（电气工程专业论文）合宁客运专线全电缆电力供电系统设计与仿真.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s tr a c t a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h er a p i dr a i ln e t w o r ki nc h i n aa n dt h ef i r s t p a t c ho fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e s ，h e f e i - n a n j i n gl i n ei si m p o r t a n tf o rt h e d e v e l o p m e n to f ”p a n - y a n g t z er i v e rd e l t a ”r e g i o n i no r d e rt oi m p r o v e p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y , t h ee n t i r ec a b l ei s f i r s ti n t r o d u c e dt or e p l a c et h e t r a d i t i o n a lm e t h o d so fo v e r h c a dl i n e sa n dc a b l e s o v e r h e a dh y b r i dl i n e b e c a u s eo ft h el a c k o fr e l e v a n td e s i g ns p e c i f i c a t i o na n do p e r a t i o n a l e x p e r i e n c e ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h er a t i o n a l i t yo fd e s i g n i nt h ep a p e r , t h ed e t a i l e dd e s i g ni sc a r r i e do u tf i r s t l y t h ee x t e r n a l p o w e rs u p p l yi sc h o o s e na n dt h es y s t e mo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa le o b t a i n e d t h et e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n s o ft h em a i ne l e c t r i c a l e q u i p m e n t a n d t r a n s m i s s i o nl i n ea r e c a l c u l a t e d c o m p e n s a t i o n d e v i c e sa n dn e u t r a l g r o u n d i n gp r o g r a ma r eo p t i m a ld e s i g n e dt or e d u c e t h ec a p a c i t a n c ee f f e c t m a t l a b | s i m u l i n ki st h eu t i l i t ys o f t w a r ef o rm o d e l i n g ，s i m u l a t i o na n d a n a l y s i so ft h es y s t e m i nt h i sp a p e r , t h ed e s i g no fp o w e rs u p p l ys y s t e mo f h e f e i n a n ji n gp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e i sd i s c u s s e db a s e do ns o f t w a r e m o d e l i n g av a r i e t yo fw o r k i n gc o n d i t i o n sa r ea n a l y s e da n ds y s t e md e s i g n p a r a m e t e r sa l ea m e n d e df o rc o m p l e m e n t a r i t y f i n a l l y , t h ef i e l dt e s t so fp o w e rs u p p l ys y s t e ma l ec a r d e d t h ec r e d i b i l i t y o fs i m u l a t i o nr e s u l t sa n dr e a s o n a b l e n e s so ft h ed e s i g np r o g r a ma r ep r o v e d w h i c hi su s e df o rt h eg u i d a n c eo ft h es y s t e mo p e r a t i o na n dr o u t i n e m a i n t e n a n c e a l lw o r ki nt h i sp a p e rc a nb eu s e df o rt h eo p t i m a ld e s i g no fe n t i r ec a b l e p o w e rs u p p l ys y s t e mi nh i g h s p e e dr a i l w a y , a n dh a ss o m et h e o r e t i c a lv a l u e a n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：p o w e rs u p p l ys y s t e m ；e n t i r e c a b l el i n e ；p r o g r a md e s i g n ； s i m u l a t i o na n dc a l c u l a t i o n 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研 究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 针对合宁客运专线全电缆电力供电系统进行了详细设计，仿真了 多种工况，修正了系统设计参数，实现了方案的补充和完善，进行 了实地测试，验证了仿真结果的可信性和设计方案的合理性。 学位论文作者签名： 如p 工 日期：2 0 0 7 够 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位徵储虢红轴 醐：沙卜， 指导老师签名 口期：由7 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 合宁客运专线简介 合宁铁路是国家快速铁路网的重要组成部分，是沪汉蓉高速铁路( 上海一 南京一合肥一汉口一重庆一成都) ，亦称沪汉蓉快速客运通道的一部分，同时也 是宁西铁路( 南京一合肥一潢川一信阳一南阳一西安) 的一部分，是中国铁路 实施中长期铁路网规划以来，首批开工建设的客运专线之一。 合肥至南京段，包含合肥至南京区间工程、引入合肥枢纽工程和引入南京 枢纽工程。区间线路自淮南线三十埠车站引出，沿合宁高速公路，向东经安徽 省合肥市的肥东县、巢湖市居巢区、滁州市的全椒县至江苏省南京市浦口区， 于京沪线既有永宁镇站北端接入南京枢纽永宁技术作业站( 缓建调车场) ，跨越 安徽、江苏两省四市四区( 县) ，区间正线长度1 0 2 9 8 7 公里，合肥枢纽正线建筑 长度1 9 0 5 l 公里，南京枢纽正线建筑长度4 4 3 1 9 公里，于2 0 0 8 年4 月1 8 日全 线开通运营。根据测试，动车组列车最高时速达到2 8 2 公里，全线客车运行时 速2 0 0 公里。安徽省会城市合肥至上海只需3 个小时，合肥至南京不到1 小时。 合宁高速铁路的开通，为缩短安徽与长三角经济实力差距打下坚实基础。今后， 安徽合肥通往长三角地区的时间将大大缩短，合肥至上海特快列车全程4 小时 35 分，比原先快2 小时13 分，旅客出行将更加方便快捷。合宁铁路建成后， 与西安一合肥铁路、在建的合肥一武汉铁路和武汉一重庆一成都铁路、京沪铁 路相衔接，为我国中西部地区与东部沿海地区的铁路运输增加一条快速便捷通 道，这对于加速我国东西部人流、物流、信息流、资金流的流动，推动经济社 会又好又快发展具有重要意义。 1 2 合宁线电力供电系统 合宁客运专线电力供电系统首次采用全电缆方式，全线新建永宁3 5 l o k v 变电所、马厂l o k v 配电所及相应的两路电源线，新建二条l o k v 贯通线，其中 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 第一贯通线( 5 0 m m 2 ) 为单芯全电缆，从合肥客l o k v 配电所( 不含) 马厂l o k v 配电所永宁3 5 l o k v 变电所，第二贯通线( 7 0 m m 2 ) 为电缆架空混合贯通线， 从合肥东3 5 1 0 k v 变电所( 不含) 马厂l o k v 配电所永宁3 5 1 0 k v 变电所。 贯通线供电区段内车站有罗岗线路所、三十里铺、肥东、栏杆集、马厂、 全椒、永宁镇、永宁，新建车站为肥东、栏杆集、马厂、全椒、永宁；为保证 铁路沿线设备的用电，全线每隔0 5 至3 o k m 设置箱式变电站，每个变电站分 别从贯通线接引l o k v 电源，降压至o 4 k v 后向用电负荷供电。所有贯通线均 通过l o l o k v 的调压器馈出，在车站、线路所和信号中继站预留并联补偿电抗 器的安装位置。 1 3 问题的提出 由于电力电缆与架空线相比，其对地电容电流一般是架空线的几十倍，电 缆比例的提高，显著加大了电力供电系统对地电容电流与相间电容电流n 别。合 宁客运专线电力贯通线采用全电缆方式，对地电容电流可能大到致使单相接地 电弧不能自熄的程度，特别在系统带单相接地故障运行时，电弧反复重燃或稳定 燃烧，导致瞬间接地发展为永久接地，甚至扩大为相间短路接地，因此需要综合 考虑中性点接地方式。为补偿容性无功过大造成系统功率因数较低，在电缆贯 通线系统需要采用补偿措施，以保证功率因数在0 9 以上口1 。电力贯通线系统 包含了多种运行模式和故障模式，例如空载运行、负载运行、单相接地故障等， 通过分析系统电流、电压、功率因数等参数，可以判定系统运行的稳定性，提 高设计的可靠性和合理性h 1 。 1 4 本论文的主要工作 为实现合宁客运专线电力供电系统优化设计，保证系统运行的经济性和可 靠性，本文主要在以下几个方面开展了研究： ( 1 ) 完成了合宁铁路电力供电系统设计方案，包括外部供电电源选取和系统运行 参数的统计、变电所一次和二次设备以及电力线路的参数计算与综合选型、补 偿装置和接地方式的选取等，为进一步仿真计算奠定了基础。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 ( 2 ) 仿真计算了电力贯通线系统空载运行时不带补偿电抗器和带补偿电抗器时 各供电区段的主要电气参数，实现对系统空载运行状态的评估。 ( 3 ) 仿真计算了电力贯通线系统带负荷运行时不带并联电容器和同时投入补偿 电容器与电抗器时各供电区段的主要电气参数，实现对系统带负荷运行状态的 评估。 ( 4 ) 仿真分析了系统空载运行和带负载运行时单相接地故障，得到了系统短路 故障时主要电气量参数，为继电保护装置的配置和整定提供了依据。 ( 5 ) 对合宁铁路电力供电系统进行现场测试，通过对实测数据的分析验证了仿真 结果的可信性和设计方案的合理性，指导了系统良好运行与日常维护。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章合宁客运专线电力供电系统综合设计 2 1 铁路电力供电系统概述 根据铁路电力设计规范t b l 0 0 8 9 9 的规定，向铁路沿线自动闭塞装置 供电的l o k v 变电所馈出线，一般为4 0 , - 一6 0 k m ，每l o k m 分为一个供电区段。为 了保证给自动闭塞设备等一级负荷安全可靠地供电，铁路电力供电系统多采用 双回路供电方案，专设了铁路自动闭塞输电线路和电力贯通输电线路瞄1 。每个 区间的供电方式如图2 1 所示。 圃圈 _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ 。j 。一 l 一 1 ￥s ；舄，油 卫l 1 寸、7 d l 2d l 3 ! d l 4d l s x ：d l 6d l 甙7 ， d l 8 贯通线1 贯通线 贯通线 t 1 牵t 3 审t 5 审t 啼 囱囱囱囱 孥皆中皆 自闭线 自闭线 自闭线 图2 1 贯通自闭线供电方式 电力贯通线路除了为电气设备供电外，还肩负着铁路沿线各站、各厂段的 工作、生活用电的供电任务；自动闭塞线路是自动闭塞信号设备、驼峰道岔自 动集中设备等铁路一级负荷的专用供电线路。自闭线和贯通线一般均出线于自 动闭塞配电所内的贯通母线，沿铁路布设，二者互为备用，为每台控制箱( 电气 设备) 供电。铁路贯通自闭线既具备电力系统供电的特点，又有其自身的特殊 性，主要表现在以下几个方面卅： ( 1 ) 供电距离长 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 按规定，供电区间长度一般为4 0 ，一- - 6 0 k m ，但由于地形条件的限制，供电跨 度常常超过6 0 k m ，达到8 0 甚至l o o k m ，而且地形复杂，气候多变，再加上人为 破坏的因素，事故时常发生。 ( 2 ) 负荷点多，负荷小 供电负荷沿铁路分布，主要用电对象是铁路沿线信号灯等电气设备，以及 沿线各厂段的工作、生活用电，负荷小，但接入点很多。 ( 3 ) 供电可靠性要求极高 贯通自闭线在每个供电区间的每个供电环节都采用双电源供电方式，一侧 失压后，另一侧自动投切，两者互为备用。 ( 4 ) 供电线路呈线状，无分支 普通的供电网络呈多出线多分支的网状结构，而贯通自闭线呈线状，无分 支，接线相对简单。 2 2 合宁线电力供电系统供电原则旧1 们 ( 1 ) 全线新建2 路l o k v 电力贯通线路，其中第1 贯通线( 5 0 m m 2 ) 采用单芯全电 缆，从高里3 5 l o k v 变配电所接入既有合肥客站l o k v 配电所。第2 贯通线采用 三芯电缆( 7 0 m m 2 ) 和架空混合方案，从高里3 5 l o k v 变配电所接入既有合肥东 3 5 1 0 k v 变电所。 ( 2 ) 新建马厂l o k v 配电所及两路l o k v 电源线，新建高里3 5 1 0 k v 变电所和两路 3 5 k v 电源线。 ( 3 ) 区间信号中继站、无线通信基站和光纤直放站：通信、信号的重要电源引自 第1 电力贯通线：通信、信号的备用电源引自第2 电力贯通线。有新建双贯通 线的区间从新建贯通线接引，南京枢纽内无新建贯通线的区间从既有京沪贯通 线电源上接引。 ( 4 ) 电力牵引远动开关：由电力贯通线提供1 路可靠电源。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 ( 5 ) 牵引变电所、分区所电源主用自供，备用电源从第2 电力贯通线接取。 ( 6 ) 马厂l o k v 配电所、高里3 5 1 0 k v 变电所、贯通线分断装置、站房l o o 4 k v 变电所、信号、通信双电源监控装置等被控端纳入电力s c a d a 远动系统。 ( 7 ) 枢纽内既有车站维持既有供电模式不变，利用既有供电设施，改造部分的供 电标准不低于原既有的供电标准。 2 3 变、配电所1 1 1 2 3 ( 1 ) 马厂l o k v 配电所 由地方马厂、广坪3 5 k v 变电站分别引l 回l o k v 专线，本所规模为2 进6 出，采用单母线分段同时运行的方式。为了补偿全电缆线路电容电流，保证供 电可靠性，本站贯通母线段采用谐振接地系统，设置接地变压器和消弧线圈。 为了防止过补偿，全并联母线段设置可调电抗器。所外设置固定电抗器补偿贯 通线电容电流。设置户外负荷箱取代隔离开关杆。 ( 2 ) 高里3 5 l o k v 变配电所 高里3 5 1 0 k v 变配电所一回3 5 k v 电源线路由地方3 5 k v 永宁变电站的预留间 隔接出；另一回3 5 k v 电源线路“t 接在地方3 5 k v 线上。3 5 k v 侧主接线采用 内桥接线形式，l o k v 侧主母线采用单母线分段同时运行的方式。本站贯通母线 段采用谐振接地系统，设置接地变压器和消弧线圈。为了防止过补偿，全电缆 母线设置可调电抗器。所外设置固定电抗器补偿贯通线电容电流。设置户外负 荷箱取代隔离开关杆。 ( 3 ) 肥东、栏杆集、全椒站房，永宁雨水抽升站及栏杆集、全椒、永宁综合工区 设置室内变电所，其余在室外设置箱式变电站。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 - 2 室外箱式变电站 ( 4 ) 设备选型“” 一次设备：3 5 k v 、1 0 k v 高压开关柜选用气体绝缘全封闭开关柜，柜内充填 六氟化硫气体。35 l0kv 变压器选用s 节能型，调压器选用环氧浇注 干式节能型；1o kv 变电所高压柜采用气体绝缘环网柜。1 0 0 4 k v 电力变压 器附属在综合房屋内时采用scr 型环氧浇注干式变压器，其余采用si1 型。 变压器主要参数见表3 - 1 。低压配电柜选用模数化固定抽出式配电柜。箱式变 电站在满足易于维修的前提下选用紧凑型。可调电抗器采用油浸式，接地变和 消弧线圈采用干式一体化成套设备。固定电抗器采用干式装于箱内。 二次设备：二次设备选用综合自动化装置。操作电源采用直流铅酸免维护 蓄电池。电度表集中组屏，保护模块就地装设于高压柜内。 f i 叼i 巴一 口 图2 - 3 配电变压器示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 表2 - 1 各种变压器技术参数 3 5 k v 油浸式电力变压器参数 变压器容量( k v a ) s 9 2 5 0 0 3 5 阻抗电压( ) 6 5 空载电流( ) 1 1 空载损耗( k w ) 3 1 短路损耗( 7 5 ) k w 2 1 5 负载同时系数 0 9 功率与冈数通过补偿达到0 9 分接范围：3 5 0 0 0 2 2 5 1 0 5 0 0 v 技术性能指标允许偏差范围按g b l 0 9 4 1 1 9 9 6 国家标准执行 变压器容量( k v a ) s ii - m 3 1 5 1 0 s 1 1 一m 一2 0 0 1 0 s 1l m 1 0 0 1 0s 11 - m - 4 0 0 l o 阻抗电压( ) 4444 空载电流( ) 1 11 31 61 o 空载损耗( k w ) 0 6 7o 4 8o 2 9o 8 短路损耗( 7 5 ) k w 3 6 52 6j 54 3 负载需要系数 0 6 5o 6 50 6 50 6 5 功率与冈数c o s o = o 8c o s = 0 8c o s 中= 0 8c o s 中= 0 8 i o k v 三相油浸式配电变压器参数 变压器容量( k v a )s 11 一m 一6 3 1 0s 1i - m - 5 0 1 0s 11 - 3 0 1 0s 11 - 2 0 1 0 阻抗电压( ) 4444 空载电流( ) 1 9 2 o2 12 2 空载损耗( k w ) 0 20 1 70 1 30 1 0 5 短路损耗( 7 5 ) k w 1 0 40 8 70 60 5 3 负载需要系数0 50 50 5o 3 5 功率与冈数c o s ：0 8c o s 西= 0 8c o s = 0 8 c o s 中= 0 8 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 分接范围：1 0 0 0 0 4 - 5 4 0 0 v 技术性能指标允许偏差范围按g b l 0 9 4 1 1 9 9 6 国家标准执行。 1 0 k v 单相油浸式配电变压器参数 变压器容量( k v a ) d 11 - 1 0 l od l1 - 5 1 0d 1 1 - 1 2 1 0 阻抗电压( ) 3 53 53 5 空载电流( ) 3 54 06 0 空载损耗( k w ) 0 0 7 50 0 5 50 0 2 5 短路损耗( 7 5 。c ) k w 0 2 70 1 50 0 5 负载需要系数 0 3 50 3 5o 3 5 功率与冈数c o s - - 0 8c o s = 0 8c o s - - 0 8 分接范围：1 0 0 0 0 2 3 0 v 技术性能指标允许偏差范围按g b l 0 9 4 1 1 9 9 6 国家标准执行。 有载调压器干式变压器参数 变压器容量( k v a ) 3 1 54 0 05 0 0 阻抗电压( ) 444 空载电流( ) 1 41 41 4 空载损耗( k w ) 1 0 41 1 61 3 8 短路损耗( 1 2 0 )4 8 2 5 4 67 0 7 负载同时系数 0 90 90 9 功率与冈数通过计算通过计算通过计算 分接范罔：1 0 0 0 0 4 - 4 x 2 5 1 0 0 0 0 v 干式配电变压器参数 变压器容量( k v a ) s c l 0 - 3s c l 0 - 2 0 0s c l 0 1 0s c l o 一8 0s c l 0 6 3s c l 0 - 5 0 1 5 1 01 0 0 1 0 1 0 l o 1 0 阻抗电压( ) 44 4444 空载电流( ) 1 41 61 6222 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 空载损耗( k w ) o 8 80 5 70 40 3 7 0 3 l0 2 7 短路损耗( 1 2 0 ) 3 22 4 61 4 61 2 8 1 0 90 9 3 负载需要系数 o 6 50 6 5o 6 5 0 6 50 50 5 功率与因数 c o s c o s c o s c o s c o s c o s 中 = 0 8= o 8= 0 8= o 8 = 0 8= 0 8 分接范围：1 0 0 0 0 5 4 0 0 v 2 4 外部电源及系统参数 合宁铁路的南京枢纽、合肥枢纽、三十里铺至全椒段地方电源状况良好， 沿线分布有l l o v 、3 5 k v 变电所，沿线车站比较容易从附近电网接取较为可靠的 供电电源。对马厂和永宁变( 配) 电所外部电源的系统参数进行了统计，如表 3 1 和3 2 所示。 表2 - 2 合宁铁路马厂3 5 l o k v 变( 配) 电所整定计算资料收集表 序号分类方式及内容数值单位 1最大运行方式2 4 8 7 8m v a 地方马厂3 5 l o k v 变电站电源母 线的系统阻抗 2 最小运行方式 4 0 8 9 9m v a 3最大运行方式2 0 9 7 4m v a 地方广平3 5 l o k v 变电站电源母 线的系统阻抗 4最小运行方式3 6 4 4 3m v a 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 表2 - 3 合宁铁路永宁3 5 1 0 k v 变( 配) 电所整定计算资料收集表 序号 分类方式及内容数值备注 1 最大运行方式 0 6 0 8 8 地方取电永宁变电站电源母线 基准为 的系统阻抗标幺值 2 最小运行方式1 2 5 6 6 1 0 0 m v a ，均为 3 最大运行方式 0 5 5 8 9 3 5 k v 侧 地方取电瓦殿变电站电源母线 的系统阻抗标幺值 数据 4 最小运行方式 0 6 2 7 0 2 5 电力线路 ( 1 ) 电源线路 永宁3 5 1 0 k v 变电所3 5 k v 电源线路的导线截面采用l g j 1 2 0 ，电缆线路采 用y j v 2 2 3 5 k v , 3x1 2 0 m m 2 型。马厂1 0 k v 配电所电源线截面采用l g j - 15 0 ：电缆线 路采用y j v z 2 - 1 0 k v ，3 1 5 0 m m 2 型。三十里铺、肥东、栏杆集站就近接引地方1 0 k v 电源的导线截面采用l g j 一3 5 ，电缆线路采用y j v ：- 1 0 k v ，3 3 5 m m 2 型；全椒站接 引地方南屏3 5 1 0 k v 变电站专盘专线1 0 k v 电源，导线截面采用l g j - 1 5 0 ，电缆 线路采用y j v 2 ：- 1 0 k v ，3x5 0 m m 2 型。 ( 2 ) 1 0 k v 电力贯通线路 全线新建2 路1 0 k v 电力贯通线路，其中第1 电力贯通线采用交联聚乙烯、 非磁性材料铠装铜芯电力电缆( 单芯) ，第2 电力贯通线采用交联聚乙烯绝缘铜 芯电力电缆( 三芯) 或钢芯铝绞线。第l 电力贯通线截面为5 0 m m 2 ，第2 电力贯通 线截面为70 m m 2 。 ( 3 ) 站内高、低压电力线路 站内高、低压电力线路采用电缆线路；高压电力线路径选择尽量避开各类 建( 构) 筑物，减少交叉跨越次数，地形起伏较小，距离短及便于运营管理维修 等。高压电缆线路采用y j v z 2 - 1 0 k v ，3 x 5 0 m m 2 型铜芯电力电缆。低压电力电缆 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 线路采用铜芯。各型号电缆主要技术参数如下表所示： 表2 4 电缆参数 电缆规格y 2 2 8 7 1 0 k v ：3y 2 2 8 7 1 0 k v 二3y 2 2 8 7 10 k v - 3y 2 2 2 6 3 5 k v - 3y 2 2 8 7 1 0 k v 3 ( m m 2 )3 5x5 0 x7 0 1 2 01 5 0 导体半径 6 8 士0 2 8 0 4 - 0 29 8 士0 2l2 8 士o 2 1 4 4 + 0 2 ( i r u n ) 金属防护层 4 8 05 0 85 4 78 8 56 4 8 半径( m m ) 单芯三芯 电缆外径 5 3 25 6 06 0 39 6 87 1 2 ( m i l l ) 敷设方式直埋直埋直埋直埋直埋 电缆长度 5 0 0 0 m2 1 0 0 0 m1 0 1 0 0 0 m8 0 0 0 m 5 4 0 0 m ( 总交货) 直流电阻 0 5 2 40 3 8 70 2 6 80 1 5 30 1 2 4 ( o k m ) 电感 0 3 8 6 20 3 6 5 50 3 4 4 50 4 0 1 90 3 0 7 1 ( m h k m ) 对地电容 o 1 7 2 50 1 9 1 70 2 1 6 70 1 4 6 00 2 8 3 4 ( r t f k m ) 2 6 长大电缆线路补偿方案n 5 1 8 1 为了保证贯通线空载、负载时的安全运行，减少长空线路电容效应的影 响，贯通线采用首端电抗补偿方案。即贯通线空载时，先行投入约4 0 k i n 贯通 线，再投首端电抗器，然后投入剩余贯通线，能使空载贯通线正常送电。贯通 线正常运行时，可切除首端电抗器。通过贯通线的负载，抑制长电缆电容电流 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 引起的贯通线末端电压升高。 贯通线相间短路故障时，变配电所内贯通线断路器故障跳闸；贯通线在失 电状态下，通过电力远动系统，一次切除贯通线故障区段线路；通过远动，使 贯通线两端配电所再向贯通线供电睁1 1 1 。由于贯通线在负载状态下，上述过程的 完成不需另行投切电抗器( 或先行切除贯通线负荷，再合空载线路，当空载线 路超过4 0 k m 时，合首端电抗器，再和4 0 k m 以后线路，待贯通线电压稳定后， 再投入负载) 。 具体电抗器设置如下： 黄庵至高里第1 贯通线( 全电缆) 电抗补偿容量首端2 0 0 k v a r ( 黄庵配电所) ， 末端2 0 0 k v a r ( 高里变配电所) ； 黄庵至高里第2 贯通线( 混合线路) 电抗补偿容量首端1 5 0 k v a r ( 黄庵配电 所) ，末端1 5 0 k v a r ( 高里变配电所) ： 黄庵至合肥客第1 贯通线( 全电缆) 电抗补偿容量首端2 0 0 k v a r ( 黄庵配电 所) ，末端2 0 0 k v a r ( 合肥配电所) ； 黄庵至合肥东第2 贯通线( 混合线路) 电抗补偿容量首端1 5 0 k v a r ( 黄庵配 电所) ，末端1 5 0 k v a r ( 合肥东变配电所) ；为了减少合肥东3 5 l o k v 变配电所 的改造工作，可将原计划在该所安装的电抗器，移至罗岗线路所( 距合肥东变 配电所约3 5 k m ) 安装，”t ”于第1 贯通线。同时考虑到合肥东所作为主供所 向黄庵方向2 贯供电的情况，罗岗线路所处的电抗器引出中性点，中性点接地 开关纳入运动( 当合肥东所作为主供所时接地开关合) 。并在三十里铺1 基站、 肥东车站、肥东4 基站处分别设置了7 6 k v a r 的固定电抗器，固定电抗器采用星 型接线方式，中性点直接接地。上述3 处，固定电抗器仅在合肥东所作为主供 所向黄庵方向2 贯供电时投入，很好的解决了既有所与新建所接地系统不一样 时所产生的影响。 2 - 7 系统中性点接地方式 针对本线全电缆贯通线电容电流大的特点，在新建的黄庵l o k v 配电所、 高里3 5 l o k v 变配电所的贯通母线采用谐振接地系统，设置接地变压器和消弧 线圈，提高供电可靠性9 j 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 谐振接地系统采用智能型自动跟踪补偿消弧成套装置。该装置包含中性点 设备的一次、二次部分。单相接地选线通过r s 2 3 2 或r s 4 8 5 通讯接1 2 1 发出预告 报警信号。 2 8 贯通调压器的容量 贯通调压器的接线组别：d y n 在贯通调压器负荷率为6 5 ，1 0 0 4 k v 负载的功率因素为0 8 5 时，前后端 电抗器不投入，此时，在调压器出口端，无功倒送的容量为： 马厂配电所，马厂至合肥一贯：有功功率2 3 8 2 k w ，无功功率( 容性) 2 5 5 8 k v a r ： 马厂至合肥东二贯：有功功率3 7 5 7 k w ，无功功率( 感性) 3 1 3 4 k v a r ； 马厂至永宁一贯：有功功率3 6 3 8 k w ，无功功率( 容性) 2 5 7 4 k v a r ； 马厂至永宁二贯：有功功率4 0 2 3 k w ，无功功率( 容性) 1 6 4 4 k v a r ； 马厂配电所一贯的调压器容量：计算容量：7 9 1 0 6 k v a ，选1 0 0 0 k v a 的调 压器。 马厂配电所二贯的调压器容量：7 8 9 3 k v a ，选l 0 0 0 k v a 的调压器。 永宁变配电所一贯的调压器容量：计算容量：4 4 5 7 k v a ，选6 3 0 k v a 的调 压器。永宁变配电所一贯的调压器容量：计算容量：4 3 4 6 k v a ，选6 3 0 k v a 的 调压器。 2 9 功率因数补偿措施 正常运行时，贯通线的电抗器均未投入，将导致变配电所向供电系统倒送 无功，功率因数为负值，不满足功率因素需在0 9 l 的要求乜2 吨4 | 。 为了补偿容性无功，拟在电源进线的母线段上设置可调电抗器，取代原初 步设计时安装的电容补偿柜。可调电抗器采用三角形接线方式。 马厂配电所，一贯所在的电源进线母线段：计算的容性无功功率5 1 3 2 k v a r ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 安装o - 5 0 0 k v a r 分档投切可调电抗器。 马厂配电所，二贯所在的电源进线母线段：计算的容性无功功率1 3 3 k v a r ， 安装o 15 0 k v a r 分档投切可调电抗器。 永宁变配电所：一贯所在的电源进线母线段：计算的容性无功功率 2 5 7 4 k v a r ，安装o - 2 5 0 k v a r 分档投切可调电抗器。 二贯所在的电源进线母线段：计算的容性无功功率1 6 4 4 k v a r ，安装 0 15 0 k v a r 分档投切可调电抗器。 2 1o 小结 针对合宁客运专线的运行要求，结合铁路电力设计规范( t b l 0 0 0 8 2 0 0 6 ) 和铁路技术管理规程的相关标准文件，对电力供电系统的外部电源进行了 选取，设计了变电所进线方案，对贯通线电缆和主要电气设备进行了选型。根 据贯通线全电缆供电的技术特点，确定了补偿装置容量和安装位置，选择了中 性点接消弧线圈接地的运行方式。上述电力供电系统方案作为初步设计是下一 步仿真建模的基础，通过进一步的仿真计算可以证明其可行性，为工程应用提 供依据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 第3 章合宁客运专线电力供电系统仿真计算 3 1 仿真计算软件简介 m a t l a b 为( m a t r i x l a b o r a t o r y ) 的缩写，其本意为矩阵实验室。m a t l a b 最早用于进行线性代数的辅助教学，它是以复数矩阵为基本单元的一种程序语 言，提供各种繁杂的线性代数的运算功能，并具有较方便和完善的绘图功能， 故受到使用者的青睐。它具有很友好的图形界面，且使用者可根据自己的需求 方便地编写出自己所希望的图形界面；它具有若干功能强大的应用工具箱，如信 号处理、通信、小波变换、统计、系统仿真、插值、符号运算、系统识别、系 统优化、神经网络、数据库地图、偏微分方程、系统控制、模糊逻辑等乜0 2 1 | 。 s i m u l i n k 是m a t l a b 中一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件 包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样 频率的系统。在s i m u l i n k 环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出 系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口， 采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包微 分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。其中每个子模 型库中包含有相应的功能模块，用户也可以定制和创建用户自己的模块。 m a t l a b 电力系统工具箱是一个基于图形编程的电力系统仿真工具箱。主要 是由加拿大的h y d r o q u e b e c 和i n t e r n a t i o n a l 公司共同开发的，其功能非常强大， 可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了 一种类似电路建模的方式进行模型绘制，使用者不需要自己编程而只需将仿真 的电力系统图搭建在工作窗口中，m a t l a b 自动将其变化成状态方程描述的系统 形式便可以在s i m u l i n k 下进行仿真研究了。 电力系统工具箱包含的模块有：e l e c t r i c a l s o u r c e s ( 电源库) ，e l e m e n t s ( 元件 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 库) ，p o w e re l e c t r o n i c s ( 电力电子元件库) 、m a c h i n e s ( 电机库) ，c o n n e c t o r s ( 连接器 库) 、m e a s u r e m e n t s 测量仪器库) 、e x t r al i b r a r y ( 附加元件库) ，d e m o s ( 例库) 、 p o w e r g u i ( 1 蛩形用户界面) ，它是一个电力系统分析模块。如图3 1 为变压器的一 个模块，图3 2 为r l c 的一个模块。 为了研究电力系统的特性，搭建的系统应最大限度的再现实际中的电力系 统。利用模块库中封装好的模块搭建系统，对各环节元件作了一定的理想化， 对各元件的参数也作了一定的取舍与简化，所以若要对有特殊要求的系统进行 仿真，仍需建立数学模型编写m 文件，从底层作起。但随着模块库的不断更新 与完善，利用已有模块搭建的系统基本能模拟实际电力系统的特性，成为对电 力系统进行分析、设计、仿真的一个有力工具。 s er i e sr l cbr a nc l i 图3 1 三绕组变压器模型图3 2r l c 电路模型 3 2 空载运行仿真计算 仿真计算时主要考虑的是最严重的情况，即系统最小运行方式，在马厂 l o k v 变( 配) 电所有两路电源：地方马厂3 5 l o k v 变电站，地方广平3 5 l o k v 变电站，两路电源的系统阻抗接近，计算时主要采用地方广平3 5 l o k v 变电站 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 最小运行方式进行计算。 永宁3 5 1 0 k v 变( 配) 电所有两路电源：地方永宁变电站，地方瓦殿变电 站，计算时主要采用地方永宁变电站最小运行方式进行计算。 3 2 1 马厂到永宁空载运行仿真计算 3 2 1 1 不带电抗器仿真计算过程 仿真条件： o s 开始仿真； o 0 6 s 合“d k l1 4 1 + 5 4 0 ”至“d k l1 6 4 + 2 1 0 间线路； 0 1 6 s 合“d k l1 6 4 + 2 1 0 ”至“s g d k 9 9 9 + 8 7 7 间线路； 0 2 6 s 合“s g d k 9 9 9 + 8 7 7 ”至“k 9 9 6 + 2 0 0 ”间线路。 表3 1 不带电抗器时地方马厂变电站供电马厂至永宁一贯 位置相电压电流有功无功 ( k v ) ( a )( k w )( k v a r ) 地方马厂3 5 k v 2 0 5 68 6 6 44 3 8 95 3 2 6 侧 地方马厂1 0 k v6 0 1 83 0 63 6 6 7- 5 5 1 3 侧 s g d k 9 9 9 + 8 7 76 2 6 9 8 7 9 30 7 9 91 6 5 4 2 3 2 6 k m 4 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 图3 - 3 当马厂变电站供电马厂至永宁一贯时，马厂l o k v 侧电压波形 图3 4 当马厂变电站供电马厂至永宁一贯时，马厂l o k v 侧电压有效值 5 0 0 5 0 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 睁一醚蜊趟 - j _ - 图3 - 5 当马厂变电站供电马厂至永宁一贯时，马厂l o k v 侧电流波形 表3 - 2 不带电抗器时地方广平变电站供电马厂至永宁二贯 位置相电压l ( v电流a有功k w无功k v a r 地方广平3 5 k v 侧 2 0 7 47 8 7 51 2 1 55 4 4 3 2 1 2 47 9 9 2 2 0 6 3 7 8 0 4 地方广平1 0 k v 侧 7 0 3 8 2 8 1 8 1 8 8 36 3 9 8 6 8 5 72 7 9 4 5 9 9 42 7 5 3 s g d k 9 9 9 + 8 7 7 6 4 3 7 1 0 6 0 6 6 6 1 9 9 6 2 3 2 6 k m 6 4 4 8 1 0 5 1 6 4 3 11 0 1 6 一贯的充电功率在5 0 0 5 3 0 k v a r 之间，二贯的充电功率在5 0 0 - - 一5 3 0 k v a r 之间。空载时一贯补偿并联电抗器4 0 0 k v a r ，首末端各2 0 0 k v a r ；二贯补偿3 0 0 k v a r 并联电抗器，首末端各15 0 k v a r ；首端电抗器在线路长度超过4 0 k m 时投入，末 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 端电抗器随最后线路投入。实际仿真时，由于地方马厂3 5 1 0 k v 变电站，地方 广平3 5 1 0 k v 变电站的系统阻抗较大，二贯单独运行时末端电压仍然较高，在 二贯首端另增加2 0 0 k v a r 电抗器。 3 2 1 2 带电抗器仿真计算过程 仿真条件： 马厂设置电抗器，一贯容量为2 0 0 k ，二贯容量为2 0 0 k v a r + 1 5 0 k v a r 。 0 s 开始仿真， 0 0 6 s 合“d k l l 4 1 + 5 4 0 ”至“d k l l 6 4 + 2 1 0 ”间线路 0 1 2 s 合二贯首端2 0 0 k v a r 电抗器 0 1 6 s 合“d k l l 6 4 + 2 1 0 至“s g d k 9 9 9 + 8 7 7 ”间线路， 0 2 1 s 合