接触网课程设计接触网的接地与防雷设计说明

接触网工程课程设计

专业：电气工程及其自动化班级：

姓名：

学号：

指导教师：

交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月 13日

1 方案选择

1.1题目

接触网的接地与防雷。

1.2题目分析

接触网是牵引供电系统的重要组成部分，绝大部分裸露在自然环境中没有备份，需要采用必要的大气过电压防护措施。如果缺少防护措施或措施不当，可能引起绝缘子损坏，造成线路跳闸，直接影响电气化铁路运营。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，可能引起所电气设备的损坏造成更大事故。

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，变电所保护装置回立即反映事故状态，迅速切断电路。

2 设计计算

2.1 直接雷击

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支柱，而且在支柱顶产生电位，同时空气中迅速变化的电磁场还在导线上产生感应电压；按图l表示客运专线典型接触网支柱悬挂方式，根据DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》计算方法，计算耐雷电反击过电压水平。感应雷击距接触网有限远>65m

S处，雷击对地放电时．在接触网上产生的过电压与雷电流幅值成正比，其比值为3.84。

2.2 接触网耐雷击水平计算

(1) 雷击支柱时耐雷击水平

当承力索平均高度=7m

hz，支柱

hm，平腕臂对地高度=7.6m

hm，支柱高度=8m

冲击接地电阻=10ΩR ，=0.847.56μH Lt ⨯时，22.67kA LI =。

根据式(2)可计算出雷电流超过I 的概率=55.3%P 。

(2) 雷击承力索时耐雷击水平

kA 5.3350/1002==I

(3) 建弧率η

()()0.711425/0.54.510144.50.7520.75=-⨯=⨯-=-E η (4)

式(4)中，E —绝缘子串的平均运行电压（有效值）梯度，kV/m 。

()()次14.60.9123/40.5531/40.712521T =⨯+⨯⨯⨯=+⨯=P GP ηN N

通过以上计算可知，在平原地区每100Km 的电气化铁道线路，每年由于承力索遭受雷击引起跳闸的次数约为15次，这给客运专线的安全运行带来了隐患。

3 接触网的接地与防雷设备选择及示意图

3.1 接触网的接地

接触网的接地是指通过接地线而接于牵引轨。由接地线（接地体）及接地部件组成的接地设备，称为接地装置。接地装置（包括接地线和接地体）均应有可靠的电气连接。

接地导线要连接到距离最近的或接到抗流变压器线圈的中心端子上，而在单轨轨道回路区段上，应直接连接到牵引轨上。

在通常情况下，支柱的接地装置应加设击穿电压不大于800V 的火花间隙。在正常情况下，火花间隙可保证支柱与钢轨之间的绝缘，使绝缘子因老化等原因形成的泄漏电流不能直接泄向轨道。一旦火花间隙上出现高电压（如绝缘子闪络），间隙击穿，就把支柱和牵引轨接通，以使保护动作，进而保护电气设备。

自动闭塞区段的轨道回路为双轨道回路时，单线区间的腕臂支柱在每个闭塞区间围应连到同一钢轨上；在复线区段上，腕臂支柱要连接到最近的钢轨上。采用软横跨或硬横跨时仅需要其中的一根支柱连到钢轨上。

在电气化铁路上，轨道被用做第二导线。轨道回路的电阻是由轨道电阻和接头过渡电阻两部分组成。如果轨道回路电阻较大，就会增加轨道的电压降，并造成杂散电流增加。因此，在正常的轨道接头间要设连接线。

在自动闭塞区间，在绝缘接头的两端要装设扼流变压器，其线圈的端头分别接到两根钢轨上。为了使牵引电流能绕过绝缘接头而流通，用一根导线将扼流变压器线圈中点连接起来，如图1所示。复线间的线间连接是将其连接到相邻绝缘接头上的扼流变压器

线圈的中点。在单牵引轨道回路的情况下，只能用一根钢轨来流通牵引电流，而第二根钢轨则用作流通自动闭塞电流，如图2所示。

动闭塞区段上，回流线要连接到电气化线路的钢轨上。在单轨道回路的车站上，要将回流线连接到所有的牵引轨上；在双牵引轨轨道电路情况下，回流线应连接到扼流变压器线圈的中点。当有多条线路时，在回流线连接的位置上，各条线路的钢轨之间应加装线间连接线。

图1 牵引电流在扼流变压器中的流通回路

图1 牵引电流在轭流变压器中的流通回路

图2 电气化牵引轨的连接

3.2 接触网的防雷

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》（TB 10009-2005）和《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》（铁建设[2007]39号）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。

接触网的防雷措施主要是安装避雷器和架设架空避雷线，同时做好必要的接地。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2，000 m及以上隧道的两端、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0～45度。

接触网遭受雷击的频度与线路所处地区的年平均雷电日数有关。一般来说年平均雷