拉林电气化铁路投运后西藏电网系统稳定性分析

2018-11-13措姆张俊杰罗来龙赵宏程冯煜尧

电力与能源 2018年5期

措姆，张俊杰，罗来龙，赵宏程，冯楠，郭强，冯煜尧

(1.国网西藏电力有限公司电力科学研究院，拉萨 850000；2.华东电力试验研究院有限公司，上海 200437)

西藏拉林电气化铁路(以下简称拉林铁路)是国家重点工程之一，是西藏自治区第一条电气化铁路，位于西藏自治区东南部，线路从在建拉萨至日喀则铁路协荣站引出至林芝，正线建筑长度400.67 km，运营长度431.675 km。拉林铁路全线新建拉萨南、协荣、扎囊、泽当、拜珍、加查、朗县、下觉、康莎、米林、林芝共11座牵引变电所。

电气化铁路投运对电力系统稳定性的影响，已有一些该方面的研究。文献[1-4]都以电气化铁路牵引负荷特性入手，从谐波、负序电流、功率因素、电压波动，牵引负荷的移动冲击特性，电力系统的短路容量等方面研究和阐述了电气化铁路的投运对电力系统的影响。

本文从电力系统稳定性方面入手，分析了在西藏电网枯季大及枯季小的运行方式下，拉林铁路投运后的西藏电网的潮流、稳定性、短路容量特性，经过分析得出结论拉林铁路投运后西藏电网的系统稳定性和短路容量均能满足要求，为拉林电气化铁路的投运奠定了基础。

1 电力系统稳定性计算条件

1.1 计算水平年及方式

西藏电网计算负荷水平考虑拉林铁路投产后的2020年，其中2020年枯季大方式，负荷1 850 MW；2020年枯季小方式，负荷1 160 MW。

1.2 故障设置

(1)三相永久短路故障：220 kV线路0 s发生三相永久性短路故障，0.12 s两侧开关动作切除故障线路；500 kV线路0 s发生三相永久性短路故障，0.09近侧开关动作，0.1 s远侧开关动作切除故障线路

(2)三相永久短路跳双回故障：220 kV线路0 s发生三相永久性短路故障，0.12 s同杆并架双回线路的两侧开关同时跳开，切除两回线路；500 kV线路0 s发生三相永久性短路故障，0.09 s跳开故障线路近侧开关，0.1 s跳开故障线路远侧开关及同杆并架线路的两侧开关，切除两回线路。

1.3 稳定判据

依据文献[5]和文献[6]的研究，判断扰动后系统是否能够维持稳定运行，需要考察系统受扰后的动态行为是否满足暂态稳定性、电压稳定性和频率稳定性的相应要求。

(1)暂态稳定性要求为：电力系统受到大扰动后，各同步电机能够保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式。

(2)电压稳定性要求及其实用判据：电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃；实用判据为：母线电压下降，平均值持续低于限定值，通常取枢纽母线电压低于0.75(标么值)的时间超过1 s为电压失稳判据。

(3)频率稳定性要求为：电力系统发生有功功率扰动后，系统频率能够保持或恢复到允许的范围内，不发生频率崩溃。

2 潮流分析

拉林铁路运行后，11个牵引站所供最大负荷预计将超过200 MW，对电网潮流的分配及无功电压的合理运行将带来考验，本节将从2020年枯季大、小方式入手，对拉林铁路牵引站接入系统后的潮流开展分析研究。

2.1 2020年枯季大方式

西藏电网负荷1 850 MW，柴拉直流正送440 MW，西藏电网通过川藏交流断面受电404 MW，电网潮流整体呈现由东向西流向。在在拉林铁路投运后，电网潮流分布较为合理，各站电压均在合理的范围内。

通过西藏电网各元件正常方式及N-1静态分析情况，在2020年枯季大方式下220 kV及以上元件未出现过载现象。

2.2 2020年枯季小方式

西藏电网负荷1 160 MW，柴拉直流正送300 MW，西藏电网通过川藏交流断面受电113 MW，电网潮流整体呈现由东向西流向。拉林铁路投运后，电网潮流分布较为合理，各站电压均在合理范围内。

通过西藏电网各元件正常方式及N-1静态分析情况，在2020年枯季小方式下220 kV及以上元件未出现过载现象。

3 稳定分析

根据牵引站供电方案，拉林铁路配套牵引站工程均采用双回线路接入系统，本节将考虑牵引站并网线路三相短路N-1、三相短路N-2及牵引站近区电网发生N-1故障后系统的稳定情况。

3.1 2020年枯季大方式

3.1.1牵引站并网线路N-1、N-2故障、近区电网N-1故障分析

根据稳定分析结果，2020年枯季大方式下，各牵引站(拉萨南、协荣、扎囊、泽当、拜珍、加查、朗县、下觉、康莎、米林、林芝)并网线路发生三相短路N-1、三相短路N-2故障，系统均能保持稳定运行，拉萨南牵—柳梧N-2故障如图1所示。

根据稳定分析结果，各牵引站近区电网500 kV及220 kV线路发生N-1故障，系统均能够保持稳定运行，林芝—朗县N-1故障后母线电压波形和发电机功角波形如图2所示。

图1 拉萨南牵—柳梧N-2故障母线电压波形图、发电机功角波形图

图2 林芝/MV朗县N-1故障母线电压波形图、发电机功角波形图

图3 柴拉直流双极闭锁后母线电压波形图、发电机功角波形图

3.1.2柴拉直流闭锁故障分析

根据稳定分析结果，2020年枯季大方式下，柴拉直流发生单、双极闭锁故障，系统均能保持稳定运行。

柴拉直流双极闭锁后曲线如图3所示。

3.2 2020年枯季小方式

3.2.1牵引站并网线路N-1、N-2故障及近区电网N-1故障分析

根据稳定分析结果，2020年枯季小方式下，各牵引站(拉萨南、协荣、扎囊、泽当、拜珍、加查、朗县、下觉、康莎、米林、林芝)并网线路发生三相短路N-1、三相短路N-2故障，系统均能保持稳定运行,如图4所示。

各牵引站近区电网500 kV及220 kV线路发生N-1故障，系统均能保持稳定运行，如图5所示。

图4 拉萨南牵—柳梧N-2故障母线电压波形图、发电机功角波形图

3.2.2柴拉直流闭锁故障分析

根据稳定分析结果，2020年枯季小方式下，柴拉直流发生单、双极闭锁故障，系统均能保持稳定运行，如图6所示。

4 短路容量分析

为保证电铁供电系统的电压质量，电力系统应有较大的短路容量，短路容量越大，系统受冲击的压降越小，电铁运行越稳定。表1及表2分别为各牵引站高压侧在2020年枯季大及枯季小方式下的短路容量及短路电流水平，均远小于开关遮断容量。在两种方式下，拉萨南牵引站均为最大，分别达到4 460 MVA、3 971 MVA，最小的下觉牵引站分别为617 MVA、611 MVA。经计算短路容量较主变容量倍数，两种方式下最大均为拜珍牵引站，分别达到251、231，最小为下觉牵引站，分别为27.44、27.16。