【正文】 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 Ⅲ 頁(yè) 論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 周） 第一部分 ( 周 ) 第二部分 ( 周 ) 第三部分 ( 周 ) 第四部分 ( 周 ) 第五部分 ( 周 ) 評(píng)閱及答辯 ( 周 ) 備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日 審 批 人： 年 月 日 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 摘 要 本論文 主要闡述 接觸網(wǎng)雷害分析及防雷措施 。 接觸網(wǎng)是電氣化鐵道系統(tǒng)必不可少的主要設(shè)施之一，特點(diǎn)是沒(méi)有備用線路，發(fā)生任何事故，都將中斷鐵道運(yùn)營(yíng)。接觸網(wǎng)沒(méi)有避雷線，接觸網(wǎng)上裝有少量的避雷器，其工作接地直接接在鋼軌上，或接入軌道電路的軛流變壓器線圈中點(diǎn)。 本文就是針對(duì)鐵路電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及 特點(diǎn)，研究雷電過(guò)電壓及其保護(hù)措施，保證鐵路電網(wǎng)的安全運(yùn)行，減少雷擊損失。 我國(guó)客運(yùn)專線建設(shè)速度加快，所經(jīng)地區(qū)地理、氣象、氣候條件差別較大，情況復(fù)雜，如果接觸網(wǎng)不設(shè)避 雷線，易遭受雷擊引起損壞。通過(guò)分析和理論計(jì)算，對(duì)客運(yùn)專線接觸網(wǎng)系統(tǒng)防雷進(jìn)行研究。在強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)設(shè)置避雷線對(duì)客運(yùn)專線應(yīng)切實(shí)做好避雷器和避雷線的接地，保障避雷設(shè)施正常運(yùn)行。在四大交通中，飛機(jī)造價(jià)太高，汽車運(yùn)力不足，輪船受地理?xiàng)l件限制，因此，鐵道必將是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行，高速、重載電氣化鐵道是鐵路運(yùn)輸發(fā)展的方向。 接觸網(wǎng)是電氣化鐵道系統(tǒng)必不可少的主要設(shè)施之一，特點(diǎn)是沒(méi)有備用線路，發(fā)生任何事故，都將中斷鐵道運(yùn)營(yíng)。接觸網(wǎng)沒(méi)有避雷線，接觸網(wǎng)上裝有少量的避雷器，其工作接地直接接在鋼軌上，或接入軌道電路的軛流變壓器線圈中點(diǎn)。例如：廣州東至深圳段，全線 80km（ 139 正線公里， 730 條公里）， 1998 年 8 月 28 日正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后，當(dāng)年雷電活動(dòng)僅剩 的 個(gè)月內(nèi)就多次發(fā)生雷擊閃路、跳閘，接觸網(wǎng)的鋼筋混凝土支柱數(shù)十根發(fā)生電燒傷，支柱上小塊混凝土炸裂，沿線電務(wù)信號(hào)設(shè)備多處發(fā)生擊穿、燒損，嚴(yán)重地威脅到了鐵路行車裝備的安全。 2021 年 4 月 18 日，全國(guó)鐵路迎來(lái)第五次大提速，如果不能很好的保證鐵 路電網(wǎng)的防雷安全，也就不能保證鐵路交通的順暢，提速也就無(wú)意義了 。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 第一章 電氣化鐵道概述 中國(guó)的電氣化鐵路采用了目前國(guó)際上普遍使用的先進(jìn)的 25kV 單相工頻交流制。 電氣化鐵路接觸網(wǎng)的 概述 在鐵路運(yùn)輸中，目前存在著三種主要牽引動(dòng)力 :蒸汽機(jī)車牽引、內(nèi)燃機(jī)車牽引和電力機(jī)車牽引。它和蒸汽、內(nèi)燃機(jī)車牽引的鐵路相比，增加了一套牽引供電系統(tǒng)，是電氣化鐵路設(shè)備上的主要特點(diǎn)，牽引供電系統(tǒng)主要包括牽 引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。所以，對(duì)接觸網(wǎng)在設(shè)計(jì)方面和日常維護(hù)方面提出以下基本要求 ： 接觸懸掛應(yīng)彈性均勻，高度一致，在高速行車和惡劣氣候條件下，能保證正常取流。 壽命應(yīng)盡量長(zhǎng)， 具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力。 在日常維護(hù)時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，嚴(yán)格按照設(shè)備 M 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢修，嚴(yán)禁憑經(jīng)驗(yàn)、臆測(cè)行事。對(duì)開(kāi)展停電作業(yè)的，若 天窗 不能兌現(xiàn)，應(yīng)按其檢修周期進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)影響行車的設(shè)備，立即報(bào)段生產(chǎn)調(diào)度和供電調(diào)度，要點(diǎn)檢修。 電氣化鐵路組成和分類 （ 1） 電力機(jī)車 從防制到獨(dú)立開(kāi) 發(fā)，我國(guó)的電力機(jī)車已經(jīng)形成了韶山車族電力機(jī)車，其牽引功率已達(dá) 9000 KW，時(shí)速超 250KM/h,和諧號(hào)動(dòng)車組成為客運(yùn)專線主要運(yùn)營(yíng)車輛。 圖 受電弓 （ 2） 接觸網(wǎng)供電 接觸網(wǎng)供電是向電力機(jī)車供電的特殊輸電線路。為了使接觸網(wǎng)未端不低于電力機(jī)車的最低工作電壓，牽引變電 所饋出母線上的額走電壓為 27． 5kV。 圖 供電系統(tǒng) 1—高壓輸電線， 2—牽引變用所， 3—饋電線， 4—接觸網(wǎng)， 6—電力機(jī)車； 7—鋼軌 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 接觸懸掛應(yīng)滿足以下要求： （ 1）接觸懸掛的彈性應(yīng)盡量均勻。 （ 3）接觸懸掛在受電弓壓力及風(fēng)力作用下應(yīng)有良好的穩(wěn)定性 。 （ 5）另外，要結(jié)合國(guó)情盡量節(jié)省有色金屬及鋼材，降低造價(jià)。 支持裝置包括腕臂、水平拉桿、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設(shè)備。 功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負(fù)荷傳給支柱。 接觸網(wǎng)的地線 1．地線的作用 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。目前大部分地線是通過(guò)火花間隙接鋼軌，以免對(duì)信號(hào)軌道電路發(fā)生干擾。我國(guó)湖南現(xiàn)存的岳陽(yáng)慈氏塔 (約在 1100 年重建 )，自塔頂有 6 條鐵鏈沿六個(gè)角下垂至地面上一定高度，可用來(lái)防止雷擊損壞。幾年前作者偶然在安慶調(diào)查一類似上述結(jié)構(gòu)的古塔，六條鐵鏈下垂到地面以上約 1m，詢向當(dāng)?shù)鼐用瘢灿姓f(shuō)傳聞?wù)f過(guò)去鐵鏈沉入井中，問(wèn)現(xiàn)在何以無(wú)井，均未能答。據(jù)說(shuō)，有的舌須根部用細(xì)鐵絲直通地下，這可能是現(xiàn)代避雷針的雛形。此前，他冒生命危險(xiǎn)用金屬線放風(fēng)箏飛入雷云中，證明了雷閃現(xiàn)象的本質(zhì)是電。試驗(yàn)本身是 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 達(dá)到了目的：由雷云從風(fēng)箏金屬線向大地放電，形成由人干預(yù)的向地直接雷擊和主放電，即達(dá)到了 “引雷成功 ”，而代價(jià)是太大了：科學(xué)家利赫曼為科學(xué)而犧牲，一起放風(fēng)箏的羅蒙諾索夫幸免于難。二百多年以后，作者于 20 世紀(jì) 90 年代初，作為特約專家，在北京主持我國(guó)中科院蘭州大氣物理所和解放軍二炮合作完成國(guó)防重點(diǎn)課題《火箭引雷車研制與火箭引雷試驗(yàn)研究》的國(guó)家鑒定 (任主任委員 )， 1997 年又在電力部參加《火箭引雷試驗(yàn)》可行性論證專家研討會(huì)，會(huì)后又應(yīng)邀作為七位專家之一，為部領(lǐng)導(dǎo)寫關(guān)于立課與否的專家意見(jiàn)，并由作者撰寫七位專家的綜合意見(jiàn)，直到不久前，在我所主持的 2021 年高電壓技術(shù)與社會(huì)發(fā)展專委會(huì)學(xué)術(shù)研究會(huì) (－ 14，廈門 )論文集中，國(guó)家電力公司廣東省電力試驗(yàn)研究所等提供《火箭引雷對(duì)防雷裝置試驗(yàn)》這一國(guó)家重點(diǎn)課題所取得的重要科研成果，將雷電先導(dǎo)的發(fā)展和向防雷裝置定位及放電的現(xiàn)象 (光學(xué)的和電的 )和規(guī)律，在理論上向前推動(dòng)了一步。這既是人類首次干預(yù)雷閃自然活動(dòng)途徑 (而且是導(dǎo)致自然災(zāi)害的活動(dòng) )的預(yù)期目的獲得成功，又是無(wú)可辯駁的事實(shí)，使發(fā)明者改變了原來(lái)的想法 ——徐徐放電，中和雷云中的電荷，避免雷害，得出了 “引雷 ”擊于自身，避免擊于被保護(hù)物的正確看法。主要參數(shù) 標(biāo)稱電壓 Un：被保護(hù)系統(tǒng)的額定電壓相符，在信息技術(shù)系統(tǒng)中此參數(shù)表明了應(yīng)該選用的保護(hù)器的類型，它標(biāo)出交流或直流電壓的有效值。 額定放電電流 Isn：給保護(hù)器施加波形為 8/20μs 的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊 10 次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。 電壓保護(hù)級(jí)別 Up：保護(hù)器在下列測(cè)試中的最大值： 1KV/μs 斜率的跳火電壓；額定放電電流的殘壓。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 數(shù)據(jù)傳輸速率 Vs：表示在一秒內(nèi)傳輸多少比特值，單位： bps；是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中正確選用防雷器的參考值，防雷保護(hù)器的數(shù)據(jù)傳輸速率取決于系統(tǒng)的傳輸方式。 回波損耗 Ar：表示前沿波在保護(hù)設(shè)備（反射點(diǎn)）被反射的比例，是 直接衡量保護(hù)設(shè)備同系統(tǒng)阻抗是否兼容的參數(shù)。 1最大橫向放電電流：指線與線之間施加波形為 8/20μs 的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊 1 次時(shí)，保護(hù)器所耐受的最大沖擊電流峰值。通常稱為 “系統(tǒng)阻抗 ”。 1漏電流：指在 75 或 80 標(biāo)稱電壓 Un 下流經(jīng)保護(hù)器的直流電流。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 防雷器的常見(jiàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)（各國(guó)要求不一樣）： IEC616431 、 、UL1283Filter 、 我國(guó)現(xiàn)在防雷系統(tǒng)現(xiàn)在實(shí)施的是中華人民共和國(guó)建設(shè)部 2021 年 3 月 1 日制定的：GB50343—2021《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》和中華人民共和國(guó)建設(shè)部 2021年 10 月 1 號(hào)制定的： GB50057—94《建筑物設(shè)計(jì)防雷規(guī)范》。知名品牌 目前市面上比較常見(jiàn)的防雷器有： 國(guó)內(nèi)的艾爾盾、雷安、中光、愛(ài)勞、地凱、雷爾盾、迪艦、科比特、雷科星、雷光、雷迅 、萬(wàn)佳等 國(guó)外的 DEHN、 OBO、 Phoenix、 Soule 等（以上排位不分先后） 避雷器的作用 防雷器的作用是用來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、工頻暫態(tài)過(guò)電壓沖擊而損壞的一種電器。保護(hù)間隙主要用于限制大氣過(guò)電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進(jìn)線段保護(hù)。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 接觸網(wǎng)工 作的額定電壓為 25kV但在某種情況下會(huì)出現(xiàn)大大超過(guò) 25kV的電壓，稱為過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓是指在接觸網(wǎng)附近，發(fā)生雷擊時(shí)使接觸網(wǎng)產(chǎn)生的過(guò)電壓。 間隙、磁吹間隙 19 世紀(jì) 70～ 80 年代是電力網(wǎng)發(fā)展的初期階段，當(dāng)時(shí)幾乎無(wú)任何過(guò)電壓保護(hù)裝置。 (如圖 所示 )后來(lái)在本世紀(jì) 30 年代初，發(fā)展成去游離避雷器，即由纖維管制成的管型避雷器。例如，從我國(guó)低壓 220/380V配電，短波、超短波越天線引入機(jī)房時(shí)的第一道防護(hù)裝置到歐洲220～ 400kV變電所設(shè)備上的輔助保護(hù)間隙。圖 所示可以說(shuō)，這是現(xiàn)代磁吹避雷器的前身。 1901年德國(guó)制成用串聯(lián)線性電阻限流的角形間隙，這是現(xiàn)代閥型避雷器的前身。如果是直擊雷，或是擊于線路上的近區(qū)雷擊，電氣設(shè)備多數(shù)還會(huì)被擊毀。 西南交通大學(xué)成人 (本、專 )科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 圖 磁吹避雷器 注： 1—角形間隙； 2—磁吹線圈； 3—直流發(fā)電機(jī) 高壓電容器 1908 年瑞士 MOscick 提出利用高壓電容器作防雷元件的方案，通常是與電抗線圈配合使用，構(gòu)成防雷吸波器。我國(guó) 40 年代和 50 年代初，有些發(fā)電機(jī)、升壓變壓器和配電變壓器曾采用電感元件保護(hù)，可惜未很好總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，后來(lái)多數(shù)電感元件沒(méi)有繼續(xù)使用。直到現(xiàn)在，電容電感元件還是我國(guó)和國(guó)外保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的有效保護(hù)裝置。我們將電力部門近千個(gè)微波站全國(guó)指標(biāo) MTBF≥60年提高到 200～ 500 年的微波站過(guò)電壓保護(hù)柜，措施之一是 1∶ 1 變壓器。裸導(dǎo)線 5～ 10m長(zhǎng)的電感有時(shí)也相當(dāng)