（电力系统及其自动化专业论文）青藏铁路超长距离输电线路保护研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to ft h ew e s t ，t h ec o n s t r u c t i o no ft h eq i n g z a n g r a i l w a y i sc a r r i e do n v i g o r o u s l y b e c a u s et h es p e c i a lg e o l o g i c a la n dc l i m a t i c s u r r o u n d i n ga l o n gt h el i n ec a u s e st h ep o w e r - s u p p l yd i f f i c u l t y , a ne x t r a l o n gd i s t a n c e p o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mi st h u sp r o d u c e d ，w i t ht h el o n g e s t3 3 0 k i n t oa s s u r et h e q u a l i t y , at r a i l s r e g i o np o w e r - s u p p l y s y s t e m i s n e c e s s a r y , w i t hc o m p e n s a t i o n e q u i p m e n t s i ns e r i e s a n db e c a u s eo ft h e c o m p l e x i t yo ft h es u r r o u n d i n g ，t h e t r a n s i t i o nr e s i s t a n c ei s i m p o s s i b l e t o p r e d e t e r m i n e t h e r e f o r e i no r d e rt o a c t c o r r e c t l ya n dt i m e l y , ar e a s o n a b l ep r o t e c t i o ns c h e m ei sp u tf o r w a r dt oa v o i dt h e i n f l u e n c e so f t h et r a n s i t i o nr e s i s t a n c ea n dt h ei n s e r i e sc o m p e n s a t i o ne q u i p m e n t f i r s t ，t h ep a p e rs t a r t sf r o ms t a t u sq u oo ft h ec o n f i g u r a t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c s ， r u n n i n gm o d ea n dr e l a yp r o t e c t i o ni nt h er a i l w a yd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，t h em o d e l so f t u o t u o r i v e r l o a d i n g a r e aa n dn a t u ol i n ea r es e t u pa c c o r d i n gt o t h e r u n n i n g s i t u a t i o na n dv a r i o u s p a r a m e t e r sa l o n gq i n g z a n g l i n e s e c o n d ，t h ef a i l u r es i m u l a t i o ni sc a r r i e do u tf o rt h ew h o l eq i n g z a n gp o w e rl i n e t h e c u r r e n t ，v o l t a g e ，i m p e d a n c ea n g l e ，t h el i n e si m p e d a n c ea n d t h e i rv a r y i n gt r e n d a r es t u d i e d ，i n p r e p a r a t i o nf o r t h ed i s c u s s i o no f t h e p r o t e c t i o n c o n f i g u r i n gs c h e m e t h i r d ，a i m i n ga tt h et w om o d e s i nq i n g z a n g l i n e ，i n c l u d i n gt h en o r m a la n dt h e t r a n s - r e g i o np o w e r - s u p p l y , s e v e r a lp r o t e c t i o n - c o n f i g u r i n g s c h e m e sa r e m a i n l y d i s c u s s e d ( 1 ) w i t hc a r r e n tp r o t e c t i o n ，t h es i m u l a t i o ns h o w s ：t h ei n f l u e n c eo ft h e t r a n s i t i o nr e s i s t a n c ec a l l tb ea v o i d e di nn o r m a lm o d e ；a n db o t hn e g a t i v ei n f l u e n c e s c a n tb ee l i m i n a t e di nf f a n s - r e g i o nm o d e t h a ti s ，t h es e l e c t i v i t yo ft h ep r o t e c t i o n c a l l tb eg u a r a n t e e di nb o t l l m o d e s o b v i o u s l y , c u r r e n tp r o t e c t i o n i sn o tf i tf o r q i n g z a n gp o w e rl i n e ( 2 ) t h ep r o t e c t i o np r i n c i p l eo n t h eb a s i so f i m p e d a n c ea n g l e i s a n a l y z e d t h i sm e t h o da l s oc a n tb ea d o p t e db e c a u s et h ei m p e d a n c ea n g l eh a sn o o b v i o u sc h a n g i n g s c o p eb e f o r ea n d a f t e rt h ef a i l u r e ( 3 ) w i t hi m p e d a n c e p r o t e c t i o n ， t h es i m u l a t i o ns h o w s ：t h ei n f l u e n c eo ft h et r a n s i t i o nr e s i s t a n c ec a nb ea v o i d e di n n o r m a lm o d e ，t h ep r o t e c t i o na c t s c o r r e c t l y ；a n d t h ei n f l u e n c e so ft h et r a n s i t i o n r e s i s t a n c ec a nb ee l i m i n a t e d ，b u tt h a to ft h ei n s e r i e s c o m p e n s a t i o nc a p a c i t a n c e s c a l l t f a l s ea c t i o no c c u r r e di ns p e c i f i cs e c t i o n s f u r t h e r m o r e ，t w op e r f e c t i o nm e t h o d so fi m p e d a n c ep r o t e c t i o na r ep r o p o s e d ：( 1 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 c e n t r a l i z e dc o m p e n s a t i o nm e t h o di sa p p l i e dt ob e g i n n i n go ft h el i n e i ts h o w st h a t t h i sm e t h o dc m - - lr e a l i z e c o m p l e t e l y c o r r e c t p r o t e c t i o n i n s p a n n i n g s e c t i o n p o w e r - s u p p l ya f t e rs i m u l a t i o n ( 2 ) o nt h eb a s i so fc o o r d i n a t i o np r o t e c t i o no ft h e a g e m i nw i d ef i e l d ，e v e r ya g e n th a r m o n i z i n gi s e x p a t i a t e di nd e t a i l o na c c o u n t m a tp s c a ds o f t w a r eh a sn oc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n ，t h es i m u l a t i o nv a l i d a t i o n c a l l tb ed o n e ，b u tt h i ss c h e m ei sw o r k a b l ei nt h e o r y f i n a l l y , t h ee x p e c t a t i o n sa r ec a r r i e do u to nf l l r t h e rp e r f e c t i o no ft h ei m p e d a n c e p r o t e c t i o na n dt h ed e s i g no f t h ep r o t e c t i o nm e a s u r m e ma n dc o n t r o le q u i p m e n ti n q i n g z a n gr a i l w a y l i n e k e yw o r d ：q i n g z a n gr a i l w a yl i n e ；c o n t i n u o u sp o w e r l i n e s ；p r o t e c t i o n ； s i m u l a t i o n ；i m p e d a n c e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 开发西部、发展西部是党中央国务院的一项重要举措，青藏铁路的兴建正 是这一举措的体现之一。青藏铁路东起青海格尔木，经昆仑山口、沱沱河、安 多、那曲、当雄、至西藏拉萨，全长1 1 1 8 公里，其中多年冻土地段约为6 0 0 公里，海拔高于4 0 0 0 米的地段9 6 0 公里，青藏铁路将成为世界上海拔最高和供 电距离最长的高原铁路。 该地区电网建设滞后，目前沿线无可靠电源，尚不具备外部供电条件，同 时该线具有运量小、线路长的特点。若采用电力牵引，不仅加大了工程投资， 而且增加了高原上接触网、牵引变电所等设旋的维修人员及相应的维修费用， 因此青藏铁路近期采用内燃牵引。沿线战场通讯、信号、行车及保障现场人员 生存条件的负荷均为重要负荷，必须得到保证，要求在铁路全线采用3 5 k v 电 力贯通线向沿线负荷可靠持续供电。由于高原铁路所处的特殊的地理环境，电 力稀缺，使铁路的3 5 k v 贯通线供电不得不采用超长距离输电。 首先，由于以上客观原因，青藏铁路的自动闭塞贯通线的可靠供电显得由 为重要。铁路自动闭塞行车信号负荷为一级负荷，由于信号装置的特殊要求， 停电时间不得超过o 1 5 s ，否则可能发生行车事故或打乱运输秩序。为此铁路沿 线均架设有自动闭塞电力线路或者贯通线路，并通过信号变压器向各信号点或 者车站信号楼、行车室供电。为保证供电的可靠性，青藏铁路全线共设置无人 值班式配电所8 个，变电所3 0 多个，所有的配电所和变电所都装设保护。所与 所之间距离较远，气候、环境、地质条件恶劣，这些自然环境因素对保护的设 霍提出了很高的要求，要求保护要有选择性，能及时、正确动作，保证非故障 线路的正常运行，最大限度的减小故障带来的损失。 其次，随着国民经济的发展，铁路运输的重要性越来越突出，保证铁路运 输安全、商效的运行成为铁路工作者义不容辞的责任。经过近几年的发展，我 国的牵引变电所水平越来越高，已经达到或者接近电力系统相同等级变电所的 水平。而铁路配电所的自动化水平却远远落后于电力系统相同电压等级配电所， 还没有专门用于高原超长距离输电线路配电所的自动化设备。 另外，铁路建设的大发展对铁路自动闭塞配电所提出了新的要求，新型的、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 先进的、自动化水平更高的、专门针对铁路配电所的综合自动化系统成为广大 用户的首选。 总之，青藏铁路贯通线保护方案的研究是具有重要意义的，近期来看，可 以保证青藏铁路的正常运行，使其最大限度的创造经济效益；长远来看，可以 为超长距离输电线路的保护提供经验。 1 2 铁路配电系统结构及特点 1 2 1 铁路配电系统的结构 典型铁路配电所主接线如图卜1 所示”1 。 由图卜1 可见，典型铁路配电所具有两回电源进线，其中一回进线作为主 电源使用，另外一回进线作为备用，如果主电源发生故障而退出运行，则备用 电源可以自动投入运行，保证供电的可靠性。 母线包括两组机务母线、两组电源母线和两组自闭贯通母线。两组机务母 线之间通过母联连接在一起，如果需要两组电源同时投入时，则母联断路器闭 合，否则母联断路器处于分位。 图卜1 典型铁路配电所主接线图 机务母线与若干条馈线相连接，为馈出线提供电源，馈出线将保证铁路车 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 站、站场等工作用电，也保证一些沿线铁路职工和家属的生活用电。 自闭贯通母线分别与若干条自闭馈线和贯通馈线相连接，为自闭贯通线提 供电源。自闭贯通线将保证铁路信号、重要车站和重要生活设施的供电。 电源母线与所用变相连接，所用变为变电所提供自用电。调压器连接机务 母线和自闭贯通母线，在自闭贯通母线之间安装调压器的目的在于当电力系统 由于负荷过重等原因导致电压下降时，可以通过调节调压器分接头或者档位来 保证自闭贯通母线的电压，从而满足信号、自动闭塞和其他重要设备工作的需 要。 此外铁路配电所机务母线还设置有电容器，主要目的是为了补偿无功，使 功率因数满足要求。 1 2 2 铁路配电系统的特点 典型的铁路配电系统具有以下特点： 夺既有深入城市中心和居民密集点的配电所，也有地处人烟稀少地区的 配电所； 夺对供电质量和供电可靠性的要求比较高； 夺出线比较少，且出线一般情况比较短，传输功率和距离一般都不大； 夺大多数情况下线路采用单端供电； 夺运行方式为中性点非直接接地方式 夺存在调压器，需要设置专门的调压器保护和测控装置。 1 3 电力系统运行方式及故障特点 在电力系统中，当变压器或者发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点 存在两种运行方式：中性点直接接地和中性点不直接接地。一般情况下，中性 点直接接地系统称为大电流接地系统，中性点不直接接地( 不接地、经消弧线 圈、经电阻接地) 系统称为小电流接地系统“”。”“。 由于青藏铁路贯通线采用中性点不直接接地的运行方式，故在本文中只介 绍中性点不直接接地的运行方式时的电力系统特点。当采用中性点不直接接地 的运行方式时，正常运行的情况下，各相对地分布电容相同，三相对地电容电 流对称且其和为零，各相对地电压为相电压。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 当发生单相接地故障时( 假设c 相发生单相接地故障) ，根据基尔霍夫电压 定律，中性点对地电压哦与c 相相电压以之和等于零，即 d ；= 一d c = d 。- e 一“ ( i - i ) d j = d 。+ 哦= j d 。，p 一一 ( 1 2 ) 口：= 驴。+ d ；= 3 - 口。p 一” ( 1 3 ) 因此中性点不接地运行方式下，单相接地故障前后的电压关系，线电压不 变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的3 倍。这是中性点不接地这种运 行方式的一个最主要的特点。由于中性点不接地系统的上述特点，中性点不 接地运行时应注意； 电气设备对地绝缘要求必须按照线电压数值进行设计： 夺若单相接地电容电流超过一定数值，则应该在中性点经消弧线圈或者 电阻接地的方式下运行。对于6 - 1 0 k v 的线路该数值为3 0 a ，对于3 5 k v 线路该 数值为1 0 h 。 1 4 青藏铁路配电系统概况 青藏铁路青海段正常供电时，供电形式如图l 一2 所示i 圳。 由于高原电力稀缺，不得以采用这种超长距离供电方式，纳赤台变电站、 五道梁变电站和沱沱河变电站公用一路地方1 1 0 k v 电源，当地方电源线路在纳 尺台到五道梁之间的区段故障的情况下，将导致纳赤台变电站越五道梁变电站 由3 5 k v 贯通线向沱沱河变电站供电，供电线路总长超过3 0 0 公里，这时供电形 式如图l 一3 所示，显然这种情况下已经超出了集中参数线路模型所能够精确表 述的范围，在进行保护原理研究时必须使用超长线路分布参数模型。 跨区供电时，由于输电线路超过了3 0 0 公里，这时如果不采用补偿装置对 线路进行无功补偿，将导致线路末端运行电压降低太多，无法满足负荷的额定 电压，因此，在跨区供电时，将对线路投入串补，串补安装在配电所内，配电 所接线示意图如图1 4 。 结合图l 一4 来介绍配电所的运行情况。在青藏铁路贯通线正常供电的情况 下，所内负荷由所用变a 来提供电源，贯通进线经调压器和并联补偿装嚣后， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 经贯通馈出a 为下一级线路供电；当青藏线地方1l o k v 线路某个地方发生故障 后，3 5 k v 线路改为跨区供电方式，这时由于线路超长，贯通进线经串联电容补 偿后，由贯通馈出b 向下一级线路供电，由所用变b 向所内负荷供电，所用变 a 和并补退出运行。 8 9 k 1 9 孤mt 4 5 l 皿1 4 7 1 飘 肿蛳百硪译 八 k 一，一人一一 口口 图1 - - 2 青藏铁路青海段正常供电时供电形式示意图 + p _ | 百可霄百酉百旷蔼聃阿一饽一霸惰苘酉 口 匡堕 o 匝垂困 一匡垂圃 图l 一3 青藏铁路青海段跨区供电时供电形式示意图 嚣昌 上旧wj。口 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 南 叫杀由l 豳向囤 图1 4 青藏铁路配电所供电形式示意图 1 5 铁路配电系统保护测控装置现状 许继电气心6 。1 3 6 1 南京恒星，珠海万力达、重庆新世纪等厂家在铁路配电 系统微机保护和自动化市场中占有一席之地。 例如，南京恒星开发的d p l 3 5 0 分布式微机馈线保护装置，是专门针对铁 路配电系统设计的，配置了以下保护测控功能f 8 l ： 夺复合电压过流保护 夺低压减载与失压保护 夺接地查找 夺定值组切换 夺低频减载 夺三相一次重合闸 珠海万力达电气的m l p r 是针对3 5 k v 及咀下电压等级的架空线路而设计的 微机保护装置，其采用主频为1 6 m h z 的工业级中央处理单元，配置了以下保护 测控功能“1 ： 夺速断保护 夺过流保护 接地保护 今后加速功能 低频减载 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 夺三相一次重合闸 现有圜内厂家的微机保护和综合自动化系统的保护配置基本上能够满足铁 路配电所使用的需要。但是专门针对铁路配电所的系统保护配置比较简单，系 统设计中所采用的c p u 等器件也比较落后，不利于随着铁路配电所运行方式的 改变而升级，用户根据实际运行情况而灵活配置保护的空间也比较小。 由于我国的中低压配电网络采用中性点不直接接地的运行方式，而国外的 电网都采用中性点直接接地的运行方式。这就决定了我国的配电自动化系统不 能直接引进国外设备，而必须结合我国配电网的实际情况，采用国内厂家的现 有产品，并逐步加以改进。 通过现有的资料可知，目前的铁路配电系统的保护装置基本上都是运用电 流保护，因此对于青藏铁路贯通线的保护，本文在下面的讨论中也将首先讨论 电流保护，如果电流保护无法满足方案设计的要求，再讨论别的保护方式。 1 6 本文所研究的主要内容、目标与方法、所做的工作 主要内容：结合青藏铁路的线路情况，进行青藏铁路超长距离输电贯通线 保护方案的研究。 研究目标：通过对青藏铁路贯通线各种保护配置方案的研究，确定合适的 青藏铁路贯通线的保护方案，同时也为运行环境恶劣、运行方式特殊的铁路配 电系统保护研究提供可以借鉴的经验。 研究方法：通过专用的电磁暂态仿真软件- - p s c a d 对青藏铁路贯通线运行 情况进行仿真，取得数据后进行保护配置，最后再通过仿真验证。 主要工作： 夺分析铁路配电系统运行方式特点，广泛查阅资料，并对国内运行的配 电所微机保护和综合自动化系统进行调研，为保护方案的设计提供经验和借鉴。 夺根据青藏铁路配电系统运行方式的特点，建立青藏铁路贯通线正常供 电和跨区供电模型。 进行各种工况下电流、电压、阻抗角、线路阻抗的仿真。 夺分析仿真得到的数据，并结合电流保护原理，对青藏铁路贯通线进行 电流保护的试配置，得出结论：电流保护不适合在青藏铁路贯通线上进行配置。 令分析仿真得到的数据，得出结论：基于阻抗角变化的保护不适合在青 藏铁路贯通线上进行配置。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 夺 分析仿真得到的数据，并结合阻抗保护原理，对青藏铁路贯通线进行 了阻抗保护试配置，并且对保护方案进行了完善，得出结论：阻抗保护适合在 青藏铁路贯通线上进行配置。 夺通过改变青藏铁路贯通线的具体运行参数，对阻抗保护进行验证，证 明本文所提出的阻抗保护方案，适合青藏铁路的具体情况。 夺 对本论文进行总结，并且对后续工作进行了展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第2 章青藏铁路运行情况及线路模型 本章的主要内容是对青藏铁路的运行方式进行详细的分析，并且结合线路 参数，建立仿真模型，为故障仿真和保护配置奠定基础。 2 1 青藏铁路配电系统各种参数 1 、青藏铁路贯通线沿线负荷容量 如表2 一l 所示，其中负荷容量的单位是k v a 。由于线路上一些单相负荷 容量非常小，故在此省略介绍【2 4 l 。 表2 1 青藏铁路贯通线负荷容量 负荷点格尔木南山口甘隆纳尺台小南j i l玉珠峰 负荷容量1 6 08 02 0 01 0 01 2 5 负荷点望昆不冻泉楚玛尔河五道梁秀水河江克栋 负荷容量1 6 03 1 51 2 52 + 1 6 01 2 51 2 5 负荷点日阿尺曲沱沱河通天河雁石坪布强格唐古拉 负荷容量1 2 52 * 2 5 01 2 51 2 51 2 51 2 5 负荷点扎家藏布托居安多措罚s 湖底吾玛岗秀 负荷容量1 2 51 2 52 * 2 0 01 2 51 2 51 2 5 负荷点那曲妥如古嚣乌玛塘当雄达琼果 负荷容量2 * 3 1 51 2 51 2 51 0 02 * 2 5 01 0 0 负荷点羊八井马乡拉萨西拉萨 负荷容量2 年1 6 02 5 05 6 5 2 、青藏铁路贯通线线路参数 青藏铁路贯通线杆塔高度9 6 5 m ，导线型号j l l b 2 0 a - - 1 2 0 2 5 m m2 ，三相 导线采用水平排布的方式，导线之间的距离为3 5 m ，导线驰度为2 2 5 m ，单 位电阻是o 2 1 9 9 d k m ，单位电抗0 4 0 5 d k m 。 地方u o k 配电所系统容量设为1 0 0 m v a ，系统阻抗设为1 1 2 ，感性。 3 、青藏铁路沿线土壤电阻率参数表 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 青藏铁路的大地电阻率( 地面下4 m ) 资料如下表2 2 。 表2 2 青藏铁路沿线大地电阻率表 线路区段拉萨一安多托居一玉珠峰小南川一格尔木 冻土及非冻土区( q m )冻土区多年冻土区内融区非冻土区 夏季土壤电阻率( q _ m )1 5 0 一1 3 0 05 0 0 2 0 0 04 0 - 1 0 0 0 冬季土壤电阻率( q m )7 0 0 3 0 0 06 0 0 3 5 0 01 0 0 2 0 0 0 2 2 青藏铁路的运行情况 2 2 1 贯通线修建范围 青藏铁路的青海段，由格尔木配电所起，依次经纳尺台、五道粱、沱沱河 配电所到布强格站结束，诬藏段由唐古拉站起，依次经安多、那曲、当雄、羊 八井配电所到拉萨配电所结束；布强格站唐古拉站间不贯通。 贯通线电源分别由格尔木3 5 k v 配电所、铁路自建的纳尺台、五道梁、沱 沱河、安多、那曲、当雄、羊八井3 5 k v 配电所和拉萨3 5 1 0 k v 配电所供给。 各车站变电所设有两台贯通线路的分段断路器、具有线路开闭所的功能。 2 2 2 贯通线运行方式 1 、正常运行情况 ( 1 ) 青海境内 由格尔木配电所向纳尺台供电，纳尺台与五道梁配电所之间在不冻泉分段 运行，五道粱与沱沱河配电所之问在江克栋分段运行，沱沱河配电所向布强格 供电，分段由车站变电所分段断路器实现。 ( 2 ) 西藏境内 正常供电时，由拉萨配电所向羊八井供电，羊八井配电所向当雄供电，当 雄与那曲配电所之间在古露分段运行，那曲与安多配电所之间在联通河分段运 行，安多配电所向唐古拉供电，分段由车站变电所分段断路器实现。 2 、检修或故障时的运行情况 ( 1 ) 青海境内 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 方式一：3 5 k v 贯通线路检修或故障 3 5 k v 贯通线路检修或故障时，由于各车站均设有贯通线路分段开关，故可 通过设置于车站的分段开关将检修或故障线路隔离，非故障线路恢复供电，检 修或故障段的重要负荷由备用电源供电。 方式二：3 5 k v 配电所检修或故障 3 5 k v 配电所检修或故障时，电力贯通线由相邻配电所供电，沱沱河配电所 检修或故障时，沱沱河一一布强格之间的重要负荷由备用电源供电。 方式三：纳尺台五道梁地方1 l o k v 线路检修或故障 纳尺台五道梁地方l l o k v 线路检修或故障时，格尔木纳尺台之间的电 力贯通线，由格尔木变配电所供电，纳尺台沱沱河之间的电力贯通线由纳尺 台配电所经五道梁配电所向沱沱河跨区供电，供电距离3 3 0 公里左右。沱沱河 布强格之间的重要负荷由备用电源供电。 方式四：五道梁沱沱河地方1 l o k v 线路检修或故障 五道梁沱沱河地方l l o k v 线路检修或故障时，格尔木五道梁之间的电 力贯通线维持正常的供电方式，五道梁布强格之间由五道梁配电所通过沱沱 河配电所跨区供电，保证五道梁布强格之间的重要负荷供电，跨区供电距离 2 9 0 公里左右。 纳尺台地方l l o k v 变电站具有两路l l o k v 电源，两台主变，故不考虑格尔 木纳尺台地方l l o k v 线路检修或故障的运行情况。 ( 2 ) 西藏境内 方式一：3 5 k v 贯通线路检修或故障 3 5 k v 贯通线路检修或故障时，通过设置于车站的分段开关将检修或故障线 路隔离，非故障线路恢复供电，检修或故障段的重要负荷由备用电源供电。 方式二：3 5 k v 配电所检修或故障 3 5 k v 配电所检修或故障时，电力贯通线由相邻配电所供电，安多配电所检 修或故障时，安多唐古拉之间的重要负荷由备用电源供电。 方式三：那曲安多地方ll o k v 线路检修或故障 那曲安多地方l l o k v 线路检修或故障时，那曲唐古拉之间的负荷通过 安多配电所跨区供电，保证那曲唐古拉之间的重要负荷供电，供电距离2 3 0 公里左右。 方式四：当雄那曲地方1 1 0 k v 线路检修或故障 当雄那曲地方l l o k v 线路检修或故障时，当雄安多之间的负荷通过那 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 曲配电所跨区供电，保证当雄安多之间的重要负荷供电， 公里左右。 由于当雄、羊八井、拉萨、变配电所均具有两路电源， 八井、拉萨同时停电的运行情况。 跨区供电距离3 0 0 故不考虑当雄、羊 根据以上正常和故障或检修时的运行方式的分析，跨区供电的情况下， 3 5 k v 电力贯通线供电臂为2 3 0 3 3 0 k m 。属超长距离供电。超长距离供电将会 带来诸如线路电容电流过大，末端电压升高等问题，须对长距离线路进行并联 电容补偿、串联电容补偿、和并联电抗补偿等综合手段，以提高线路输送能力 和稳定系统电压。根据铁路第一勘测设计院所获得的试验线运行情况可知，在 跨区供电时，只需投入串联电容补偿即可满足线路运行的要求，因此在纳尺台、 五道梁、沱沱河、安多、和那曲3 5 k v 配电所设置串联电容补偿装置。正常供 电时该装置不投入，跨区供电时该装置投入运行。 2 3 超长距离供电线路的特点 由于青藏铁路电力贯通线在跨区供电时属于超长距离供电线路，因此其特 点和短线路供电的特点不同，为了进行更加合理的仿真，就必须对超长距离供 电线路的特点有详细的了解，本节将对其特点进行讨论n 9 1 。 超长线路运行的情况下，若忽略线路电阻，认为线路无损，则空载时线路 中工处的电压秒，和j ，的方程为： 可d 2 1 ! 1 = ，2 d ； ( 2 一1 ) j 。：上d u x( 2 2 ) 一 ，zd x 式中，和z 分别为导线的传播系统和波阻抗。 无损导线的波阻抗z 。= j 手，此时线路上行波的波速为v = 箍k m 加s 。可 见长线路运行方式下，在考虑电压和电流的关系的时候必须考虑线路分布电容、 线路电感等参数的影响，而分布电容的影响在短线路的计算中是可以忽略的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 另外短线路模型可以等效为一个r 参数模型或者n 参数模型，所带来的误差可 以忽略不计，而长线路模型中因为线路的长度相对于电磁波的波长不能完全忽 略，因此一个r 参数模型或者n 参数模型已经不能描述波在线路上传播的过程， 因为长线路模型实际上应该是无穷很短的丁参数模型或者n 参数模型串联组成 的电路。通过集中参数模型或者元件直接建立长线路模型是有困难的，主要困 难在于串联r 参数模型或者参数模型的个数，以及参数的选取，还有就是三 相线路相互之间的影响问题的处理。 本章在处理过程中采用的是专业的电磁暂态仿真软件p s c a d ，该软件的图 形仿真工具提供电力系统仿真软件包，对绝大多数电力系统元件都可以直接找 到相应的模型，减少了仿真的工作量。 2 4 线路模型的建立 根据2 2 节的分析可知，青藏铁路配电系统运行方式分正常供电和跨区供 电两种方式，因此本文建立模型时，也应该建立正常供电和跨区供电两种模型。 在建立模型之前，先将建模用到的参数介绍如下。 负荷及接线方式 仿真系统的负荷情况如表2 1 所示； 负荷：采用并联r l c 负荷； 接线方式：y 接线。 线路参数 杆塔高度：9 6 5 m ： 导线型号：j l ，l b 2 0 a _ 一1 2 0 2 5 m m 2 ； 导线排布方式：水平排布： 导线间距：3 5 m ； 导线驰度；2 m ； 单位电阻：0 2 1 9 9 9 9 k m ； 单位电抗：0 4 0 5 d k m 。 变压器参数 容量：1 0 0 m v a ； 接线方式：y y 连接： 变比：1 1 0 3 5 k v 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 仿真模型测量点 母线电压：【，曲、【k 、( ，。，测量点位于母线处 线路电流：，。、j 。、，。，测量点位于母线处； 大地电阻率 如表2 2 所示。 由于青藏铁路贯通线分段较多，各区段运行情况相似，因此本文在建模时 考虑了上述因素，在正常供电和跨区供电的情况下各选择一代表性区段进行仿 真，正常供电时选择沱沱河负荷区域为例进行建模，跨区供电时选择由纳尺台 经五道梁向沱沱河供电进行建模。原因如下：正常供电的情况下，沱沱河配电 所的负荷区域2 0 9 2 k m 比其他7 个配电所的负荷区域都长，分别向左右两边供 电，具有两个供电臂并且两个供电臂长度相差较大，因此可以作为正常供电 时线路模型的典型代表而进行故障量的仿真；跨区供电时，纳尺台配电所经五 道梁配电所向沱沱河配电所供电模型全长3 3 0 k i n 左右，简称纳沱线，是所有跨 区供电模型中线路中最长的区段，因此以其为代表进行线路故障量的仿真。 变压器及测量点与输电线联接的模型、导线模型、正常供电时沱沱河负荷 区域模型、跨区供电时纳沱线模型如下： 中中“中 ? 中中e 蘸3矗3e 未3 图2 1 变压器及测量点和输电线联接模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2m豳ifor c o n d u c t o r s i m i d - s p a n s a g ：c o n 也i _ _ j - _ 卫 刚曩 。2 瓢 ： 35 【m l g6 t 0 r = 3 l 1 ：c o n d u c t o r s c h u k a r 0 【m 1 图2 2 导线捧布模型 图2 3 保护模块模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 日 明 可 n j 俐0 图2 4 纳沱线模型 图2 5 沱沱河负荷区域模犁 对所建立的中性点不接地系统超长距离供电系统模型有以下问题需要说 夺仿真系统采样频率2 0 k h z 。 。 夺系统电源采用理想电压源来代替实际系统中的电源。理想电压源模型 忽略了电源的内阻及其他内部参数。 夺线路负荷采用y 接线方式，负荷被近似均匀的分布到各相中，故仿真 的结果适用于负荷对称的情况下，对于大多数负荷不对称运行的情况， 仿真结果存在一定的误差。 币| !币币獬币瑚币删 可：!币晰币嗍币嗍 币0 m 币i i m币嗍可咖币0 删 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 2 5 本章小结 本章通过对青藏铁路电力贯通线运行方式的总结与分析，在结合线路参数 基础上建立了两个具有代表性的仿真模型，沱沱河负荷区域模型和纳沱线模型， 为第3 章的仿真分析奠定了基础。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 第3 章青藏铁路配电系统故障仿真 通过第2 章的分析与研究，本文已经建立了仿真的对象模型，本文将以正 常供电时，沱沱河配电所负荷模型为例，进行故障的仿真；以跨区供电时，纳 尺台配电所经五道梁配电所向沱沱河配电所供电模型为例，进行故障的仿真。 对于不同运行工况( 不同负载、不同功率因数、不同过渡电阻) 下的电流、 电压、阻抗角、线路阻抗等进行了故障仿真，目的是通过分析、比较仿真数据 得到配置保护有用的结论，其中电流单位为a ，电压单位为k v ，阻抗角的单位 为度，阻抗的单位为q ；a b 代表两相故障，a b g 代表两相接地故障，a b c 三 相故障。 3 1 线路正常供电时的故障仿真 以沱沱河配电所负荷区域模型为例，对于不同地点的不同故障进行了仿真。 3 1 1 短路电压和短路电流仿真 所示 本节中电压和电流测量值均在故障点处测得。 ( 1 ) 负荷满载、功率因数0 9 的情况下的仿真，仿真数据结果3 1 、3 2 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 表3 1 沱沱河配电所负荷区域满载且功率因数0 9 时的仿真结果 短路点 测量值 短路类型 位置 a ba b ga b c a b 线电压 0 1 10 1 1o 1 l a 相电流 5 4 05 4 06 2 0 江克栋 b 相电流 5 4 05 4 06 2 9 负序电流 3 1 23 1 4o a b 线电压0 1 6 o 1 60 1 6 日阿尺a 相电流8 2 08 2 0 9 5 0 曲b 相电流8 2 08 2 09 5 0 负序电流 4 7 04 7 0o 沱沱河 a b 线电压 3 4 83 4 83 4 7 左侧出 a 相电流 1 7 4 0 01 7 4 0 0 2 0 1 2 0 b 相电流 1 7 4 0 01 7 4 0 02 0 1 2 0 线端口 负序电流 1 0 0 6 01 0 0 6 0o 沱沱河 a b 线电压 3 4 83 4 83 4 9 右侧出 a 相电流 1 7 4 0 01 7 4 0 02 0 1 2 0 b 相电流 1 7 4 0 01 7 4 0 02 0 1 2 0 线端口 负序电流 1 0 0 6 01 0 0 6 0o a b 线电压 o 1 7o 1 70 1 7 a 相电流 8 5 08 5 09 8 0 通天河 b 相电流8 4 0 8 4 09 8 0 负序电流 4 9 04 9 00 a b 线电压 o 0 8o 0 8o 0 8 a 相电流 3 8 63 8 84 4 4 雁石坪 b 相电流3 8 3 3 8 14 4 4 负序电流 2 2 22 2 4o a b 线电压 0 0 50 0 5o 0 5 a 相电流2 5 9 2 6 22 9 9 布强格 b 相电流2 5 9 2 5 62 9 9 负序电流 1 5 01 5 1 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 表3 2 沱沱河配电所负荷区域满载且功率因数0 9 时的线电压仿真结果 短路点 测量值 短路类型 位置 a ba b - ga b c 江克栋测得电压 a b 线电压 o 1 1o 1 10 1 1 b c 线电压3 0 2 93 0 4 50 1 l c a 线电压3 0 3 93 0 5 50 1 1 江克栋 日阿尺曲测得电压 a b 线电压 1 1 9 41 1 9 41 1 9 4 b c 线电压 3 0 。8 13 0 9 2n 9 4 c a 线电压 3 1 0 23 1 1 11 1 9 4 日阿尺曲测得电压 a b 线电压 o ，1 60 1 6o 1 6 b c 线电压 3 0 2 63 0 3 6o 1 6 日阿尺c a 线电压3 0 4 13 0 5 10 1 6 曲沱沱河左侧保护测得电压 a b 线电压 3 3 5 63 3 5 63 3 5 6 b c 线电压 3 4 3 23 4 3 33 3 5 6 i c a 线电压 3 4 9 83 4 9 83 3 5 6 沱沱河左侧保护测得电压 a b 线电压 3 4 83 4 83 4 8 b c 线电压 2 8 5 82 8 5 93 4 8 c a 线电压 3 2 0 53 2 0 53 4 8 沱沱河 沱沱河右侧保护测得电压 a b 线电压3 4 8 3 4 83 4 8 b c 线电压 2 8 5 82 8 5 93 4 8 c a 线电压 3 2 。0 53 2 0 53 4 8 通天河沱沱河右侧保护测得电压 a b 线电压 3 3 5 13 3 5 13 3 5 l b c 线电压 3 4 3 03 4 3 13 3 5 l c a 线电压 3 4 9 73 4 9 83 3 5 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 l 页 通天河钡|得电压 a b 线电压 o 1 7o 1 7o 1 7 b c 线电压 3 0 2 73 0 3 7o 1 7 c a 线电压 3 0 4 23 0 5 20 1 7 通天河澳得电压 a b 线电压 1 9 1 41 9 1 41 9 1 4 b c 线电压 3 1 7 63 1 8 71 9 1 4 c a 线电压 3 1 8 73 1 9 51 9 1 4 雁石坪 雁石坪测得电压 a b 线电压 o 0 80 0 80 0 8 b c 线电压 3 0 3 23 0 5 30 0 8 c a 线电压 3 0 。3 83 0 6 00 0 8 雁石坪i 贝得电压 a b 线电压 1 1 4 41 1 4 41 1 4 4 b c 线电压 3 0 8 93 1 1 31 1 4 4 c a 线电压 3 0 8 73 1 0 71 1 4 4 布强格 布强格灏得电压 a b 线电压 o 0 50 0 50 0 5 b c 线电压3 0 3 1 3 0 6 4o 0 5 c a 线电压 3 0 3 53 0 6 80 0 5 ( 2 ) 负荷满载、功率因数0 9 、过渡电阻3 0 q 情况下的仿真，仿真结果如 表3 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 表3 3 沱沱河配电所负荷区域满载功率因数0 9 且过渡电阻3 0q 时仿真结果 短路点 测量值 短路类型 位置a ba b - ga b c a b 线电压1 9 7 11 9 7 l1 9 7 1 a 相电流3 2 83 3 23 7 8 江克栋 b 相电流3 2 73 2 33 7 8 负序电流 1 8