ATP和PSCAD在線路過電壓仿真計算中的應用

1、ATPATP和和PSCADPSCAD在線路過電壓在線路過電壓仿真計算中的應用仿真計算中的應用2015年年12月月電力系統中的各種絕緣在運行中除了受長期電力系統中的各種絕緣在運行中除了受長期工作電壓的作用外，還會受到各種比工作電壓高工作電壓的作用外，還會受到各種比工作電壓高得多的過電壓的作用。得多的過電壓的作用。所謂過電壓就是指電系統中出現的對絕緣有所謂過電壓就是指電系統中出現的對絕緣有危險的電壓升高和電位升高。通常過電壓可以作危險的電壓升高和電位升高。通常過電壓可以作如下分類：如下分類：一、電力系統過電壓一、電力系統過電壓一、電力系統過電壓一、電力系統過電壓電力系統過電力系統過電壓電壓內部過電

2、壓內部過電壓暫時過電壓暫時過電壓工頻過電壓工頻過電壓諧振過電壓諧振過電壓操作過電壓操作過電壓投切空載線路過電壓投切空載線路過電壓切斷空載變壓器過電壓切斷空載變壓器過電壓斷續(xù)電弧接地過電壓斷續(xù)電弧接地過電壓雷電過電壓雷電過電壓直擊雷過電壓直擊雷過電壓感應雷過電壓感應雷過電壓1、工頻過電壓、工頻過電壓工頻過電壓主要由工頻過電壓主要由長線路的電容效應及電網長線路的電容效應及電網運行方式的突然改變引起運行方式的突然改變引起。特點特點：持續(xù)時間長持續(xù)時間長，過電壓倍數不高過電壓倍數不高，一般一般對設備絕緣危險性不大對設備絕緣危險性不大，但在超高壓、遠距離輸但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用。

3、電確定絕緣水平時起重要作用?？蛰d長線路的電容效應空載長線路的等值電路可簡化如圖所示?？蛰d長線路的等值電路可簡化如圖所示。C.IRLUR.UL.EUC.一般一般R要比要比XL和和XC小得多，可將其小得多，可將其忽略。得到如下電路電壓關系。忽略。得到如下電路電壓關系。)(CLCLXXI jUUE空載線路的工頻容抗空載線路的工頻容抗XC 感抗感抗 XL，故故UCUL，電容上的壓降，電容上的壓降UC大于大于電源電勢電源電勢E。ULIUCE.不對稱短路引起的工頻過電壓對于中性點不接地系統，線路發(fā)生單相接地故障對于中性點不接地系統，線路發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓上升為線電壓，造成工頻過電壓。時，非

4、故障相的電壓上升為線電壓，造成工頻過電壓。正常運行方式下，中性點正常運行方式下，中性點N處相當于零電位，處相當于零電位， A 、B、C處電壓分別為三相的相電壓。處電壓分別為三相的相電壓。EA.+-AEB+-BEC+-C.NUN=0UA=EA UB=EB UC=EC.ECEBEA.N不對稱短路引起的工頻過電壓對于中性點不接地系統，線路發(fā)生單相接地故障對于中性點不接地系統，線路發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓上升為線電壓，造成工頻過電壓。時，非故障相的電壓上升為線電壓，造成工頻過電壓。當當發(fā)生單相接地故障時，故障處故障相發(fā)生單相接地故障時，故障處故障相電壓變?yōu)榱汶娢?，中性點電壓變?yōu)榱汶娢?，中性點

5、N電壓變?yōu)樨撾妷鹤優(yōu)樨摰南嚯妷?，的相電壓?非故障相非故障相B、C處電壓上升處電壓上升為線電壓。為線電壓。UA=0 UN= EAUB=EB EA= UBA UC=EC EA= UCA .EA.+-AEB+-BEC+-C.NECEBEA.UCUB.甩負荷引起的工頻過電壓甩負荷引起的工頻過電壓是指由于某種原因（例如短路故甩負荷引起的工頻過電壓是指由于某種原因（例如短路故障）使線路末端斷路器突然跳閘而切除受端負荷引起的電壓升障）使線路末端斷路器突然跳閘而切除受端負荷引起的電壓升高。高。甩負荷效應主要從以下三個方面導致工頻電壓升高：甩負荷效應主要從以下三個方面導致工頻電壓升高：1）線路輸送相當大的有功

6、功率和感性無功功率時，電源）線路輸送相當大的有功功率和感性無功功率時，電源電動勢高于母線電壓。在甩負荷后，由于電動機磁鏈不能突變，電動勢高于母線電壓。在甩負荷后，由于電動機磁鏈不能突變，發(fā)電機將在短時間內維持較高的電動勢。發(fā)電機將在短時間內維持較高的電動勢。2）線路從帶負荷變?yōu)槟┒碎_路，出線空載長線電容效應。）線路從帶負荷變?yōu)槟┒碎_路，出線空載長線電容效應。3）原動機的調速器和制動設備的惰性使發(fā)電機有短時間）原動機的調速器和制動設備的惰性使發(fā)電機有短時間的轉速增加，造成電動勢及其頻率有所上升，加劇工頻過電壓的轉速增加，造成電動勢及其頻率有所上升，加劇工頻過電壓升高。升高。限制工頻過電壓的措施：

7、限制工頻過電壓的措施：空載長線路的電容效應空載長線路的電容效應不對稱短路故障引起的過電壓不對稱短路故障引起的過電壓甩負荷引起的工頻過電壓甩負荷引起的工頻過電壓補償空載線路的電容效應補償空載線路的電容效應 將系統中性點接地將系統中性點接地發(fā)電機配置性能良好發(fā)電機配置性能良好的勵磁調節(jié)器或調壓的勵磁調節(jié)器或調壓裝置、反應靈敏的調裝置、反應靈敏的調速系統速系統 。2、諧振過電壓、諧振過電壓諧振過電壓是電力系統中電感、電容等儲能元件諧振過電壓是電力系統中電感、電容等儲能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過電在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過電壓。壓。按照起因可分為：線性諧振過電壓

8、、鐵磁諧振過按照起因可分為：線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓、參數諧振過電壓。電壓、參數諧振過電壓。2、諧振過電壓、諧振過電壓1)線性諧振過電壓線性諧振過電壓ULLEICUCRUR)1(CLIjRIXIjXIjRIUUUECLCLR如圖所示的如圖所示的R、L、C串聯回路中，電源電動勢串聯回路中，電源電動勢E和和回路元件的電壓關系如下：回路元件的電壓關系如下：當當 時，電感上的電壓降與電容上的電壓時，電感上的電壓降與電容上的電壓降絕對值相等、相位相反，電路中降絕對值相等、相位相反，電路中A、B兩點如兩點如同斷路，電源電動勢完全作用于電阻壓降，回路同斷路，電源電動勢完全作用于電阻壓降，回路電流達到最

9、大，電流達到最大，L、C上的電壓也達到最大，形成上的電壓也達到最大，形成過電壓。過電壓。CL1AB2、諧振過電壓、諧振過電壓2)鐵磁諧振過電壓鐵磁諧振過電壓ULLEICUCRURA電力系統中的鐵磁諧振回路一般由空載變壓器或電力系統中的鐵磁諧振回路一般由空載變壓器或電壓互感器與電容性元件組合而成，主要有以下電壓互感器與電容性元件組合而成，主要有以下三種情況：三種情況：1）斷路器的均口電容與母線）斷路器的均口電容與母線PT形成的諧振回路；形成的諧振回路；2）母線空載時，母線對地電容與母線）母線空載時，母線對地電容與母線PT形成的諧形成的諧振回路；振回路；3）線路斷線，線路末端接有空載或輕載的中性點

10、）線路斷線，線路末端接有空載或輕載的中性點不接地變壓器形成諧振回路。不接地變壓器形成諧振回路。B與線性諧振回路不同之處在于，此處電感為變壓器或電壓互感器鐵芯，其電感值不再是常量，而是隨著電流增大、鐵芯飽和而不斷下降。回路的諧振條件為（L0為鐵芯未飽和時的電感值）021LC2、諧振過電壓、諧振過電壓3)參數諧振過電壓參數諧振過電壓RIC參數諧振過電壓回路是由電感參數參數諧振過電壓回路是由電感參數作周期性作周期性變化變化的電感元件和系統電容元件的電感元件和系統電容元件(如空載線如空載線路路)組成，典型例子是同步發(fā)電機的自激過組成，典型例子是同步發(fā)電機的自激過電壓（如圖所示）。電壓（如圖所示）。dq

11、L同步發(fā)電機的自激過電壓：當同步發(fā)電機接同步發(fā)電機的自激過電壓：當同步發(fā)電機接有空載線路（容性負荷）時，若發(fā)電機的電有空載線路（容性負荷）時，若發(fā)電機的電抗與線路容抗配合不當，即使激勵電流很小，抗與線路容抗配合不當，即使激勵電流很小，甚至為零，由于剩磁的作用，也會使發(fā)電機甚至為零，由于剩磁的作用，也會使發(fā)電機的端電壓和輸出電流急劇上升，產生很高的的端電壓和輸出電流急劇上升，產生很高的過電壓。過電壓。2、諧振過電壓、諧振過電壓諧振過電壓在正常運行操作中出現頻繁，其危害諧振過電壓在正常運行操作中出現頻繁，其危害性較大。運行經驗表明，中低壓電網中過電壓事故大性較大。運行經驗表明，中低壓電網中過電壓事

12、故大多數都是由諧振現象所多數都是由諧振現象所 引起。引起。由于諧振過電壓作用時間較長，會給保護措施的由于諧振過電壓作用時間較長，會給保護措施的選擇造成困難，為了盡可能防止發(fā)生諧振過電壓，在選擇造成困難，為了盡可能防止發(fā)生諧振過電壓，在設計和操作電網時，需事先進行必要的估算和安排，設計和操作電網時，需事先進行必要的估算和安排，避免形成嚴重的諧振回路，或采取適當的防諧振措施。避免形成嚴重的諧振回路，或采取適當的防諧振措施。3、操作過電壓、操作過電壓操作過電壓出現在由于操作過電壓出現在由于“操作操作”引起的過渡過程引起的過渡過程中。所謂的中。所謂的“操作操作”，既包括線路切、合與重合，開，既包括線路

13、切、合與重合，開斷容性電流和開斷較小或中等的感性電流，也包括故斷容性電流和開斷較小或中等的感性電流，也包括故障、切除故障與負荷突變等。障、切除故障與負荷突變等。1）投切小感性負載引起的過電壓）投切小感性負載引起的過電壓產生機理：產生機理：小電感性負載是指空載變壓器、電動機小電感性負載是指空載變壓器、電動機等。斷路器滅弧能力一般按照切斷大電流設計的，等。斷路器滅弧能力一般按照切斷大電流設計的，其滅弧能力強。而在切斷小電感性負載時，可能在其滅弧能力強。而在切斷小電感性負載時，可能在電流過零前強制熄弧而造成截流。此時，設備的電電流過零前強制熄弧而造成截流。此時，設備的電感和電容中儲存的能量相互轉換而

14、形成振蕩。由于感和電容中儲存的能量相互轉換而形成振蕩。由于對地雜散電容較小，當全部能量轉換為電場能時，對地雜散電容較小，當全部能量轉換為電場能時，就會產生幅值很高的過電壓。就會產生幅值很高的過電壓。限制措施：限制措施：采用避雷器來抑制采用避雷器來抑制 2）切除電容性負載引起的過電壓）切除電容性負載引起的過電壓產生機理：產生機理：電容性負載是指流過電容器、電纜或空載電容性負載是指流過電容器、電纜或空載長線路等的電流。在斷路器開斷電容性設備的過程中，長線路等的電流。在斷路器開斷電容性設備的過程中，若斷口上的恢復電壓上升速度超過其介質強度的上升若斷口上的恢復電壓上升速度超過其介質強度的上升速度，即會

15、造成斷路器開斷時的電弧重燃。此時若斷速度，即會造成斷路器開斷時的電弧重燃。此時若斷口兩端電壓極性相反，加之電源繼續(xù)供給能量，使振口兩端電壓極性相反，加之電源繼續(xù)供給能量，使振蕩充分發(fā)展，從而引發(fā)產生過電壓蕩充分發(fā)展，從而引發(fā)產生過電壓影響因素：影響因素：斷路器的性能、中性點接地方式斷路器的性能、中性點接地方式限制措施：限制措施：提高斷路器的滅弧性能（使用真空開關）、提高斷路器的滅弧性能（使用真空開關）、采用帶并聯電阻的開關采用帶并聯電阻的開關4）合閘空載長線路引起的過電壓）合閘空載長線路引起的過電壓產生機理：產生機理：在合閘長線路時，若線路的殘余電壓與電在合閘長線路時，若線路的殘余電壓與電源電

16、壓極性相反，線路電壓的初始值和穩(wěn)態(tài)值的差值源電壓極性相反，線路電壓的初始值和穩(wěn)態(tài)值的差值較大，則過渡過程中的暫態(tài)分量幅值較大，導致過電較大，則過渡過程中的暫態(tài)分量幅值較大，導致過電壓較大。同時，加上空載長線路的電容效應，使合閘壓較大。同時，加上空載長線路的電容效應，使合閘空載長線路時產生的過電壓，可能達到額定電壓的空載長線路時產生的過電壓，可能達到額定電壓的3倍。倍。限制措施：限制措施：通常采用帶合閘電阻斷路器，或采用專門通常采用帶合閘電阻斷路器，或采用專門裝置來判斷當斷路器兩端電壓最低時合閘，或設法消裝置來判斷當斷路器兩端電壓最低時合閘，或設法消除、消弱線路的殘余電壓。除、消弱線路的殘余電壓

17、。4）間歇性電弧接地引起的過電壓）間歇性電弧接地引起的過電壓產生機理：產生機理：電弧電弧間歇性重燃間歇性重燃限制措施：限制措施：采用消弧裝置、采用消弧裝置、將母線分段運行，減小接將母線分段運行，減小接地點電容電流地點電容電流 、減少帶接地運行時間減少帶接地運行時間、盡量、盡量不安排不安排母線電容電流較大的方式運行母線電容電流較大的方式運行、提高線路絕緣水平提高線路絕緣水平 ATP程序（程序（The Alternative Transients Program）是目前世界上電磁暫態(tài)分析程序（是目前世界上電磁暫態(tài)分析程序（EMTP(The Electromagnetic Transients Pr

18、ogram)最廣泛使用最廣泛使用的一個版本，其基本功能是進行電力系統仿真計的一個版本，其基本功能是進行電力系統仿真計算，典型應用是預測電力系統在某個擾動算，典型應用是預測電力系統在某個擾動(如開關如開關投切或故障投切或故障)之后感興趣的變量隨時間變化的規(guī)律。之后感興趣的變量隨時間變化的規(guī)律。ATP程序可對電力系統過電壓進行仿真，包括操作程序可對電力系統過電壓進行仿真，包括操作過電壓和雷電過電壓。過電壓和雷電過電壓。 二、二、ATP軟件介紹軟件介紹ATP程序仿真步驟程序仿真步驟:1.根據實際要求建立各個電力元件的根據實際要求建立各個電力元件的ATP程序等效程序等效模型；模型；2.輸入各元件模型的參數；輸入各元件模型的參數；3.作出仿真電路圖；作出仿真電路圖；4.設置仿真時間和仿真步長；設置仿真時間和仿真步長；5.運行運行runatp選項或通過選項或通過F2快捷鍵進行仿真；快捷鍵進行仿真； 6.運行運行plotXY命令進行所關心參數的波形繪制。命令進行所關心參數的波形繪制。EMTDC（Electro Magnetic Transient in