1、1,ATP和PSCAD在線路過電壓仿真計算中的應(yīng)用,2015年12月,2,電力系統(tǒng)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得多的過電壓的作用。,所謂過電壓就是指電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對絕緣有危險的電壓升高和電位升高。通常過電壓可以作如下分類：,一、電力系統(tǒng)過電壓,3,一、電力系統(tǒng)過電壓,4,1、工頻過電壓,工頻過電壓主要由長線路的電容效應(yīng)及電網(wǎng)運行方式的突然改變引起。 特點：持續(xù)時間長，過電壓倍數(shù)不高，一般對設(shè)備絕緣危險性不大，但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用。,5,空載長線路的電容效應(yīng),空載長線路的等值電路可簡化如圖所示。,一般R要比XL和XC小得多，可

2、將其忽略。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E。,6,不對稱短路引起的工頻過電壓,對于中性點不接地系統(tǒng)，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。,正常運行方式下，中性點N處相當于零電位， A 、B、C處電壓分別為三相的相電壓。,7,不對稱短路引起的工頻過電壓,對于中性點不接地系統(tǒng)，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。,當發(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N電壓變?yōu)樨摰南嚯妷海?非故障相B、C處電壓上升為線電壓。,8,甩負荷引起的工頻過電壓,甩負荷引起

3、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高。 甩負荷效應(yīng)主要從以下三個方面導(dǎo)致工頻電壓升高： 1）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，發(fā)電機將在短時間內(nèi)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(yīng)。 3）原動機的調(diào)速器和制動設(shè)備的惰性使發(fā)電機有短時間的轉(zhuǎn)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。,9,限制工頻過電壓的措施：,空載長線路的電容效應(yīng),不對稱短路故障引起的過電壓,甩負荷引起的工頻過電壓,補償空載線路的電容效應(yīng),將系統(tǒng)中性點接地

4、,發(fā)電機配置性能良好的勵磁調(diào)節(jié)器或調(diào)壓裝置、反應(yīng)靈敏的調(diào)速系統(tǒng) 。,10,2、諧振過電壓,諧振過電壓是電力系統(tǒng)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壓。 按照起因可分為：線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓、參數(shù)諧振過電壓。,11,2、諧振過電壓,1)線性諧振過電壓,UL,L,E,I,C,UC,R,UR,如圖所示的R、L、C串聯(lián)回路中，電源電動勢E和回路元件的電壓關(guān)系如下：,當 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A、B兩點如同斷路，電源電動勢完全作用于電阻壓降，回路電流達到最大，L、C上的電壓也達到最大，形成過電壓。,A,B,12,2、諧振過

5、電壓,2)鐵磁諧振過電壓,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，母線對地電容與母線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?；芈返闹C振條件為 （L0為鐵芯未飽和時的電感值）,13,2、諧振過電壓,3)參數(shù)諧振過電壓,R,I,C,參數(shù)諧振過電壓回路是由電感參數(shù)作

6、周期性變化的電感元件和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成，典型例子是同步發(fā)電機的自激過電壓（如圖所示）。,d,q,L,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)電機的端電壓和輸出電流急劇上升，產(chǎn)生很高的過電壓。,14,2、諧振過電壓,諧振過電壓在正常運行操作中出現(xiàn)頻繁，其危害性較大。運行經(jīng)驗表明，中低壓電網(wǎng)中過電壓事故大多數(shù)都是由諧振現(xiàn)象所 引起。 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，在設(shè)計和操作電網(wǎng)時，需事先進行必要的估算和安排，避免形成嚴

7、重的諧振回路，或采取適當?shù)姆乐C振措施。,15,3、操作過電壓,操作過電壓出現(xiàn)在由于“操作”引起的過渡過程中。所謂的“操作”，既包括線路切、合與重合，開斷容性電流和開斷較小或中等的感性電流，也包括故障、切除故障與負荷突變等。,16,1）投切小感性負載引起的過電壓,產(chǎn)生機理：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(shè)計的，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(shè)備的電感和電容中儲存的能量相互轉(zhuǎn)換而形成振蕩。由于對地雜散電容較小，當全部能量轉(zhuǎn)換為電場能時，就會產(chǎn)生幅值很高的過電壓。 限制措施：采用避雷器來抑制,17,2）切除電容

8、性負載引起的過電壓,產(chǎn)生機理：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(shè)備的過程中，若斷口上的恢復(fù)電壓上升速度超過其介質(zhì)強度的上升速度，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，使振蕩充分發(fā)展，從而引發(fā)產(chǎn)生過電壓 影響因素：斷路器的性能、中性點接地方式 限制措施：提高斷路器的滅弧性能（使用真空開關(guān)）、采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān),18,4）合閘空載長線路引起的過電壓,產(chǎn)生機理：在合閘長線路時，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，則過渡過程中的暫態(tài)分量幅值較大，導(dǎo)致過電壓較大。同時，加上空載長線路的

9、電容效應(yīng)，使合閘空載長線路時產(chǎn)生的過電壓，可能達到額定電壓的3倍。 限制措施：通常采用帶合閘電阻斷路器，或采用專門裝置來判斷當斷路器兩端電壓最低時合閘，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電壓,產(chǎn)生機理：電弧間歇性重燃 限制措施：采用消弧裝置、將母線分段運行，減小接地點電容電流 、減少帶接地運行時間、盡量不安排母線電容電流較大的方式運行、提高線路絕緣水平,20,ATP程序（The Alternative Transients Program）是目前世界上電磁暫態(tài)分析程序（EMTP(The Electromagnetic Transients Program)最廣泛

10、使用的一個版本，其基本功能是進行電力系統(tǒng)仿真計算，典型應(yīng)用是預(yù)測電力系統(tǒng)在某個擾動(如開關(guān)投切或故障)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(tǒng)過電壓進行仿真，包括操作過電壓和雷電過電壓。,二、ATP軟件介紹,21,ATP程序仿真步驟: 1.根據(jù)實際要求建立各個電力元件的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)置仿真時間和仿真步長； 5.運行runatp選項或通過F2快捷鍵進行仿真； 6.運行plotXY命令進行所關(guān)心參數(shù)的波形繪制。,22,EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）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（Power System Computer Aided Design）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，運行時則通過FORTRAN編譯器進行編譯、連接，運行的結(jié)果可以隨著程序運行的進度在PLOT中實時生成曲線，以