1、1,ATP和PSCAD在線路過(guò)電壓仿真計(jì)算中的應(yīng)用,2015年12月,2,電力系統(tǒng)中的各種絕緣在運(yùn)行中除了受長(zhǎng)期工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種比工作電壓高得多的過(guò)電壓的作用。,所謂過(guò)電壓就是指電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位升高。通常過(guò)電壓可以作如下分類：,一、電力系統(tǒng)過(guò)電壓,3,一、電力系統(tǒng)過(guò)電壓,4,1、工頻過(guò)電壓,工頻過(guò)電壓主要由長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)及電網(wǎng)運(yùn)行方式的突然改變引起。特點(diǎn)：持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)電壓倍數(shù)不高，一般對(duì)設(shè)備絕緣危險(xiǎn)性不大，但在超高壓、遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平時(shí)起重要作用。,5,空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng),空載長(zhǎng)線路的等值電路可簡(jiǎn)化如圖所示。,一般R要比XL和XC小得多，可將

2、其忽略。得到如下電路電壓關(guān)系。,空載線路的工頻容抗XC感抗XL，故UCUL，電容上的壓降UC大于電源電勢(shì)E。,6,不對(duì)稱短路引起的工頻過(guò)電壓,對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相的電壓上升為線電壓，造成工頻過(guò)電壓。,正常運(yùn)行方式下，中性點(diǎn)N處相當(dāng)于零電位，A、B、C處電壓分別為三相的相電壓。,7,不對(duì)稱短路引起的工頻過(guò)電壓,對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相的電壓上升為線電壓，造成工頻過(guò)電壓。,當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障處故障相電壓變?yōu)榱汶娢唬行渣c(diǎn)N電壓變?yōu)樨?fù)的相電壓，非故障相B、C處電壓上升為線電壓。,8,甩負(fù)荷引起的工頻過(guò)電壓,甩負(fù)荷引起的工頻過(guò)電壓

3、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(fù)荷引起的電壓升高。甩負(fù)荷效應(yīng)主要從以下三個(gè)方面導(dǎo)致工頻電壓升高：1）線路輸送相當(dāng)大的有功功率和感性無(wú)功功率時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)高于母線電壓。在甩負(fù)荷后，由于電動(dòng)機(jī)磁鏈不能突變，發(fā)電機(jī)將在短時(shí)間內(nèi)維持較高的電動(dòng)勢(shì)。2）線路從帶負(fù)荷變?yōu)槟┒碎_(kāi)路，出線空載長(zhǎng)線電容效應(yīng)。3）原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器和制動(dòng)設(shè)備的惰性使發(fā)電機(jī)有短時(shí)間的轉(zhuǎn)速增加，造成電動(dòng)勢(shì)及其頻率有所上升，加劇工頻過(guò)電壓升高。,9,限制工頻過(guò)電壓的措施：,空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng),不對(duì)稱短路故障引起的過(guò)電壓,甩負(fù)荷引起的工頻過(guò)電壓,補(bǔ)償空載線路的電容效應(yīng),將系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,發(fā)電機(jī)配置性能良好

4、的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器或調(diào)壓裝置、反應(yīng)靈敏的調(diào)速系統(tǒng)。,10,2、諧振過(guò)電壓,諧振過(guò)電壓是電力系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)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(guò)電壓。按照起因可分為：線性諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓、參數(shù)諧振過(guò)電壓。,11,2、諧振過(guò)電壓,1)線性諧振過(guò)電壓,UL,L,E,I,C,UC,R,UR,如圖所示的R、L、C串聯(lián)回路中，電源電動(dòng)勢(shì)E和回路元件的電壓關(guān)系如下：,當(dāng)時(shí)，電感上的電壓降與電容上的電壓降絕對(duì)值相等、相位相反，電路中A、B兩點(diǎn)如同斷路，電源電動(dòng)勢(shì)完全作用于電阻壓降，回路電流達(dá)到最大，L、C上的電壓也達(dá)到最大，形成過(guò)電壓。,A,B,12,2、諧振過(guò)電壓,2)鐵磁諧振過(guò)電壓,

5、UL,L,E,I,C,UC,R,UR,A,電力系統(tǒng)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，主要有以下三種情況：1）斷路器的均口電容與母線PT形成的諧振回路；2）母線空載時(shí)，母線對(duì)地電容與母線PT形成的諧振回路；3）線路斷線，線路末端接有空載或輕載的中性點(diǎn)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(shí)的電感值）,13,2、諧振過(guò)電壓,3)參數(shù)諧振過(guò)電壓,R,I,C,參數(shù)諧振過(guò)電壓回路是由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件和系統(tǒng)電容元件

6、(如空載線路)組成，典型例子是同步發(fā)電機(jī)的自激過(guò)電壓（如圖所示）。,d,q,L,同步發(fā)電機(jī)的自激過(guò)電壓：當(dāng)同步發(fā)電機(jī)接有空載線路（容性負(fù)荷）時(shí)，若發(fā)電機(jī)的電抗與線路容抗配合不當(dāng)，即使激勵(lì)電流很小，甚至為零，由于剩磁的作用，也會(huì)使發(fā)電機(jī)的端電壓和輸出電流急劇上升，產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。,14,2、諧振過(guò)電壓,諧振過(guò)電壓在正常運(yùn)行操作中出現(xiàn)頻繁，其危害性較大。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，中低壓電網(wǎng)中過(guò)電壓事故大多數(shù)都是由諧振現(xiàn)象所引起。由于諧振過(guò)電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)給保護(hù)措施的選擇造成困難，為了盡可能防止發(fā)生諧振過(guò)電壓，在設(shè)計(jì)和操作電網(wǎng)時(shí)，需事先進(jìn)行必要的估算和安排，避免形成嚴(yán)重的諧振回路，或采取適當(dāng)?shù)姆乐C振措施。

7、,15,3、操作過(guò)電壓,操作過(guò)電壓出現(xiàn)在由于“操作”引起的過(guò)渡過(guò)程中。所謂的“操作”，既包括線路切、合與重合，開(kāi)斷容性電流和開(kāi)斷較小或中等的感性電流，也包括故障、切除故障與負(fù)荷突變等。,16,1）投切小感性負(fù)載引起的過(guò)電壓,產(chǎn)生機(jī)理：小電感性負(fù)載是指空載變壓器、電動(dòng)機(jī)等。斷路器滅弧能力一般按照切斷大電流設(shè)計(jì)的，其滅弧能力強(qiáng)。而在切斷小電感性負(fù)載時(shí)，可能在電流過(guò)零前強(qiáng)制熄弧而造成截流。此時(shí)，設(shè)備的電感和電容中儲(chǔ)存的能量相互轉(zhuǎn)換而形成振蕩。由于對(duì)地雜散電容較小，當(dāng)全部能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生幅值很高的過(guò)電壓。限制措施：采用避雷器來(lái)抑制,17,2）切除電容性負(fù)載引起的過(guò)電壓,產(chǎn)生機(jī)理：電容性負(fù)載

8、是指流過(guò)電容器、電纜或空載長(zhǎng)線路等的電流。在斷路器開(kāi)斷電容性設(shè)備的過(guò)程中，若斷口上的恢復(fù)電壓上升速度超過(guò)其介質(zhì)強(qiáng)度的上升速度，即會(huì)造成斷路器開(kāi)斷時(shí)的電弧重燃。此時(shí)若斷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(chǎn)生過(guò)電壓影響因素：斷路器的性能、中性點(diǎn)接地方式限制措施：提高斷路器的滅弧性能（使用真空開(kāi)關(guān)）、采用帶并聯(lián)電阻的開(kāi)關(guān),18,4）合閘空載長(zhǎng)線路引起的過(guò)電壓,產(chǎn)生機(jī)理：在合閘長(zhǎng)線路時(shí)，若線路的殘余電壓與電源電壓極性相反，線路電壓的初始值和穩(wěn)態(tài)值的差值較大，則過(guò)渡過(guò)程中的暫態(tài)分量幅值較大，導(dǎo)致過(guò)電壓較大。同時(shí)，加上空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)，使合閘空載長(zhǎng)線路時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，可

9、能達(dá)到額定電壓的3倍。限制措施：通常采用帶合閘電阻斷路器，或采用專門(mén)裝置來(lái)判斷當(dāng)斷路器兩端電壓最低時(shí)合閘，或設(shè)法消除、消弱線路的殘余電壓。,19,4）間歇性電弧接地引起的過(guò)電壓,產(chǎn)生機(jī)理：電弧間歇性重燃限制措施：采用消弧裝置、將母線分段運(yùn)行，減小接地點(diǎn)電容電流、減少帶接地運(yùn)行時(shí)間、盡量不安排母線電容電流較大的方式運(yùn)行、提高線路絕緣水平,20,ATP程序（TheAlternativeTransientsProgram）是目前世界上電磁暫態(tài)分析程序（EMTP(TheElectromagneticTransientsProgram)最廣泛使用的一個(gè)版本，其基本功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真計(jì)算，典型應(yīng)用是預(yù)

10、測(cè)電力系統(tǒng)在某個(gè)擾動(dòng)(如開(kāi)關(guān)投切或故障)之后感興趣的變量隨時(shí)間變化的規(guī)律。ATP程序可對(duì)電力系統(tǒng)過(guò)電壓進(jìn)行仿真，包括操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓。,二、ATP軟件介紹,21,ATP程序仿真步驟:1.根據(jù)實(shí)際要求建立各個(gè)電力元件的ATP程序等效模型；2.輸入各元件模型的參數(shù)；3.作出仿真電路圖；4.設(shè)置仿真時(shí)間和仿真步長(zhǎng)；5.運(yùn)行runatp選項(xiàng)或通過(guò)F2快捷鍵進(jìn)行仿真；6.運(yùn)行plotXY命令進(jìn)行所關(guān)心參數(shù)的波形繪制。,22,EMTDC（ElectroMagneticTransientinDCSystem）是目前世界上被廣泛使用的一種電力系統(tǒng)仿真分析軟件，它是既可以研究交直流電力系統(tǒng)問(wèn)題，又能完成電力電子仿真及其非線性控制的多功能工具。PSCAD（PowerSystemComputerAidedDesign）是EMTDC的前處理程序，用戶在面板上可以構(gòu)造電氣連接圖，輸入各元件的參數(shù)值，運(yùn)行時(shí)則通過(guò)FORTRAN編譯器進(jìn)行編譯、連接，運(yùn)行的結(jié)果可以隨著程序運(yùn)行的進(jìn)度在PLOT中實(shí)時(shí)生成曲線，以