基于EMTP-ATP的电流互感器饱和特性仿真

基于ATP2E MTP的交流特高压试验示范工程建模及仿真田　庆(国网运行有限公司,北京　100005) [摘　要]　基于晋东南—南阳—荆门交流特高压试验示范工程提供的参数,采用电磁暂态程序ATP2E MTP建立了1000k V交流输电系统的模拟仿真系统。

利用该模型不仅可以对保护方案进行有效的验证或者作相应的改进,而且可以帮助运行检修人员更轻松地了解特高压一些运行特性,比如电容电流、励磁涌流、潜供电流、合闸过电压等等。

[关键词]　交流特高压试验;ATP2E MTP;励磁涌流;潜供电流 [中图分类号]T M77 [文献标识码]A [文章编号]100623986(2007)0520019203M odeli n g and S i m ul a ti on of UHV P ilot Project Ba sed on ATP2E M TPTI A N Q ing(S tate Grid O peration Co m pany L i m ited,B eijing100005,China)[Abstract]Based on the para meters of the UHV p il ot p r oject fr om Southeast Shanxi via Nanyang in Henan p r ovince t o J in men in Hubei p r ovince,a si m ulati on model of1000kV AC power trans m issi on syste m is devel2 oped by using the electr omagnetic transient p r ogra m ATP2E MTP.W ith the data generated by this si m ulati on model,the p r otecti on sche me used f or the UHV p il ot p r oject can be validated and i m p r oved accordingly.It can als o hel p the operat ors and maintenance staffs t o understand s ome UHV operati on characteristics easier,like capacitive current,inrush excitati on current,secondary arc current and s witching overvoltage.[Key words]AC UHV testing;ATP2E MTP;inrush excitati on current;secondary arc current 研究并建立1000k V交流输电系统的模拟仿真系统,不仅可以对特高压输电系统继电保护方案进行有效的验证或者作相应的改进,而且可以详细模拟特高压交流输电(UHV)中产生的零点偏移、谐振过电压、潜供电流熄灭和短时间交流过电压升高等现象。

基于EMTP/ATP和Matlab的电力系统不平衡短路仿真与数据处理X王海祥(金陵科技学院机电学院,江苏　南京　211169)摘　要:介绍了利用EM T P/A T P进行电力系统不平衡短路的仿真过程和结果,随后给出EM T P/A T P数据转换成M atlab能够处理的数据的方法,最后给出了M atlab利用提取出的数据求出电力系统保护需要的U,I,P,Q,I2等重要数值的源代码。

关键词:EM T P/A T P仿真;M a tlab数据处理;单相短路仿真;两相接地仿真;两相短路仿真中图分类号:T M743 文献标识码:A 文章编号:1672-755X(2011)04-0017-06The Imbalance Short-circuit Simulation and Data Processing of Electric Power System Based on EMTP/ATP and MatlabWANG Hai-x iang(Jinling I nstitute of T echno lo gy,N anjing211169,China)Abstract:This article intro duces the simulation procedure and results of imbalance sho rt-circuit of electric pow er system based on EM T P/AT P,and provides how to turn the EMT P/ ATP data to the data that Matlab can pro cess,and the source co de of the im por tant values of U、I、P、Q、I2,etc.,needed in the electric pow er pro tection by M atlab.Key words:EM TP/AT P sim ulation;M atlab data processing;sing le-phase shor t-circuit simulation;tw o-phase gro und short-circuit sim ulation;tw o-phase short-circuit simulation在电力工程设计和软硬件设计时,我们往往需要一些数据作为支撑来验证设计的正确性,这时数据的获取和随后的处理就变得非常重要。

基于ATP-EMTP的变电站故障仿真发布时间：2021-06-22T09:41:38.663Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：王二辉[导读] 摘要：电力系统中，经常会出现一些故障，比如说：单相、多相短路或断线。

身份证号码：4111221989****XXXX 摘要：电力系统中，经常会出现一些故障，比如说：单相、多相短路或断线。

在系统中，变电站承担着传输电压、电流以及对其进行变换和分配的作用，一旦变电站中发生相关的故障事故，就将对其余部分产生巨大的影响，所以变电站在系统中具有非常重要的作用。

关键词：110KV变电站；ATP-EMTP仿真；雷电过电压；单相短路接地；线路空载过电压当发生故障时，线路上的电压和电流都是在一个极其短暂的时间内发生剧烈的变化，如果用传统的方法进行相关的计算、分析，那将是非常繁琐和困难的，基于上述的问题，目前，对电力系统进行仿真就显得异常重要。

电力系统仿真软件就是在此基础上开发出来的，可以对系统的暂态进行实时的分析，得到对应的电压和电流的变化情况。

在众多的仿真软件中，选择性电磁暂态程序（ATP-EMTP）就是这样的一种软件，它具有模拟复杂电力系统的功能，并且提供强大的元件模型库。

电磁暂态与电力电子仿真研究开发的大型软件包，可模拟多相电力系统的电磁、机电和控制系统的暂态特性。

主要用于电力系统电磁暂态分析、超/特高压输电系统过电压和绝缘配合、各种电力电子装置－包括高压直流输电系统应用研究。

本文将利用ATP-EMTP对变电站相关的故障进行研究，文中首先建立110kV变电站标准仿真模型，讨论并设置了标准电路模型的计算参数，然后基于ATP-EMTP仿真软件对变电站的雷电过电压、负荷侧单相短路接地、线路空载过电压进行相关的研究，通过仿真图形得到相关结论。

1 引言1.1 论文研究背景目前，由于社会对能源需求越来越迫切，从而导致了我们周围的电力系统也在不断的发展和完善，从规模上讲也在不断庞大起来，电力系统的运行也变得越发复杂。

收稿日期:2022-06-02作者简介:常惜阳(1991 ),男,工程师,硕士研究生,就职于国网宁夏电力有限公司超高压公司,研究方向:继电保护自动化㊂蒙博(1996 ),男,助理工程师,本科,就职于国网宁夏电力有限公司超高压公司,研究方向:继电保护自动化㊂变电站电流互感器饱和特性及其影响因素的仿真分析研究常惜阳,蒙 博(国网宁夏电力有限公司超高压公司,宁夏银川 750011) 摘 要:变电站运行过程中电流互感器会因电力系统的各种故障而出现稳态饱和或暂态饱和现象,因而可能对继电保护装置的动作行为产生较大影响㊂文章通过对电流互感器励磁曲线的介绍,对电流互感器饱和特性的机理进行了阐述,并借助于仿真软件建立了电流互感器的仿真模型,对变电站电流互感器饱和的不同影响因素进行仿真分析研究㊂关键词:电流互感器;励磁曲线;饱和特性中图分类号:T M 452 文献标识码:A 文章编号:1007 6921(2023)05 0114 03 目前,电网规模在不断扩大,对于其安全性㊁可靠性㊁稳定性的要求也时刻在提高㊂这就需要精确地对电力系统各种参数进行精确测量,以便对电网设备进行控制和保护㊂但是,一次设备电流㊁电压不能够直接被测量,需将其转变为二次电流㊁电压提供给继电保护装置,能够进行这种转变的设备就是互感器㊂影响变电站继电保护装置可靠性动作的一个重要因素就是电流互感器饱和特性问题,其饱和状态可以分为稳态饱和与暂态饱和㊂当电力系统发生三相对称性故障时,所产生的故障电流也是对称的[1-2],一次电流将不可能线性地传变到二次侧㊂此时,电流互感将呈现稳态饱和特性㊂但是,变电站正常运行时所发生的故障大部分是不对称性的,故障电流中含有大量非周期性分量㊂电流互感器在将一次电流传变为二次电流时需要较大的铁芯磁通,电流互感器励磁电流的数值也将变得非常大㊂在这种情况下,电流互感器将因非周期分量产生的励磁电流瞬时进入暂态饱和特性,造成继电保护装置的不可靠动作㊂因此,有必要对电流互感器的饱和特性的机理进行分析,并在稳态饱和与暂态饱和两种情况下分析不同影响因素对电流互感器饱和特性的影响效果㊂1 电流互感器的饱和机理分析1.1 电流互感器稳态饱和电流互感器未进入饱和状态时,一次电流成线性变比关系,铁芯磁通可随着电流数值变大而增大㊂但是,在电流互感器铁芯处于稳态饱和状态时,其磁通数值达到最大值,不再发生改变,将导致电流互感器二次侧无感应电动势产生,也无电流流出㊂一次电流保持数值不变,可保证励磁电流降低到0㊂当励磁电流过零点后,开始进入反向状态增大,铁芯磁通开始下降,直到进入反向数值最大,从此往复[3-4]㊂在二次侧负荷为纯电阻情况下,二次电流波形的每个半波内磁通饱和点将被斩去㊂当一次短路电流达到顶峰后,铁磁饱和达到临界状态㊂如若电流数值持续增大,则电流互感器进入饱和状态㊂在二次侧负荷为纯电感情况下,由于电感电流并不能突变,将导致电流互感器进入稳态饱和后,铁芯磁通保持不变,二次电流可保持不变㊂在电流互感器退出饱和状态后,一㊁二次电流又将变成线性关系[5]㊂㊃411㊃2023年3月内蒙古科技与经济M a r c h 20235519I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y &E c o n o m yN o .5T o t a l N o .5191.2电流互感器暂态饱和当电流互感器处于暂态饱和时,电流中非周期分量的比例相当大㊂此时,若电流互感器铁芯的磁通量不大于其处于稳态时数值,互感器将在电流的第一个半波周期内实现饱和,并且铁芯的磁通数值不再发生改变,二次侧电动势和二次电流均为0㊂此时,若一次电流侧的电流数值和时间常数越大,则二次侧电流失真越严重㊂当电流互感器的一次侧电流降低为0时,则可退出饱和状态㊂由于因磁通减小而产生的感应电动势,将给一次电流提供相反电流阻碍其减小㊂当饱和磁通不小于稳态周期分量时,电流互感器铁芯磁通将随着电流中非周期分量的不断增加而升高,直至进入饱和状态㊂在进入暂态饱和后,二次电流可降低到0㊂但是,在此种情况下,电流互感器不再会发生反向磁通饱和㊂当铁芯达到暂态饱和后,可导致二次侧时间常数的减小,在非周期分量发生衰减后,电流互感器铁芯将退出暂态饱和状态,恢复电流互感器正常的线性传递特性㊂2电流互感器饱和特性仿真2.1仿真模型笔者借助于MA T L A B中S i m u l i n k模块库,通过选用不同的硬件模块,搭建了电流互感器仿真模型㊂电流互感器仿真模型中电流互感器的变比设定为600/5,额定容量为25V A,一次绕组为单匝,穿过环形铁心,二次绕组设定为120匝㊂一次绕组R1 =0.001p.u,L1=0.004p.u,二次绕组R2=0.001 p.u(标幺值),L2=0.004p.u,表示铁心有功损耗(涡流和磁滞损耗)的电阻R m=100p.u㊂电流互感器铁芯的非线性磁化线曲线用分段线表示,并考虑铁芯可能存在剩磁的情况,假定C T一次电流为10 p.u时C T铁芯处于饱和状态,设置3个磁化电流与磁通值点[i(p.u),θ(p.u)]为[0,0;0.1,10;1, 10.5][6-7]㊂2.2仿真分析2.2.1稳态饱和仿真㊂在电流互感器仿真模型中,将断路器的合闸时间设定为0,电源的初相角设定为90ʎ,通过改变电源的幅值来模拟电流互感器分饱和仿真,二次侧电阻设定值为2Ω,电感设定为1 mH,仿真图形如图1㊁图2所示㊂图1电源为120e1/3下的二次电流波形图2电源为120e3/3下的二次电流波形通过图1和图2对比,可发现在增大电源的幅值后,电流互感器易进入饱和状态,而且随着一次电流数值的增大,饱和程度愈严重,二次电流畸变也变得非常严重㊂图3初始相位角为45ʎ的二次电流波形㊃511㊃常惜阳,等㊃变电站电流互感器饱和特性及其影响因素的仿真分析研究2023年第5期2.2.2 暂态饱和仿真㊂仿真过程中,保持电源幅值不变,改变电源的初始相位角,可以调节一次电流中非周期分量大小,从而实现不同非周期分量下电流互感器仿真的目的,将电源的幅值和初始相位角设定为120e 3/3和45ʎ,二次侧电阻设定值为2Ω,电感设定为1mH ,仿真波形如图3所示㊂通过对比图2和图3可以发现,在电源的初始相位角较小时,其电流中所含的非周期分量就越少,电流互感器的饱和程度就越小,二次电流的畸变程度则越小㊂在通过电流互感器仿真模型研究二次侧负载对于饱和程度的影响时,可以分别改变二次侧电阻㊁电感的数值进行调节,以此观察二者的影响程度㊂将电源的幅值和初始相位角设定为120e 3/3和0ʎ,电感设定为1mH ,令负载电阻R 2逐渐增大,分别取值为2Ω㊁32Ω时的仿真图如图4㊁图5所示㊂图4 电阻R=2Ω,电感=2mH 的二次电流波形图5 电阻R=32Ω,电感=2mH 的二次电流波形通过对图4㊁图5对比可以发现,当保持二次负载电感的数值并不改变,逐步增大二次负载电阻的数值,电流互感器的饱和程度将随着电阻的增大而变得更加严重㊂在增加电阻的阻值时,电流互感器由一次电流转换为二次电流后其幅值将变得非常小,波形顶部将变得非常尖㊂由此可以看出,二次负载电阻的改变对于电流互感器暂态饱和程度具有非常大的影响㊂通过上述仿真分析,可以得到如下结论:①电力系统一次故障电流越大,电流互感器的饱和程度越严重㊂②故障电流中非周期分量越少,电流互感器的饱和程度就越小㊂③二次负载中,纯电阻负载要比阻感负载更容易使电流互感器进入饱和状态㊂3 结束语笔者通过对电流互感器励磁曲线的介绍,对电流互感器饱和特性的机理进行了简要阐述,以及借助于仿真软件建立了电流互感器的仿真模型,对影响变电站电流互感器饱和的不同因素进行仿真分析,可为变电站电流互感器饱和特性的研究提供参考㊂[参考文献][1] 庄良文,傅润炜,李志勇,等.R T D S 的电流互感器模型及其饱和特性研究[J ].能源与节能,2013(2):110-112,116.[2] 蒋毅,李玉坤,董增瑞,等.X 60钢矫顽力与应力关系实验研究[J ].油气田地面工程,2019,38(12):32-37.[3] 黄鸣宇.电流互感器稳态及暂态饱和特性的分析研究[J ].宁夏电力,2009(5):1-4.[4] 张杰伟.电流互感器暂态饱和特性及差动保护应对措施[D ].淮南:安徽理工大学,2018.[5] 黄宇.电力系统电流互感器饱和特性及其对继电保护的影响与对策研究[D ].成都:西南交通大学,2018.[6] 袁兆强,凌艳.基于MA T L A B 的电流互感器饱和特性仿真分析[J ].湖北电力,2007(3):24-26.[7] 张志良.电流互感器饱和检测方法研究[D ].济南:山东大学,2018.㊃611㊃总第519期内蒙古科技与经济。