工频过电压仿真测量

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。

模拟系统电压等级采用750kV ，电源等值电抗S X （包括'd X 、σX 、m X ）取值838.2mH ，线路长度取230km ，补偿电抗器P X 取值5207.2mH ，系统的其它参数取值见附录6-1。

图6-1模拟750kV 电力系统示意图
2．基本原理
无损的三相对称线路，其首末端电压和电流满足如下的长线方程：
l Z I j l U U 'sin 'cos 2
21αα += l I l Z
U j I 'cos 'sin 221αα +=
其中，
Z
：线路阻抗，单位为Ω
'α：相位系数，单位为/︒km ，'
''C L ω
α=
（ω为电源角频率，'L 、'C 分别为输电线
路单位长度的电感和电容），在空气中约为0.06/︒km
l ：线路长度，单位为km
通常，对于指定的线路，l 为已知，可通过测量1U 、1I 、2U 、2I 首先得到'α和Z ，再根据'''C L ω
α=及'
'C L Z =
，算出'L 和'C 的值。

而使用开路试验短路试验法，是利用线路末端开路时0
2=I 、末端短路时0
2
=U 这两
种特例情况，只需测量对应的1U 和1I 即能解出'α和Z ，从而得到线路的'L 和'C 值。

3．实验方法
1）测量线路参数
a ）测量线路正序和负序参数时，可直接将三相正、负序电源加在线路上，线路末端取开路和短路状态，测出对应的入端阻抗k
k k
I U Z 入入入111=
、d
d d
I U Z 入入入111=
、k
k
k
I U
Z 入入入222=
、
d
d
d
I U
Z
入入入222=
，然后解出对应的1α'、1Z 和2
α'、2Z ，进而求出线路的正序参数1L '、1C '和负序参数2
L '、2C '。

b ）测量线路零序参数时，可将三相零序电源施加于线路上（仿真时可用三个同相位
的单相电源），依然使用线路末端开路和短路的方法，测量线路末端开路和短路时的入端阻抗k
k
k
I U
Z 入入入000=、d
d
d
I U
Z 入入入000=
，然后解出0
α'和0Z ，进而求出线路的零序参数0L '和0C '。

2）测量线路电容效应
a ）无限大电源时，将三相电源直接接入线路首端，末端开路，测量线路首、末端电压，
求出传递系数E
U K 2
02
=。

b ）有限大电源时，将电源等值电抗接入线路，测量线路首、末端电压，计算线路首、末端电压升高的倍数，并求出各点间的传递系数（01K 、12K 和02K ）。

c ）电抗器补偿时，将补偿电抗器分别投入有限大电源线路的指定位置（首端、末端或其它位置），测量对应情况下线路的首、末端（及补偿点）的电压，计算线路首、末端电压升高的倍数，并求出各点间的传递系数（01K 、12K 和02K ）。

3）测量单相接地系数
在有限大电源的线路末端制造一个单相接地，测量健全相上故障前后的电压，求出单相接地系数。

四．注意事项
1．本实验测量线路电容效应时，取线路末端开路状态，测得的是线路的空载情况，这时
的过电压情况通常是最为严重的。

2．本实验是对系统进行稳态仿真计算，A TP 软件应注意设置Tmax=0。

3. 对线路参数Data 选项卡进行设置时：导线的实际半径是Rout ，在考虑导线的的集肤
效应之后，导线等效的传导半径是Rin 。

五．实验报告
1．根据仿真测量结果，计算出给定输电线路的参数（正序、负序和零序）。

2．根据所得的线路参数，计算各实验条件下的电容效应和单相接地系数，并与仿真测量
结果进行比较，并分析误差原因。

附录6-1 使用ATP 软件模拟电力系统的参数设定
1. 系统电压等级为750kV ，电源阻抗838.2mH,线路长度230km ，补偿电抗器5207.2mH ，沿线土壤电阻率为800m Ω ，线路布线结构图6-2所示：
图6-2 线路布线结构
其中地线(0)的参数如表6-1所示：
表6-1 地线的结构参数
导线(1.2.3)的结构参数如表6-2所示：
2. ATP 软件中LCC 模块的参数设定如图6-3和图6-4所示：
图6-3 LCC 中的Model 选项卡设置
图6-4 LCC 中的Data 选项卡设置。