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过电压与接地技术
实验报告
题目名称：500kV空载长线路的容升效应及限制措施姓名：
学号：
班级：200级班
指导教师：刘渝根
重庆大学电气工程学院
2012年6月
长线路空载容升电压升高实验过程
未接并联电抗器的等效电路
电抗参数设置
线路波阻抗
电压
波形
升高后电压795，升高倍数k=795/408,248=1.9 2，采取措施，末端并联电抗器后
等效电路图
并联电抗器
波形
升压后电压596kv，升压倍数为k=596/408.248=1.2599
实验分析
线路末端并联电抗器有效降低过电压幅值，之前1.9倍降为1.25倍，比较有效的措施
实验心得体会
做ATP程序仿真要学会各电力设备在不同过电压情况下所采用的仿真模型；ATP 程序的使用在于多练习，各元件模型的使用以及参数设置，仿真中遇到错误问题的解决都在不断使用中得以掌握，通过自己摸索，逐渐掌握了ATP的一些基本操作，加深了对过电压的理解。
实验六 工频过电压仿真测量预习要求1．熟悉三相线路正序、负序、零序的概念及有关计算。
2．熟悉长线路电容效应的原理及长线方程、传递系数的概念和有关计算。
3．熟悉单相接地系数的概念及有关计算。
4．初步了解ATP-EMTP 软件。
一．实验目的1．加深理解空载长线路工频电压升高的原因及其改善措施。
2．掌握使用开路试验和短路试验测量输电线路参数的方法。
3．学习了解ATP 软件及其基本使用方法。
二．实验内容1．仿真长线的开路试验和短路试验，求取给定线路的正序、负序、零序参数，包括1L '、2L '、0L '和1C '、2C '、0C '。
2．仿真测定空载长线路电容效应过电压：1）在无限大电源条件下仿真测定给定线路的传递系数。
2）在有限大电源条件下仿真测定给定线路的传递系数和电压升高倍数。
3）在有限大电源条件下仿真测定给定线路首端、末端和其它位置分别补偿电抗器情况下的传递系数和电压升高倍数。
3．仿真测定给定线路末端单相接地系数。
4．将仿真测量的结果与依据线路参数计算的结果进行比较和分析。
三、实验说明1． A TP-EMTP 仿真软件EMTP （Electro-Magnetic Transient Program ）是一种主要应用于电力系统电磁暂态分析的计算程序，也可以理解为一种模型算法，即针对电力系统中各种复杂电磁暂态现象的模拟，提供基础的器件模型，用户可根据实际问题合理选用，从而实现对于实际系统的仿真计算。
EMTP 程序中使用的许多模型或模块，都经过了实际线路的实验验证，因而这种方法是当前电力系统暂态分析研究中广泛采用的一种方法。
基于EMTP 思想发展出的程序很多，除本实验所用的ATP 外，还有pscad/emtdc, Netomac, PSIM, Microtran ，DCG/EPRI EMTP ，EMTP/RV 等。
本实验使用A TP-EMTP 软件，模拟一套单机系统，如图6-1所示，包括三相电源、三相线路、以及三相补偿电抗器，要求模拟完成（仿真计算）该系统本实验内容中指定的测量。
高电压技术模拟习题（附答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.空载长线电容效应引起的工频过电压电路中将流过感性电流。
（）A、正确B、错误正确答案：B2.空载线路合闸过电压包括正常空载线路合闸过电压和重合闸过电压。
（）A、正确B、错误正确答案：A3.球隙中的电场在任何条件下都为稍不均匀电场。
()A、正确B、错误正确答案：B4.冲击电压穿试验时，将50%的概率能使间隙击穿的电压值作为该间隔隙的冲击电压击穿值。
()A、正确B、错误正确答案：A5.试验变压器的容量一般很大，连续运行时间也很长。
()A、正确B、错误正确答案：B6.对地放电过程中，放电通道周围的空间电磁场将发生急剧变化。
因而当雷击输电线附近的地面时，虽未直击导线，由于雷电过程引起周围电磁场的突变，也会在导线上感应出一个高电压来，这就是感应过电压，它包含静电感应和电磁感应两个分量，一般以静电感应分量为主。
()A、正确B、错误正确答案：A7.环境湿度对固体介质表面电阻没有影响。
(）A、正确B、错误正确答案：B8.采用带并联电阻的断路器时，并联电阻器阻尼振荡作用，可有效降低空载线路合闸过电压。
（）A、正确B、错误正确答案：A9.当变压器高压绕组是中性点接地的星形接线时，都可看作与单相绕组的波过程相同。
()A、正确B、错误正确答案：A10.汤逊理论的基本观点包括：电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而空间光电离是维持放电的必要条件。
()A、正确B、错误正确答案：B11.ZnO阀片在相电压下流过的电流数量级为10⁵A。
()A、正确B、错误正确答案：A12.电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。
()A、正确B、错误正确答案：A13.电力电缆的泄漏电流测量，同直流耐压试验相比，尽管它们在发现缺陷的作用上有些不同，但实际上它仍然是直流耐压试验的一部分。
()A、正确B、错误正确答案：A14.对于单根避雷线的高压输电线路，避雷线的保护角a一般20°~40°。
第一章雷闪过电压一、填空题：1.雷闪放电有三个阶段，即先导放电、主放电、余晖放电。
2.雷电流多为负极性。
3。
雷电流幅值概率lgP= .4.评定雷电活动强度的指标是和。
5.雷暴日是指。
6. 雷电日（雷电小时）表示的强度，地面落雷密度表示的频繁程度。
7。
雷过电压包括和.8。
冲击过电压是指作用时间很的变化的过电压。
二、选择题:1.雷闪放电过程中， B 阶段的放电电流最大。
A. 先导放电B. 主放电C。
余辉放电2。
我国电力设备过电压保护设计技术规程建议采用对地闪络密度（地面落雷密度）N g 为 B 次/(km·TD)。
A。
0。
015 B。
0。
025C。
0.035 D.0.0453．以下四种表述中，对波阻抗描述正确的是( )。
A。
波阻抗是导线上电压和电流的比值B. 波阻抗是储能元件,电阻是耗能元件，因此对电源来说，两者不等效C.波阻抗的数值与导线的电感、电容有关，因此波阻抗与线路长度有关 D。
波阻抗的数值与线路的几何尺寸有关4.表示某地区雷电活动强度的主要指标是指雷暴小时与( ）。
A. 耐雷水平B. 雷暴日C. 跳闸率 D。
大气压强5. 我国国家标准规定的雷电冲击电压标准波形通常可以用符号( )表示。
A.（1.2±30％)μs B。
(50±30％)μsC。
1。
2/50μs D。
(1。
2±20%)μs第二章防雷保护装置一、填空题1.避雷针由、和组成.2。
对避雷针、避雷线的要求是、。
它们的作用是. 3。
避雷线的保护角是指。
一般取度，220~ 330kV 的线路保护角取度，500kV 线路保护角度。
4。
避雷器类型有、、、。
5。
避雷器的作用是限制过电压和过电压，保护电气设备不受过电压的侵害。
6.对避雷器的要求是①②③④。
7.阀型避雷器又称作避雷器，其阀片电阻具有（阀性)。
8。
阀型避雷器阀片的作用是、、。
9。
ZnO 避雷器英文缩写为,它的优点有、、、。
10.接地装置可分为接地、接地、接地、接地。
高电压技术测试题含参考答案一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.在一般情况下，介质损耗tang试验主要反映设备绝缘的整体缺陷，而对大容量设备局部缺陷反映不灵敏。
()A、正确B、错误正确答案：A2.氧化锌避雷器的优点是陡波响应能得到大大改善。
()A、正确B、错误正确答案：A3.电晕放电具有化学效应、热效应、高频脉冲等效应。
()A、正确B、错误正确答案：A4.降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平防绕击的有效措施。
()A、正确B、错误正确答案：B5.球隙中的电场在任何条件下都为稍不均匀电场。
()A、正确B、错误正确答案：B6.中性点经消弧线圈接地通常采用的运行方式为过补偿状态，一般调节在10%～20%范围内。
（）A、正确B、错误正确答案：B7.当线路上接有电磁式电压互感器时，可以降低切空线过电压。
（）A、正确B、错误正确答案：A8.对固体介质，表面吸附水分和污秽存在表面电导，受外界因素的影响很大。
（）A、正确B、错误正确答案：A9.冲击电压下气隙的击穿电压值指长时间作用在气隙上能使其击穿的最低电压。
()A、正确B、错误正确答案：B10.垂直和水平接地体的根数越多，接地电阻就越大。
()A、正确B、错误正确答案：B11.当有机绝缘材料由中性分子构成时，不存在偶极子极化，这类材料主要是电导损耗，Tanδ小。
（）A、正确正确答案：A12.西林电桥只允许反接线的情况。
()A、正确B、错误正确答案：B13.在电场作用下，能在各种电工频率及各种电介质中发生，不消耗能量的极化为离子式极化。
(）A、正确B、错误正确答案：B14.气隙的伏秒特性主要用于比较不同设备绝缘的稳态击穿特性。
()A、正确B、错误正确答案：B15.当波沿传输线路传播，遇到线路参数发生突变，即有波阻抗发生突变的节点时，会在波阻抗发生突变的节点上产生折射与反射。
()A、正确B、错误正确答案：A16.油纸绝缘在直流电压下的击穿电压比工频电压(幅值)高。
500kV蓄北线因空载长线路电容效应引起的工频过电压分析与对策摘要：分析了空载长线路电容效应产生原因，对工频过电压升高进行了理论计算，并对其影响因素及应对措施进行了分析。
关键词：工频过电压；电容效应；空载长线；理论计算Abstract: the author analyzes the idling long the capacitance effects reason, thanked the increased frequency theory overvoltage calculation, and its influencing factors and its measures are analyzed.Keywords: industrial frequency overvoltage; Capacitance effects; No-load long term; Theoretical calculation1 引言电力系统的内部过电压的能量来源于系统本身的系统参数变化或配合不当，所以其幅值于系统标称电压成正比。
一般将内部过电压幅值与系统最高运行相电压幅值之比，称为内部过电压倍数Kn，表征过电压的高低。
内部过电压分为两大类，即因操作或故障引起的瞬间电压升高，称为操作过电压；因系统本身的电感、电容等参数配合不当,在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，称为暂时过电压。
暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。
2 工频过电压电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，因此又称工频电压升高。
工频过电压在超高压远距离输电确定系统绝缘水平时，却起着重要的作用。
原因有以下几点：工频电压升高的大小将直接影响操作过电压的幅值；工频电压升高的大小影响保护电器的工作条件和保护效果，例如避雷器的额定电压是由工频电压升高决定的；工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。
空载长线路电容效应引起的工频过电压一、实验目的（1）了解空载长线路电容效应引起工频电压升高的原因（2）掌握Probe Volt （节点电压测量仪）的设置和PlotXY 的使用方法（3）掌握空载长线路的电容效应引起工频电压升高的仿真分析方法。
（4）了解并联电抗器对线路电容的补偿作用。
二、实验原理（1）空载长线路的电容效应引起工频电压升高的原因输电线路具有分布参数的特性，但在输送距离较短的情况下，工程上可用集中参数的电感L 、电阻r 和电容C 1、C 2所组成的π型电路来等值，如图1（a ）所示。
一般线路等值的容抗远大于线路等值的感抗，则在线路空载（02=•I ）的情况下，在输电线路首端电压•1U 的作用下，可列出如下电路回路方程为 •••••••++=++=22221C L C L r I jX I r U U U U U以•2U 为参考向量，可画出图1（b ）所示的相量图。
由相量图分析可知，空载线路末端电压•2U 高于线路首端电压•1U ，这就是所谓空载线路的电容效应而引起的系统工频电压升高。
（a ） （b ）图1 输电线路集中参数PI 型等值电路及其相量图（a ）等值电路；（b ）相量图若忽略r 的作用，则有)221C L C L X X I j U U U －（••••=+= L U U U +=12即由于电感与电容上压降反相，且线路的容抗远大于感抗，使L U U ＞2，而造成线路末端的电压高于首端的电压。
随着输电线路电压等级的提高，输送距离变长。
分析长线路的电容效应时，需要采用分布参数电路。
（原理同前面相似，由于计算繁琐，此不再赘述）（2）并联电抗器的补偿作用为了限制空载长线路的工频电压升高，在超、特高压系统中，通常采用并联电抗器的措施。
这是因为其电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了线路的电容效应。
并联电抗器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。
随着安置地点不同，沿线电压分布也不同，总的趋势是使线路上电压分布趋于均匀和低于容许值。
并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。
（3）Probe Volt的设置和PlotXY的使用方法①Probe Volt是常用的用来测量节点电压的仪器。
在新建文件的空白处单击右键→Probes & 3-phase→Probe V olt，双击Probe Volt，可以进行相关设置。
由于电力系统中线路均为三相，所以把节点电压测量仪设置为三相，如图2所示。
图2 电压测量仪的设置对话框②PlotXY是EMTP-ATP中的一个重要模块。
通过在电路中设置不同类型的测量型探针，可以在PlotXY中描绘出随时间变化的节点电压或支路电流的波形。
在运行完ATP文件成功后（run ATP），在工具栏选择ATP→PlotXY，出现如图3所示的数据选择窗口。
在左侧的变量选择栏选定要输出的节点电压或支路电流，在右边的表格中将出现要描绘的变量名称，单击表格中的变量名即可取消该变量的波形输出。
单击右下角的Plot键，即可输出选定变量的在指定时间内的波形图。
图3 Plot的数据选择窗口在波形图下方有如图4所示的一系列图标，通过设置它们的参数可以输出更为理想的波形图。
图4 Plot的数据选择窗口这些图标从左至右依次为，Show title （显示名称）：编辑波形图的名称。
Customise plot （自定义绘制）：在General 中定义坐标为线性增长或指数增长，以及是否显示网格；在Font 中定义坐标轴刻度；在Lines 中定义波形图中的线条形式。
Manual scale （手动范围）：在该对话框里可以设置X 轴和Y 轴的最大值、最小值和单位。
Show cursor （显示游标）：通过左右移动游标来获得波形图上的对应点的坐标。
Mark （标记）：与游标配合使用可以标记波形图上的重要点。
Write WMF file （打开WMF 文件）：打开已有的WMF 文件Copy to clipbrd （复制到剪切板）：将波形图复制到剪切板。
Print （打印）：连接好打印设备后，即可打印出该波形图。
三、实验内容（1）要求：多段PI 型等效电路模块实现空载长线路末端电压（相对首端）升高的仿真（2）实例：某500kV 线路，线路长400km ，线路波阻抗Ω=260C Z ，电源漏抗为Ω=100S X ，并联电抗器Ω=1034L X ，电源电动势为E 。
求线路末端接或不接电抗器时，沿线最高电压和末端电压与电源电动势的比值。
（3）实验步骤：①理论分析。
由已知，°°°=×==2440006.006.0l λ°===21260100arctanarcran Z X C S ϕ °===1.141034260arctan arctan L C X Z β 当线路空载、末端不接电抗器时，线路末端电压最高，由公式推导可得)cos(cos 2ϕλϕ+=••E U （1） 则线路末端电压与电源电动势的比值为 32.1)2124cos(21cos )cos(cos 2=+=+=°°°ϕλϕEU 当线路空载、末端接电抗器时，线路上最高电压与线路末端电压可由式（2）和式（3）计算。
)cos(cos βϕλϕβ−+=••E U （2） )cos(cos cos 2βϕλβϕ−+=••E U （3） 它们与电源电动势的比值为 09.1)1.142124cos(21cos )cos(cos =−+=−+=°°°°βϕλϕβE U ，06.11.14cos 09.1cos 2=×==°ββEU E U 从本例的计算数值可知，线路接有并联电抗器后，能有效地限制空载长线路的工频电压升高。
②按图5和图6搭建仿真电路图5 线路空载、末端不接电抗器时的仿真电路图图6 线路空载、末端接电抗器时的仿真电路图通过比较两个探测仪的电压波形来观察空载线路电压升高的情况以及电抗器的作用。
③参数设置PI 形输电线路及各模块的设置如图7所示。
交流电压源频率为50Hz；幅值如图7（a）中所示，我们在Amplitude 处选择RMS L-L，可以实现每相电压幅值是kV 3/2500×；初相角为°0。
电压源的等效电阻为Ω0.2、电感为100Ω。
并联电抗器的电感为1034L =Ω。
在选型方面，注意所有的元件都是三相的。
电压源要选择为三相；电压源的内阻选择Branch linear（线性元件）→RLC 3-ph（RLC 三相电路），通过设置电阻和感抗来实现；PI 形电路选择Lines/Cables （架空线路/电缆）→Lumped （集中参数）→RLC Pi-equiv.1…（RLC Pi 形电路）→3 phase（三相电路）来实现，设置参数时，忽略互感现象，只设置各自相单独的电阻、感抗和容抗；线路末端的电抗器选择参考电压源内阻，只需要设置感抗值即可。
打开菜单ATP→Settings，在ATP Settings 窗口将步长“delta T”设置为0.001s，将最大时间“T max ”设置为0.1s。
选择了“Power Frequency”之后，把“Xopt”和“Copt”均设置为工频50Hz,这样就能够把电感和电容的单位从毫亨（mH）和微法（μF）分别改为感抗和容抗的单位欧姆（ohm）和毫欧（μmho）。
（a）电压源模块参数设置（b）Xs模块参数设置（c）PI型输电线路参数设置（d）电抗器参数设置图7 各模块的参数设置④仿真及结果在运行ATP文件以后，选择PlotXY输出波形图，空载长线路末端电压升高如图8、9所示。
图8 不接电抗器的电压升高 图9 接电抗器的电压升高 结果分析：按题意理论计算可得，末端不接电抗器时，32.12=E U ；接电抗器时，06.12=EU 。
由读数可知，不接电抗器时，52 5.47210V U =×，而V 1008.43/21050053×≈××=E ，故5255.47210 1.344.0810U E ×≈≈×，误差为1.34 1.32100% 1.52%1.32×≈－，在合理范围内。
接电抗器时，52 4.346310V U =×，故5254.346310 1.0654.0810U E ×≈≈×。
综上可知，仿真结果与理论分析结果一致。
四、实验报告要求（1）观察并联电抗器前后，线路末端电压和首端电压比值的变化。
（2）观察随着并联电抗器的位置不同，沿线电压分布的变化。
（3）观察随着线路长度的变化，工频电压升高情况，并计算末端电压相对始端电压抬升百分比，填入表1中。
表1 不同长度线路对应的电压抬升百分比（%）电压抬升百分比% 电压等级400km 600km 800km 1000km 500kV解：我们只需要在Pi 形线路模型中改变线路的长度就可以观察不同长度线路的电压升高情况。
当输电线路长度为400~1000km 时，对应的首末端电压波形如图10所示。
（a）线路长度为400km （b）线路长度为600km（c）线路长度为600km （d）线路长度为1000km图10 不同长度输电线路的首末端电压波形 五、仿真练习某500kV 线路的参数如下：10.01876/km R =Ω,00.1637/km R =Ω;10.8489/km L mH =,0 2.5466/km L mH =；10.01312/km C F μ=,00.00866/km C F μ=。
已知该线路长400km ，求该线路空载时的末端电压升高的倍数。
并尝试在该线路的不同部位添加电抗器，观察电抗器抑制电压的作用。
（提示：由于题中给定了线路的正序和零序阻抗，所以可以选择三相对称的RLC Pi 形线路模型进行仿真。
即：Lines/Cables →Lumped →RLC Pi-equiv.1…→3 ph. seq.） 解答：仿真电路图如图5所示，波形如图11。
电抗器请同学们下来自己添加。
图11 仿真练习图。
