铁道电网过电压分析与防护 电网、暂态、防雷与接地PDF电子书下载

绪论 1

0.1 铁道供电 1

0.2 过电压与绝缘水平 1

0.3 过电压类型 2

0.4 铁道电网中的过电压 3

0.4.1 雷电过电压 4

0.4.2 工频过电压 4

0.4.3 感应过电压 4

0.4.4 操作过电压 4

0.4.5 谐振过电压 4

0.4.6 电力机车诱发过电压 5

0.5 过电压研究方法 5

0.5.1 解析计算 5

0.5.2 物理模拟 5

0.5.3 计算机仿真 6

0.5.4 现场测量 6

0.6 过电压防护与绝缘配合 6

0.7 本书内容 7

第1章 铁道供电及设施 8

1.1 概述 8

1.2 牵引供电系统 9

1.2.1 系统结构 9

1.2.2 系统的基本设施 9

1.2.3 系统的工作特点 10

1.3 牵引变电所 11

1.3.1 单相接线变电所 11

1.3.2 三相接线变电所 15

1.3.3 平衡接线变电所 18

1.4 牵引网 27

1.4.1 馈线、轨道及回流线 27

1.4.2 接触网工作特点及其要求 28

1.4.3 接触网结构 29

1.4.4 接触网导线参数 32

1.4.5 牵引网阻抗 34

1.4.6 接触网中电流分布 36

1.4.7 接触网的绝缘距离 37

1.4.8 高速接触网设计新概念 37

1.5 牵引供电方式 39

1.5.1 外部电源供电方式 39

1.5.2 单边供电与越区供电 40

1.5.3 双边供电方式 42

1.5.4 直接供电方式 42

1.5.5 带回流线的直接供电方式 42

1.5.6 经吸流变压器供电的方式 43

1.5.7 经自耦变压器供电的方式 45

1.5.8 同轴电力电缆供电方式 48

1.5.9 牵引供电的分段 49

1.5.10 牵引供电的换相 50

1.6 开闭所与分区所 51

1.6.1 开闭所 51

1.6.2 分区所 52

1.6.3 自耦变压器所 53

1.6.4 吸流变压器 53

1.7 无功补偿与网压补偿 54

1.7.1 牵引供电系统的谐波与功率因数 54

1.7.2 无功功率的补偿 54

1.7.3 接触网的网压补偿 58

1.7.4 接触网的网压自动调整 59

1.8 电力机车及特性 60

1.8.1 电传动方式 61

1.8.2 列车动力配置方式 63

1.8.3 交-直传动方式的电力机车 64

1.8.4 交-直-交传动方式的动车组 66

1.9 贯通线与自闭线供电 70

1.9.1 贯通线 70

1.9.2 轨道电路与自闭线 70

1.9.3 贯通线、自闭线的电压等级与相互关系 74

1.9.4 贯通线、自闭线的电源 74

1.9.5 贯通线、自闭线的架设 76

1.9.6 贯通线、自闭线的运行 77

1.9.7 贯通线、自闭线的特点 79

1.10 高速铁道供变电工程简介 80

1.10.1 工程概况 80

1.10.2 牵引供电系统及变电所 81

1.10.3 接触网 84

1.10.4 电力供电系统 85

第2章 电路暂态分析基础 88

2.1 基本概念 88

2.1.1 暂态过程的初始值 88

2.1.2 动态电路时域分析方法 89

2.1.3 n阶常微分方程及其解 89

2.1.4 动态电路的激励与响应 91

2.1.5 暂态过程中过电压的估计 92

2.2 一阶电路的暂态过程 92

2.2.1 R、L电路接通交流电源 92

2.2.2 R、C电路接通交流电源 93

2.2.3 一阶电路响应的三要素法 94

2.3 二阶电路的暂态过程 95

2.3.1 当α＞ω0，即R＞2？时的暂态过程 95

2.3.2 当α＜ω0，即R＜2？时的暂态过程 97

2.3.3 抑制暂态过程振荡的讨论 99

2.4 任意激励和高阶电路的暂态求解方法 100

2.4.1 杜阿美尔积分法 100

2.4.2 卷积积分法 101

2.4.3 拉普拉斯积分变换法 102

2.4.4 状态变量法 104

2.5 非线性电路暂态求解方法 107

2.5.1 非线性电阻和非线性电感 108

2.5.2 直接积分法 108

2.5.3 分段线性化方法 109

2.5.4 数值计算法 111

第3章 分布参数电路的波过程 113

3.1 波动方程与行波 113

3.1.1 波动方程 113

3.1.2 行波 116

3.1.3 波阻抗的特点 117

3.2 行波的折射与反射 120

3.2.1 线路末端开路 121

3.2.2 线路末端短路 122

3.2.3 线路末端接有电阻 122

3.2.4 直流电压合闸于末端开路的有限长线路 123

3.2.5 直流电压合闸于末端接地的有限长线路 124

3.2.6 线路中电阻的投入与切除 125

3.2.7 有限长电缆段插入无限长线路中的波过程（网格法） 128

3.2.8 集中参数元件与无损线的互换 130

3.3 折射波计算的等值电路 131

3.3.1 等值电路 131

3.3.2 行波从一条线路折射到多条线路中 132

3.3.3 多条线路上的行波汇集 133

3.3.4 行波通过串联电感 134

3.3.5 行波通过并联电容 135

3.4 波过程计算的特性线方法 136

3.4.1 基本原理 136

3.4.2 特性线法应用 139

3.5 平行多导线中的波过程 141

3.5.1 静电耦合基本原理 141

3.5.2 平行导线间静电耦合及应用 144

3.6 线路上行波的衰减与变形 147

3.6.1 行波衰减与变形的原因 147

3.6.2 冲击电晕对波过程的影响 147

3.6.3 电晕对行波衰减和变形的影响 148

3.7 单相绕组中的波过程 151

3.7.1 单相绕组模型及其解 151

3.7.2 绕组中的初始电压分布 154

3.7.3 绕组中的稳态电压分布 156

3.7.4 绕组中的电压振荡 156

3.7.5 变压器绕组中的过电压防护 156

3.8 三相绕组中的波过程 158

3.8.1 中性点直接接地方式 158

3.8.2 中性点不接地方式 159

3.8.3 三角形接线方式 159

3.8.4 行波在绕组之间的传播 160

3.9 波过程的数值计算 161

3.9.1 无损单相线路的等值电路 162

3.9.2 集中参数元件的等值电路 164

3.9.3 有损线路的等值电路 167

3.9.4 开关操作的处理 168

3.9.5 结点电压及求解 169

3.9.6 电磁暂态计算程序简介 172

第4章 雷云放电与大气过电压 173

4.1 雷云放电及特点 173

4.1.1 雷云及电荷分布 173

4.1.2 雷云放电 174

4.1.3 雷电活动特征 175

4.1.4 雷击危害 175

4.1.5 雷击的选择性 175

4.1.6 球雷 176

4.2 雷电参数 176

4.2.1 雷电日与雷电小时 176

4.2.2 地面落雷密度 177

4.2.3 雷电通道的波阻抗 177

4.2.4 雷电流极性与幅值 178

4.2.5 雷电流的波头时间、波长及陡度 179

4.2.6 防雷计算中的雷电流波形 180

4.2.7 雷电的多重放电 181

4.2.8 雷电的放电能量与功率 181

4.3 直接雷击过电压 182

4.3.1 雷电直击一端接地的有限长导体 182

4.3.2 雷电直击无限长导线 185

4.4 感应雷电过电压 185

4.4.1 静电感应分量 186

4.4.2 电磁感应分量 186

4.4.3 架空导线上出现的雷电感应过电压计算 187

4.4.4 雷击一端接地的导体对附近金属构件产生的感应电压 191

第5章 雷电防护装置 195

5.1 直击雷防护原理及装置 195

5.1.1 直击雷防护原理 195

5.1.2 避雷针及其保护范围 196

5.1.3 采用折线法确定避雷针的保护范围 197

5.1.4 采用滚球法确定避雷针的保护范围 200

5.1.5 避雷线及保护范围 201

5.1.6 其他直击雷防护方法 203

5.1.7 雷电定位系统简介 204

5.2 雷电行波防护 205

5.2.1 避雷器工作原理 205

5.2.2 避雷器的电气特性要求 205

5.2.3 电磁脉冲防护 207

5.3 避雷器结构及特性 207

5.3.1 保护间隙 207

5.3.2 管型避雷器 208

5.3.3 阀型避雷器 209

5.3.4 磁吹避雷器 212

5.3.5 金属氧化物避雷器 212

5.3.6 电涌保护器 215

5.4 避雷器的电气参数 216

5.4.1 保护间隙 217

5.4.2 管型避雷器 218

5.4.3 阀型避雷器 218

5.4.4 金属氧化物避雷器 221

5.4.5 电涌保护器 224

5.5 避雷器的运行监测 225

5.5.1 MOA避雷器运行监测 225

5.5.2 避雷器记数器 227

5.5.3 避雷器放电电流记录器 228

第6章 接地及其装置 229

6.1 接地与安全 229

6.1.1 接地基本概念 229

6.1.2 接地类型 230

6.1.3 接地的电气安全 232

6.2 土壤电阻率与接地电阻要求 234

6.2.1 常见的土壤电阻率 235

6.2.2 接地电阻的基本要求 237

6.3 接地电阻与跨步电压计算 237

6.3.1 与地面平齐的垂直接地体 238

6.3.2 埋入地面下的垂直接地体 240

6.3.3 多根垂直接地体的并联 240

6.3.4 水平接地体 241

6.3.5 不同形状的水平接地体 242

6.3.6 垂直接地体与水平接地体组合 243

6.3.7 接地网 244

6.3.8 接触电势与跨步电压 246

6.4 双层土壤中的接地电阻计算 247

6.4.1 双层土壤上层中的垂直接地体 247

6.4.2 双层土壤中的垂直接地体 249

6.4.3 埋入双层土壤中的垂直接地体 250

6.5 接地网的数值计算 251

6.5.1 计算模型 252

6.5.2 场中任意点的电位计算 253

6.5.3 电阻系数的计算 255

6.5.4 接地网导体分段的划分 257

6.5.5 接地网参数计算 257

6.5.6 CDEGS软件简介 257

6.6 降低接地电阻与改善地面电位分布 258

6.6.1 增加接地体长度，扩大接地网面积 259

6.6.2 利用自然接地体 259

6.6.3 局部换土及土壤处理 259

6.6.4 应用降阻剂 261

6.6.5 深埋与深井接地 262

6.6.6 爆破灌浆接地 262

6.6.7 利用污水 263

6.6.8 利用河流等自然条件延伸接地体 263

6.6.9 冻土地区的接地改善 263

6.6.10 改善接地网的地面电位分布 264

6.6.11 减小通过接地网的电流 264

6.7 接地装置的发热与防腐蚀 266

6.7.1 接地装置材料的选择 266

6.7.2 接地体的发热 266

6.7.3 接地线的发热 268

6.7.4 接地装置的腐蚀 269

6.7.5 金属体的腐蚀程度表征 270

6.7.6 接地装置防腐措施 270

6.8 钢轨电位升高 271

6.8.1 钢轨电位升高的机理与特征 271

6.8.2 钢轨电位升高的危害 275

6.8.3 钢轨电位升高的防护措施 276

6.9 铁道走廊内的地电位升高 277

6.9.1 铁道走廊地电位升高机理 277

6.9.2 传导电位的分析计算 278

6.10 接地参数的测试 281

6.10.1 接地电阻测试仪 281

6.10.2 接地电阻测试 282

6.10.3 接触电压和地面电位分布测试 285

6.10.4 土壤电阻率测试 286

6.10.5 地电位分布的模拟测试 287

第7章 供电线路的雷电防护 289

7.1 概述 289

7.2 架空线路落雷估计与评价指标 290

7.2.1 线路上落雷次数估计 290

7.2.2 击线率、击杆率与建弧率 292

7.2.3 线路的耐雷水平和雷击跳闸率 293

7.2.4 地面落雷引起线路跳闸的估计 294

7.2.5 线路雷击跳闸率计算的蒙特卡洛法简介 296

7.3 接触网的耐雷水平与跳闸率计算 296

7.3.1 感应雷过电压及耐雷水平 297

7.3.2 雷电直击接触网的耐雷水平 298

7.3.3 雷电直击架空地线 299

7.3.4 雷击独立接地的支柱顶部 301

7.3.5 雷击有架空地线的支柱顶部 302

7.3.6 雷击跳闸率 306

7.4 贯通线自闭线的耐雷水平与跳闸率计算 310

7.4.1 线路的耐雷水平 310

7.4.2 线路的雷击跳闸率 311

7.5 电缆线段的雷电过电压分析与防护 313

7.5.1 雷电波对电缆主绝缘的危害与防护 313

7.5.2 雷电波对单芯电缆护层绝缘的危害与防护 315

7.6 接触网的防雷措施 318

7.6.1 防雷特点 318

7.6.2 防雷保护措施 319

7.7 接触网上的避雷器应用 321

7.7.1 接触网上安装避雷器的原因、要求与位置选择 321

7.7.2 接触网用避雷器 322

7.7.3 接触网上避雷器的保护范围估计 323

7.7.4 对接触网上避雷器作用的评估 324

7.8 贯通线与自闭线的防雷措施 325

7.8.1 防雷特点 325

7.8.2 防雷保护措施 326

第8章 变电所的雷电防护 330

8.1 概述 330

8.2 变电所的直击雷防护 331

8.2.1 变电所落雷次数估计 331

8.2.2 避雷针设置方式 332

8.2.3 加强变电所电子设备防护 333

8.3 变电所雷电侵入波分析 333

8.3.1 避雷器动作过程分析 334

8.3.2 侵入雷电过电压分析 335

8.4 避雷器的保护范围 338

8.4.1 避雷器动作后的雷电作用 338

8.4.2 避雷器的保护范围 340

8.5 变电所雷电侵入波的防护 343

8.5.1 110 kV或220 kV侧进线段防护 343

8.5.2 27.5 kV侧馈线防护 345

8.5.3 双绕组和三绕组变压器防护 348

8.5.4 自耦变压器防护 349

8.5.5 变压器中性点防护 349

8.5.6 GIS变电所防护 350

8.6 变电所防雷计算 351

8.6.1 计算目的和内容 351

8.6.2 建立计算模型 353

8.6.3 过电压计算 355

8.6.4 防雷计算中的若干问题讨论 356

8.7 变电所防雷可靠性评估 360

8.7.1 评估技术指标 360

8.7.2 危险波曲线及其比较 361

8.7.3 可靠性评估指标的计算 362

8.7.4 考虑随机性的雷害绝缘故障率计算方法简介 363

参考文献 365