课程设计报告( 2011 -- 2012年度第一学期)名称：电力系统过电压上机计算题目：电力系统过电压仿真计算与分析院系：电气与电子工程学院班级：电气08**班学号：**********学生姓名：小香菇指导教师：设计周数：2周成绩：日期：2011年12月30日目录一、课程设计的目的与要求 (1)1、目的与要求 (1)2、主要内容 (1)二、设计正文 (1)1.ATP简介 (1)2.简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算 (2)3.500K V工频过电压计算与分析（FS2运行方式） (7)3.1丰镇侧0.03S正常甩负荷 (7)3.2 丰镇侧A相在0.03S永久短路 (7)3.3 丰镇侧A、B相在0.03S两相短路接地 (8)4.合闸、重合闸500K V空载输电线路的统计操作过电压计算 (8)4.1 合空线统计过电压 (8)4.2 三相重合闸统计过电压 (10)三、课程设计总结 (12)1.工频过电压计算结果总结 (12)2.合闸操作过电压计算结果总结 (12)3.心得体会 (13)四、参考文献 (13)一、课程设计的目的与要求1、目的与要求1.1 掌握集中参数、分布参数回路中的暂态计算方法。

熟练使用EMTP程序。

1.2 了解输电线路防雷分析的数值计算方法。

掌握输电线路采用线路避雷器提高线路耐雷水平的基本原理，并评价其效果。

1.3 了解输电线路工频过电压、操作过电压的数值计算方法。

掌握限制工频过电压、操作过电压的主要措施，并评价其效果。

2、主要内容2.1 简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算EMTP简介；集中参数电路暂态计算；非线性电感电路计算；电容放电电路计算；分压器的电位分布；断路器触头恢复电压计算；波在单相线路上的传播；冲击波作用于单相线路的研究；180km分布参数输电线路及集中参数电路计算。

2.2 工频过电压计算与分析500kV输电线路在正常送电状态下甩负荷工频过电压计算；单相接地故障工频过电压计算；两相接地故障工频过电压计算；并联电抗器的作用。

2.3 操作过电压计算与分析合闸、重合闸500kV空载输电线路的统计操作过电压计算；统计开关的应用；并联电抗器、避雷器的作用。

2.4 输电线路防雷计算与分析输电线路采用线路避雷器后的线路耐雷水平计算；避雷器吸收的雷电放电能量及放电电流分析；安装避雷器后提高线路耐雷水平的效果评价。

二、设计正文1. ATP简介ATP-EMTP是目前应用得最为广泛的电磁暂态计算的标准程序。

从概念讲，EMTP可应用于任何电路的电磁暂态现象计算。

但是另一方面，因为它的庞大功能，在只有固定格式的文本输入方式时，它的应用相当困难。

许多电力技术人员虽然知道ATP-EMTP的潜在应用价值，但苦于入门艰难，迟迟不敢尝试ATP-EMTP的应用。

ATP Draw 就是为了解决这个问题而开发的，它是建立计算模型用的人机对话图形接口。

ATPDraw准备了电力系统各种元件的图符，点击这些图符，可打开相应的图框，输入有关参数。

连接这些图符，可构成所需要的电路。

各个元件的图框都带有帮助功能，提示各参数的定义。

ATPDraw还具有设定时间步长、计算时间、输出要求及各种特殊要求（如频率扫描）的功能。

A TPDraw生成文本输入文件，执行ATP时实际上还是通过文本输入文件。

有了这个工具，使ATP-EMTP的利用大大方便了。

2. 简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算习题1 仿真电路及输出结果分析：仿真结果可见电容先充电后放电的过程，如果改变电容的参数为2uF，仿真结果如上，大电容将右端电阻电感短接，周期性充放电。

习题2 仿真电路及输出结果电压波形如下：电流波形如下：分析：电容分压器可用于测量交流和冲击高电压。

本例在直流电压源作用下，先对横向（对地）电容充电，由于电感的存在，可以使电容电压高于电源电压，继而放电再充电的过程。

习题3 仿真电路及输出结果分析：补充图为仿真时间增长后仿真结果。

可见随着时间的增长，恢复电压几乎按幅值为15MV的正弦增长。

习题4 仿真电路及输出结果分析：波在多段波阻抗不等的单相传输线上传输时会发生多次折反射。

习题5 仿真电路及输出结果分析：三相全换位输电线路能通过三相的全换位减小对地电容的不对称，使中性点的偏移减小。

习题6 仿真电路及输出结果分析：当线路长度与信号在线路中传输的波长相差不大时可以用集总参数表示线路，当长度远大于波长时，必须使用分布参数。

软件提供的分布参数输电线模型方便分析仿真长线路。

习题7 仿真电路及输出结果分析：冲击波作用于单相线路，经3.35us波到达避雷器，XX0009结点开始有电压，仿真时间8us尚不够长，避雷器上的电压约升到4V，避雷器未动作，故避雷器所在支路电流为零。

习题8 仿真电路及输出结果其中X0003-X0007为电阻支路，X0005-X0007为电感支路。

故障设为非永久性接地，在0.0000001S时线路末端发生单相短路接地，开关在0.00028S跳开，0.038S重合闸的同时，单相短路故障消失。

电源电压带重合闸的开关左侧电压开关右侧（线路首端）电压线路末端电压电阻支路B、C相电流电感支路A、B相电流分析：开关左侧电压受电源的钳制保持标准正弦波形。

短路时，线路末端的A相电压为零，导致B、C 两相电压幅值变化，使线路首端A相过电压倍数为1.65，随着故障消除和重合闸成功，电压电流恢复正常。

习题9 仿真电路及输出结果分析：由于电感的存在，会使电容电压高于电源电压。

当电容电压高于电源电压时，电容通过电阻放电而使自身电压下降。

3. 500kV工频过电压计算与分析（FS2运行方式）3.1丰镇侧0.03S正常甩负荷仿真电路丰镇侧万全侧分析：丰镇侧在0.03S正常甩负荷，稳定后的工频电压幅值由513 kV上升到540kV，工频过电压倍数为1.053，且谐波含量增大。

甩负荷对万全侧的工频电压幅值基本无影响。

甩负荷后，由于线路末端并有电抗器，能削弱空载长线的电容效应，降低末端电压，故最大过电压将出现在线路中间某点。

3.2 丰镇侧A相在0.03S永久短路仿真电路丰镇侧万全侧分析：永久短路后，A相电压降为0，经3-4个周期后，进入稳态非全相运行。

工频电压幅值由513kV升到570kV，工频过电压倍数为1.111，由于A相短路引起万全侧A相电压幅值明显低于其他两相，同时谐波含量增加。

3.3 丰镇侧A、B相在0.03S两相短路接地仿真电路同A相短路丰镇侧万全侧分析：永久短路后，A、B相电压降为0，工频电压幅值由513kV升到590kV，工频过电压倍数为1.150，由于两相短路接地引起万全侧A、B相电压幅值明显低于C相。

4. 合闸、重合闸500kV空载输电线路的统计操作过电压计算4.1 合空线统计过电压（1）母线侧和线路侧均装设避雷器仿真电路：A相统计开关在0.035S时合闸。

仿真发现：线路侧避雷器设置为444 kV，而将电源侧的避雷器额定电压设置为420 kV时出错，只有把母线侧的避雷器额定电压调至430 kV及以上时仿真才能进行。

仿真结果：母线侧电压线路末端电压母线侧避雷器电流线路侧避雷器电流分析：在避雷器的作用下，合空线引起的母线侧过电压幅值被限制到550 kV以下，线路侧过电压幅值被限制到560 kV以下。

（2）母线侧和线路侧均无避雷器仿真结果：母线侧电压线路末端电压分析：无避雷器时，母线侧在合空线之前电压为521kV，母线侧过电压幅值最大为570 kV，操作过电压倍数为1.094，线路末端过电压幅值最大为630 kV，操作过电压倍数为1.203倍。

4.2 三相重合闸统计过电压（1）母线侧和线路侧均装设避雷器仿真电路：仿真采用0.05S时切空线，经0.5S后合空线。

母线侧和线路侧避雷器的额定电压都设为444kV。

仿真结果：图 1 母线侧电压图 2 线路末端电压分析：在避雷器的作用下，三相重合闸引起母线侧操作过电压最大幅值为570kV，操作过电压倍数为1.094，线路末端过电压幅值最大为600 kV，操作过电压倍数为1.152倍。

图 3 母线侧避雷器电流图 4 线路侧避雷器电流分析：重合闸时线路末端避雷器多次动作，释放能量约为110MV A（550kV×200A）。

（2）母线侧和线路侧均无避雷器仿真结果：图 5 母线侧电压图 6 线路末端电压分析：无避雷器时，母线侧在合空线之前电压为521kV，母线侧过电压幅值最大为610 kV，操作过电压倍数为1.171，线路末端过电压幅值最大为620 kV，操作过电压倍数为1.19倍。

三、课程设计总结1. 工频过电压计算结果总结500kV输电线路在正常送电状态下甩负荷工频过电压、单相接地故障工频过电压、两相接地故障工频过电压倍数都小于2。

接地故障会引起三相电压幅值不等。

正常甩负荷时，并联电抗器削弱了空载线路的电容效应，可用于限制工频过电压。

2. 合闸操作过电压计算结果总结统计过电压是指出现概率为2％的过电压值。

合闸、重合闸500kV空载输电线路时使用统计开关，可以得到出现概率为2％的过电压值。

线路侧接并联电抗器使断路器两端幅值上升速度大为降低，断路器发生重燃的可能性较少，出现高幅值过电压的概率也明显下降。

采用性能良好的避雷器作为合闸操作过电压的后备保护。

3. 心得体会仿真过程中，如果不能从任务书中所列参数分析模型的物理含义，则如盲人摸象，即使运行不出错并输出结果，仍无法确定所得仿真结果是否正确。

所以每做一道题之前，我都会分析该道题模拟何种实际状态，再分析实际状态下会有何特点，从而指导我对仿真结果正确性的判断。

对待本次过电压上机计算，如果不思考，只是根据任务书仿真，仿真能输出结果就当完成任务，是根本不能达到对理论知识的巩固和对软件的掌握的目的的。

仿真并不是特别简单的事情，从参数设置、电路搭建，容易出现参数设置错漏，电路有虚接，时间步长设置不合适等等问题出现。

刚开始只会盲目调试，后经老师指导，学会了在输出文件中查找错误，在输入文件中核对输入参数，以及在输出文件中找过电压幅值等等。

遇到困难、解决困难的过程，便是提高自己的过程。

总之，对待任何一门实践课程，只有勤于操作，摸索，同学间交流，向老师请教，才能真正巩固理论知识，掌握实践技巧。

在所花的时间里，有所长进。

四、参考文献[1] 周泽存, 沈其工 高电压技术. 中国电力出版社, 第三版. 2007年2月。