措施4。接触网防雷的改造四、主要技术指标五、其他需要说明的问题下达任务日期：要求完成日期：中文摘要根据牵引供电系统运营部门统计数据分析，目前开通的26万多千米电气化铁道中部分雷击事故比较频繁,雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所，可能引起所内电气设备的损坏造成更大事故,所以应重视接触网的防雷设计，以运输安全为目标，以系统优化、综合防护、防雷减灾的原则进行接触网的防雷设计。本文在现有接触网防雷研究的基础上，分析了牵引供电系统的绝缘及配合；通过计算，分析雷击接触网的各种情况，提出了雷电接触

3、网上大气过电压的计算方法，计算了在各种情况下引起的接触网闪络的雷电流幅值与概率.以及地线对防雷的重要作用，将接触网设备中非常带电的金属部分于钢轨连接起来，当绝缘子发生击穿,闪络或因老化而严重漏电时，变电所保护装置会立即反映事故状态，迅速切断电路。及客运专线接触网的防雷措施。关键词：接触网防雷保护防护措施第1章绪论 11.1课题的背景及意义 11.2电气化铁路接触网雷电危害 1第2章电气化铁路接触网防雷因素分析 32.1电气化铁路雷电防护现状 32.2雷击接触网的损害特点 32.3接触网防雷保护特点 32.4影响接触网防雷性能的因素 42.5接触网防雷的薄弱环节 52。6接触网雷击表线形式 5第

4、3章接触网的防雷保护 63.1雷电的等级 63.2防雷的保护措施 63。2.1架设避雷线 83.2.2降低接地电阻 83在雷电特别严重地区架设避雷器 94牵引变电所 103.3解决途径 103.3。1接地装置 113.3.2接地电阻 123接地电阻测量方式 143.3.4接地电阻的测量 165接触网耐雷击水平计算 203.4接触网防雷措施的改造 20第4章客运专线接触网的防雷措施 234.1雷电流的概率分布 232接触网遭受雷击过电压的分析 244.2.1直接雷台 244.2.2雷电反击过电压 244.2.3感应雷击 254.3避雷器设置的分析 254.4接触网防雷建议 27参考文献 27第1

5、章绪论1.1课题的背景及意义电气化铁路以其牵引力大、速度快、能耗少、效率高、价格低、无污染等优点逐渐成为铁路运输的发展方向。接触网作为电气化铁路的重要组成部分，没有后备能力,如果防雷措施采用不当，可能引起绝缘子损坏造成线路跳闸，影响电气化铁路运输秩序.同时，雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所，可能引起所内电气设备损坏，造成更大的事故。因此提高接触网的防雷性能、减少接触网雷击故障以提高电气化铁路运输安全和效率具有十分重要的意义。接触网雷击包括直接雷台，雷电反击和感应雷击过电压等。雷击接触网承力索产生直击雷过电压同样与雷电流幅值成正比，即雷击过电压约为100倍的电流幅值，雷击承力索将产

6、生几百到几千kV过电压.雷电反击过电压雷击支柱顶部产生接触网雷电反击过电压,其中不仅有雷电流通过柱，而且在支柱顶端产生电位，同时空气中迅速变化的电磁场还在导线上产生感应压。本设计的研究意义：1、在这次论文的学习中,对大学里学过的电力知识的复习，巩固了理论知识的同时,也学到了新的知识;2、进行论文研究的同时，培养我综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后学习打下良好的基础；3、在毕业设计中养成认真细致的工作作风，克服平时学习死记硬背,缺乏能力的培养，缺少动手动笔和实际操作的能力；4、掌握接触网防雷及接地保护设计的内容、步骤和方法;5、同时提高计算、制图和编写技术文件的技能.2电气化

7、铁路接触网雷电危害我国地理面积广阔，不同地区气象条件差异很大,导致雷电活动情况变化大且无规律可循。对于我国电气化铁路接触网防雷设计，在TB10009-2005铁路电力牵引供电设计规范可以看出，除了通过绝缘子自恢复绝缘外，还在接触网系统相关位置设置避雷器和架设避雷线以达到防雷的目的。在我国牵引供电系统中，大部分供电方式是带回流线的直接供电方式。实际运行中，考虑采用过电压保护装置来限制雷电过电压，应用比较多的为避雷器。同时，由于避雷器只能对过电压进行有限的保护，所以除非有极频繁雷电存在的地段才会使用。根据我国铁路牵引供电运营部门统计数据分析，部分线路雷击事故比较频繁。危害表现为：1、雷电造成接触网

8、绝缘子闪络，引起牵引变电所跳闸;2、铁路隧道中,常出现雷电击穿水泥壁;3、接触网支柱被雷击损坏。第2章电气化铁路接触网防雷因素分析1电气化铁路雷电防护现状接触网无避雷线不能有效防止雷击。我国牵引供电系统接触网电压等级25kv，均未设置避雷线进行防雷保护，接触网系统中的架空地线和架空回流线虽有一定的防雷作用,但因其架设高度和角度达不到有效防止雷击要求，仅起到输电线路耦合地线的部分防雷作用.仅在重雷区及超重雷区设置避雷器,避雷器数量设置太少,造成线路跳闸率过高.接触网多采用支柱基础作集中接地方式，接地数量少，且电气化铁道的接触网伴随铁路穿过高山、跨过平原，地质条件各异，支柱接地电阻普遍较大，当架空

9、回流线遭受雷击时，雷击过电压将首先引起绝缘子闪络，进而造成线路跳闸。电气化铁路接触网所使用的各种避雷器件性能不佳，稳定性差，需要进一步提高.2.2雷击接触网的损害特点雷击接触网包括直接雷击和感应雷击两种情况。直接雷击是指雷电直接作用于承力索、接触线、回流线或支柱上，是接触网产生直击雷过电压及感应过电压.几百甚至几千kV过电压经常造成接触网设备或支柱烧伤,影响行车安全；感应雷击是指雷电的落雷点在接触网附近，先导通道中的雷云电荷自上而下被迅速和，这时导线上的束缚电荷因失去约束而变为自由电荷，它以电压波的形式沿导线向两端流动，感应电压被侵入变电所,损坏变压器等供电设备。2.3接触网防雷保护特点目前我

10、国电气化铁路接触网与电力系统输电线路的防雷保护比较,呈现以下几个特点:1、接触网无避雷线，不能有效防止直击雷。接触网系统中的架空地线和架空回流线虽然有一定的防雷作用，但因其架设高度没有达到有效防止直击雷的高度,仅能起到部分防雷作用.2、对于重雷区及超重雷区来说，铁路隧道内接触网对地空气间隙太小,规范规定困难值为240mm，其承受冲击放电电压为170kV，而雷击耐受水平仅11kA，超过雷电流概率为75%，与绝缘子不匹配。3、电气化铁道中成排的接触网支柱是利用回流线作闪络保护地线的集中接地,支柱基础上的螺栓可起到一定的接地作用，但普遍接地电阻较大.零散的接触网支柱设置独立接地极。当架空回流线遭受雷

11、击时，由于架空回流线的接地间距比较大,大部分情况下，雷击过电压将首先导致架空回流线的针式绝缘子闪络，然后击穿混凝土之间的保护层，经支柱泄入大地。2.4影响接触网防雷性能的因素输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量.线路的耐雷水平越高，线路绝缘发生闪络的机会就越小.电气化铁路牵引系统的绝缘、过电压保护和绝缘配合直接关系到接触网的防雷性能.随着我国电气化铁路里程数的不断增加，既有电气化铁路运营时间的增长，接触网系统将逐渐出现以下几个问题: 1、我国铁路运输主要特点是客货混运，以货为主,加上铁路线上各类型机车混合牵引，机车内部排出的废气，列车运行时形成的气流将散装货物和各种飘落在道床

12、上的尘埃扬起，铁路线路使接触网绝缘子大量被污染。2、根据接触网结构特点和铁路运输组织，当绝缘子发生污染后,往往不能及时清洗,从而导致更严重的污染,尤其是铁路隧道中的绝缘子。3、铁道沿线的土壤电阻率普遍较高，因此制作低电阻地网十分困难、且投入很大。接触网支柱在使用常规方法做成地网后，其接地电阻大都随着时间的推移而不断增高，而且随着气候的变化而不断变化。5接触网防雷的薄弱环节随着高速、重载铁路的发展，铁路运输对于接触网的可靠性提出了越来越高的要求，接触网绝缘水平也逐渐提高。接触网绝缘距离已提高到1200-1600mm,防污棒式绝缘子的雷电冲击耐受电压也达到了300kV;另一方面对于接触网系统,虽然

13、其绝缘水平比较高,应用最多的耐污棒式绝缘子和复合悬式绝缘子串的雷电冲击耐受电压水平达到了300kV和270kV.但这样的绝缘水平只适用于铁路线路建成后比较短的一段时间，因为随着铁路运营时间的增长，绝缘子逐渐被污染，导致其绝缘水平不断下降.总的从冲击耐受电压角度来看，牵引变电所为牵引供电系统的薄弱环节,但实际上因其运行环境较好、保护措施设置完善，因而较接触网系统发生雷害的概率小。反之,因客观条件的限制，接触网绝缘子污染较为严重、支柱接地电阻较高等原因,接触网系统发生雷害的事故很多。2.6接触网雷击表线形式从目前开通的电气化铁路运行情况看，对于雷击接触网线路，概括起来可以划分为三种情况:1、雷击接

14、触网附近的地面，在接触网上引起感应过电压。2、雷击支柱，在支柱上产生冲击电压,同时在接触网上引起感应过电压。3、雷击于接触网，在接触网上产生行波过电压.感应雷过电压是由于电磁场的剧烈变化,电磁耦合而产生的；而直击雷电过电压是由于流经被击物很大的雷电流所造成的.对于雷击接触网，可以看出雷击接触网时发生闪络的概率最大,而雷击接触网最严重的情况是引起多个绝缘子相继闪络。第3章接触网的防雷保护1雷电的等级我国电气化铁道接触网防雷设计主要依据铁路电力牵引供电设计规范和铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定的相关规定。根据雷电日的数量分为4个等级的区域:年平均雷电日在20d及以下地区为少雷区,年平均雷电

15、日在20d以上，40d及以下地区为多雷区,年平均雷电日在40d以上、60d及以下地区为高雷区，年平均雷电日在60d以上地区为强雷区.雷电过电压还可以按其作用机理可分为直击雷过电压、感应雷过电压和侵入波过电压三大类。1、直击雷过电压雷云直接击中建筑物或电力设施，强大的雷电流流过该物体的阻抗泄入大地时将在该物体上产生直击雷过电压，使该物体在雷电流的热效应和机械效应作用下被破坏。2、感应雷过电压当雷云在架空导线（或其他物体）上方时，会在架空导线上感应出大量的异性束缚电荷。当雷云完成主放电过程时，线路上的电荷由于异性束缚电荷的消失而形成自由电荷流向线路两端，形成几万伏至几十万伏的过电压,对电力网络造成

16、危害。3、侵入波过电压架空线路遭受直接雷或感应雷而产生的高电位雷电波称为侵入波，它可沿架空线路侵入变配电所并对设备和人员造成危害。4、雷电反击雷击支柱顶作用于接触网雷电反击过电压，不仅有雷电流通过支柱支柱并在顶部产生电位，同时隆起中迅速变化的电磁场还在导线上感应电压。3.2防雷的保护措施针对雷电过电压的危害机理，人们结合各种设备或建筑的特点采取了各种防雷措施，主要的方法有：安设避雷针、避雷线、避雷器、消弧线圈，采用自动重合闸装置或降低设备的接地阻抗等。接触网的接地具体规定为：1、吸流变压器的原边应设避雷装置；2、高雷及强雷区下列位置设避雷装置；分相和站场端部的绝缘关节、长度2000m及以上隧道

17、的两端、长度大于200m的供电线或AF线连接到接触网上的连接处。3、强雷区设置独立避雷线，保护角为0到45度。2.1架设避雷线根据电力系统的常规做法，大都采用接地的避雷线防止直接雷击，但要增加投资。避雷线是防护直击雷的基本保护装置，应架设得足够高,并且有良好的接地装置。避雷线的保护角与其遮蔽效果直接有关。我国电力部门规定避雷线对边导线的保护角一般采用.结合电力部门和日本国铁防雷经验，考虑我国不同铁路重要程度，对于繁忙干线铁路尤其客运专线或高速铁路，建议在重雷区及超重雷区的接触网架设避雷线。2降低接地电阻 当接触网支柱或回流线上落雷时，由于杆塔电感及接地电阻的存在,支柱顶部电压可能达到足以使接触

18、网绝缘反击的数值。降低接地电阻是防止反击最有效的方法，此外，还可以采用加强绝缘、增大耦合系数等辅助方法来防止反击.降低接地电阻可以提高耐雷水平.防雷设备的接地装置是用来向大地引泄雷电流的.接地装置的效果和作用可以用它的冲击接地电阻值来代表，冲击接地电阻的定义是指接地装置上引出雷电流处的电压最大值与流经地接地装置的电流最大值之比。由于冲击接地电阻无法在现场进行测定，一般使用工频接地电阻来规定杆塔的接地电阻。3在雷电特别严重地区架设避雷器接触网绝缘在冲击闪络后，一般情况下能够建立稳定的短路电弧.通常出馈线断路器遮断。雷击闪络或短路多为瞬时故障，在馈线断路器遮断后，电弧熄灭，绝缘强度可以完全恢复，因

19、此，馈线断路器均装设自动重合闸装置。对于电力系统后来又发展二次（或三次）重合闸。采用架设避雷线，增大绝缘强度等措施不可能完全防止接触网雷击闪络事故，它只解决了直击雷和感应雷过电压。对于绕击事故必须采取其它措施，安装线路金属氧化物避雷器在防止无论是雷直击导线以及雷击塔顶或避雷线的反击，绕击等方面是非常有效的可以从根本上消除线路雷击闪络事故.3.2.4牵引变电所牵引变电所的运行环境和运行方式类似电力系统，侵入牵引变电所的雷电波的幅值,在一定程度上受到引入变电所的线路绝缘水平的限制。一般变电所设计相应电压等级的氧化锌避雷器，在所内设置有防直击雷的避雷针.变电所内有环形接地网，所有设备采取以最近方式接

20、地，接地电阻达到规范要求.变电所是一个受雷电感应危害的薄弱环节，但有了这些措施，一般少发生雷击事故。3解决途径在对国内外现状分析的基础上,从雷击牵引网的暂态分析与牵引网悬挂导线的雷电屏蔽性能，两个角度出发开展有关牵引网防雷保护的研究.首先，通过电磁暂态程序来模拟雷击牵引网的暂态过程，由于牵引网与高压输电线路都是供电线路，具有一定的相似性,所以利用电磁暂态程序对高压输电线路进行雷击仿真的分析方式，通过结合我国电气化铁道牵引网的自身特点来对雷击牵引网的暂态过程进行仿真分析；其次,通过电气几何模型法来对牵引网悬挂导线的雷电屏蔽性能进行初步探索，讨论各悬挂导线间的屏蔽效果。1接地装置接地装置中接地极一

21、般采用19或25的圆钢或者L40X4或L50X5的角钢.钢管时为G50。接地极埋深不小于0。6m；垂直接地体长度不小于2。5m,其间距不小于5m，两接地极间采用接地母线即扁钢焊接.为防止跨步电压对人体的伤害,接地体距外墙不小于3m，避开人行道不小于1。5m。人工接地装置接地体间距不小于5m是为了降低接地体屏蔽作用。垂直极根数变化对地网接地电阻的影响：其它条件不变，接地系统的接地电阻R随垂直极根数N的增加而降低，当布置的垂直接地极根数达到一定数量时,接地电阻R的减小趋于饱和，其主要原因是垂直接地极间距减小后，相互之间屏蔽作用增强的缘故。另外，垂直极显然对水平网散流有抑制作用。即添加垂直极后接地系

22、统总的接地电阻并不是垂直极与水平网的接地电阻的简单并联，而是存在一个屏蔽系数，垂直极的根数越多，屏蔽系数越大。综合防雷系统工程中，无论各种接闪器还是防雷电感应的SPD,能起到防雷作用的重要环节之一，就是良好接地。接地电阻越大，分流的电流越大,防雷、电气安全和抗干扰作用就越明显.因此在我国的有关接地的规范中都规定了一个较低的接地电阻值。而汽车、飞机、火箭等较大的移动体，不能与大地进行固定的接地,可把车身、机体代替大地（也称为本体地）。以飞机为例，以机身电位为基准电位的等电位连接,由于机内范围窄小，即使在绝缘损坏的事故情况下电位差也很小，因此飞机上的电气安全得到有效保证。如果认为接地就是与大地相连

23、，就违反了电气安全的基本要求.我们在实际的工程施工中,在一定的土质、气候情况下，认真分析接地装置的形状、大小、材料、规格、等电位连接和有效的降阻措施。精心设计、规范施工可以实现花费少、降阻效果好的防雷工程。2接地电阻接地电阻值的确定要有依据，要讲究经济效益，其定量要求要有定量的计算公式为依据。接地电阻值与接地电流密切相关，其阻抗取决于接地电大小流和频率，在频率较低时电阻为阻抗的主要分量。防雷接地的目的使雷电流顺利入地.为了减小地面电压，特别是采用A型接地装置时接地电阻在可能条件下不宜大于10（IEC623053）。就等电位而言，接地装置的形状和尺寸更为重要,对于安装有电子系统或高火险建筑物以及

24、在裸露坚硬岩石地区，最好采用B型接地装置。地面电子系统的“地”基本都与大地相连接，主要是防止外界电磁干扰和消除静电危害,取得更加稳定的信号参考点.电子系统防止干扰的接地电阻计算公式并不多见，防静电的接地电阻可以在几百欧姆以上；空间干扰信号恒压源分量不受接地电阻影响；其恒流源分量数值极小,其中低频率分量在接地电阻控制在一定数值内时不会超过电子电路误动作阈值，高频分量的影响与接地电阻关系不大，因为接地系统的感抗远远大于电阻。低压配电系统接地电阻取决于电源接地电流，它应限制接地电流在设备外露导电部分产生的接触电压小于50V的（一般情况下）。TN系统忽略感抗时应满足R50/Ia（Ia为保护器件动作的接

25、地故障电流A）；TT、IT系统为RId50V（Id为接地电流A）。10kV小电阻接地系统为R（1500250）/Id（Id为10V的接地电流A）.高压变电所（35kV以上的）还有个跨步电压问题，也是通过计算高压线路接地时产生的跨步电压来提出接地电阻要求的.设备接地有系统接地和电源接地故障保护两种，在安装有高频电子设备的建筑物中，电源接地故障保护的电阻要求最小，故以其为主，且已有计算公式。在做接地系统的接地体时，施工管理人员一定要认真负责检查施工的全部过程。由于接地体是隐蔽工程，一般做好后埋于地下，甚至表面还用水泥混凝土浇灌。这样，接地体做好以后，再想去检查就困难了.因此要求施工管理人员要熟知地

26、线有关图纸、设计要求、施工工艺标准.在施工中严把质量关，特别是材料关。接地体做好以后一定要测量和检查,经检查接地体达到技术要求，才能进行掩埋处理。土壤电阻率主要受温度和湿度的影响。温度引起土壤电阻率变化的比率，从20-15变化的范围，同一土地中电阻率随温度快乐增加459倍,这主要因为水的电阻率会因温度的变化而起到敏锐的变化.因此接地点的选择应在土壤湿度较大的地方，如办公楼的背阴面、地下水的出口等，其次再考虑温度对它的影响。在电阻系数较高的土壤中,如砂质、岩石、长期冰冻的土壤中,要达到所要求的接地电阻是很困难的，因此通过以下措施减少土壤的电阻系数.换土的方法。这种方法是用粘土、黑土及砂质性粘土等

27、电阻系数较低的土壤代替接地体周围原有的电阻系数较高的土壤。埋深的方法。导体深埋后，土壤电阻系数有明显降低的效果。实验得知:如果在3m深处土壤电阻系数为100；则在4m为75%；在6.5m为50%；在9m处为20%。这种方法还避免土壤冻结和干涸所造成的电阻系数增大。人工处理的方法。在接地体周围的土壤中掺杂如：煤渣、木炭、炉灰、电石渣、食盐等导电性能好的物质；另外将氯化钙、食盐、硫酸铁、硫酸铜等溶液浸渍接地体周围的土壤，也对提高土壤导电率有利。增加接地体的数量和布局的方法。这是一种最简单,最常用，也是最可靠的方法。降低接地电阻的其他措施还有埋地管道的应用、利用基础中混凝土内筋作接地体、深井接地、接

28、地模块、离子接地系统、铸铜接地棒等.在一般土壤中接地体可使用镀锌角钢。角钢接地体一般为40404（mm）或50505（mm）的角钢，长度为2。5m，端部削尖，以便打入土中。接地体连线一般用404（mm）扁钢或直径为16mm的圆钢相连接.在坚实的土壤中，接地体应使用管形接地体.管形接地体一般使用直径2英寸（有的地方使用的直径更大一些），长度2.5m的镀锌钢管.将钢管一端敲扁或者前端加装管针，以便打入土中.焊接接地体和接地连线时一定要焊接牢靠,防止假焊；要切记两种不同性质的金属不要焊在一起,以免在土中发生电化学反应，加剧接地体的锈蚀。做完接地体时，一方面要做好防腐处理;另一方面先测量接地电阻，后埋

29、土夯实。在做接地系统的过程中，接地电阻的测量点是一个不可忽视的问题，否则,会给以后定期测量接地体电阻的准确值带来不便。在选定接地电阻测量点时应注意在做接地系统时，一定要在露出地面的引出线上，在方便测量的地方,在不易被其他东西或人碰撞损坏的地方，留一个接地电阻的测量点。3接地电阻测量方式接地电阻测量方法通常有以下几种:两线法、三线法、四线法、单钳法和双钳法.各有各的特点,实际测量时，应根据周围地理环境（如平地、沟渠、坡地）、土壤湿度、质地等选择正确的方式,才能使测量结果准确无误。、两线法条件：必须有已知接地良好的地，如PEN等,所测量的结果是被测地和已知地的电阻和。如果已知地远小于被测地的电阻,

30、测量结果可以作为被测地的结果.适用于：楼群稠密或水泥地等密封无法打地桩的地区。接线:E+ES接到被测地,H+S接到已知地。、三线法必须有两个接地棒：一个辅助地和一个探测电极.各个接地电极间的距离20m。原理是在辅助地和被测地之间加上电流，测量被测地和探测电极间的电压降，测量结果包括测量电缆本身的电阻。适用于:地基接地，建筑工地接地和防雷接地。S接探测电极,H接辅助地，E和ES连接后接被测地.3、四线法基本上同三线法,在低接地电阻测量和消除测量电缆电阻对测量结果的影响时替代三线法,测量时E和ES必须单独直接连接到被测地.该方法是所有接地电阻测量方法中准确度最高的。4、单钳测量测量多点接地中的每个接地点的接地电阻，而且不能断开接地连接防止发生危险.适用于:多点接地，不能断开连接,测量每个接地点的电阻。用电流钳监测被测接地点上的电流。5、双钳法多点接地，不打辅助地桩，测量单个接地。使用厂商指定的电流钳接到相应的插口上,将两钳卡在接地导体上，两钳间的距离要0.25m。钳形地阻表测量注意事项：钳形地阻表和其它地阻表的测量原理完全不同。对于钳形地阻表,其最理想的应用是用在分布式多点接地系统中