基于EMTP-ATP的变电站铁磁谐振计算与消谐措施研究

变电站发生单相接地故障后易引发电压互感器(TV)铁磁谐振,导致TV熔丝频繁熔断,影响电力系统安全运行。为研究变电站铁磁谐振基本规律及影响因素,文中基于EMTP-ATP电磁暂态仿真软件,考虑了TV铁心的非线性特性,建立了某35 kV变电站铁磁谐振计算的分布参数模型,分析了变电站铁磁谐振的产生原因,并提出了抑制措施。研究表明:单相接地消失时刻决定了TV是否会激发铁磁谐振,若接地消失时非故障相电压为瞬时最大值,则TV将发生最严重的铁磁谐振。变电站消谐措施应优选消弧线圈与消谐器,其次是在开口三角绕组投入阻尼电阻。消弧线圈投入后,使得接地消失时刻TV三相电流降低至远小于其额定电流,从根本上避免了TV熔断器熔断;35 kV侧加装消弧线圈对于抑制10 kV侧TV铁磁谐振并无作用。安装消谐器时,在保证抑制铁磁谐振的同时,应考虑TV三相电流不能超过其额定值,避免熔丝熔断。TV开口三角绕组投入阻尼电阻值越小,对铁磁谐振的抑制效果越好,但TV三相电流越大,易烧毁熔断器;应准确判断接地消失时刻,精准投入阻尼电阻。

真空断路器的EMTP-ATP电磁暂态仿真教学研究

基于EMTP-ATP(Electro Magnetic Transient Program-Alternative Transients Program)的真空断路器电磁暂态仿真设计是“复杂电气工程系统设计”教学中的重要内容,教学难点在于截流值、介质动态绝缘强度及高频熄弧能力的准确表征,由于该过程涉及电路原理、数理统计以及计算机编程等学科知识,其仿真建模十分抽象,学生理解较为困难。本文开展基于EMTP-ATP的真空断路器电磁暂态仿真,有助于学生更好地理解断路器分合闸的物理本质,使其更直观理解断路器重燃以及预击穿过程。

35kV真空断路器开断并联电容器过电压分析

针对一起35 kV真空断路器开断并联电容器故障实例,利用EMTP-ATP软件搭建仿真模型,模拟真空断路器开断并联电容器出现过电压的情况,分析比较避雷器与阻容过电压保护器对重燃过电压的抑制效果,同时根据网内并联电容器实际运行情况提出相应的技术建议,为真空断路器开断并联电容器过电压相关问题提供一定参考。

35 kV架空输电线路雷击故障分析及防雷保护研究

为提高禹城市35 kV架空输电线路耐雷水平,并研究雷击后避雷器温升及电势变化,选取典型线路和避雷器模型进行研究。首先采用电磁暂态计算程序EMTP-ATP建立相应的35 kV输电线路模型计算雷击输电线路塔顶或避雷线时线路的反击耐雷水平,分析差异化防雷策略对线路耐雷水平的影响。分析了架设避雷线、杆塔冲击接地电阻和避雷器选型等因素对于线路耐雷水平的影响。然后采用有限元仿真软件计算了雷击后避雷器的温升及电势变化。仿真结果表明,采用全线架设避雷线、降低杆塔接地电阻和合理安装线路避雷器都可提升35 kV输电线路的耐雷水平,杆塔接地电阻越大,采用架设避雷线和降低接地电阻提高耐雷水平效果越显著;雷击后,避雷器温度出现明显的稳定上升趋势,电势和电场呈现先快速上升后下降的趋势;采用合理安装避雷器方案对耐雷水平提升效果更显著,更具经济性。

基于ATP-EMTP的海上风电送出海缆工频过电压仿真分析

海底长电缆线路的充电电容较高,在不同的运行工况下会产生较严重的过电压,而在高抗退出运行情况下,陆上架空送出线路故障产生的过电压会传送至海底电缆。结合工程实际,基于ATPEMTP软件对某海上风电场220 kV送出海缆及架空线路进行建模,对不同运行工况下送出海缆工频过电压、送出架空线路短路故障及断线故障时的海缆工频过电压进行仿真计算,结果表明,合理的高抗配置方案可有效降低海上风电送出海缆的工频过电压水平。

短路电流对二次设备电磁干扰分析及抗干扰措施

目前智能配电网的建设不断推进,加快了配电开关一二次设备相关技术的发展,也对长期处于复杂电磁环境下的二次设备提出了更高的要求。文中基于合成试验回路搭建了短路电流对配电开关二次设备电磁干扰试验平台,开展开断故障电流对相关干扰对成套设备的影响研究,分析干扰信号产生原因、频谱特性。针对干扰的特性设计一套抗干扰测量系统,利用ATP-EMTP模拟合成回路进行仿真分析并进行实际测试验证。结果表明:成套设备进行开断试验时,二次设备端口会受到较大的干扰。电流波形也会发生畸变,干扰电流的最高可到26 A,且干扰电流受电流互感器磁饱和和退饱和的影响,通过增加抗干扰措施,二次设备输出准确度与之相比提升约40%。本次的试验结果可为一二次融合成套设备中二次设备电磁兼容研究提供相关依据。

连续雷电冲击下杆塔导电混凝土基础的热效应分析

导电混凝土做输电线路杆塔基础接地已在国内多个工程中得到试点应用。但其连续雷电冲击作用下杆塔导电混凝土基础的温升特性目前尚需理论分析与试验研究。为此,考虑连续雷电冲击下土壤电离的火花效应及其累积效应,建立杆塔导电混凝土基础散流的ATP-EMTP仿真模型,计算导电混凝土的杆塔基础在受到连续雷电流冲击作用时的热稳定情况,为工程实际提供理论参考。结果表明:在雷电冲击下,导电混凝土基础的热效应改变了周围土壤的盐碱度和含水量,提高周围土壤的电阻率,使得接地电阻相较于雷击前提高了6.56%;当连续雷电冲击次数n≤2时,导电混凝土基础上产生的温升Δt=287.06<300℃,此时杆塔导电混凝土基础是安全稳定的。当n≥3时,Δt>300℃,导电混凝土基础的结构存在被破坏的可能,有可能给电力系统稳定运行带来安全风险。因此,在工程实际中采用导电混凝土基础作为杆塔接地装置,应当尽可能减小导电混凝土基础周围土壤的电阻率,增强其散流散热能力。

基于组合赋权法分析后续回击对线路反击跳闸影响研究

为探究后续回击对500 kV输电线路反击跳闸率的影响,文章统计出后续回击的次数及雷电流幅值的分布规律。通过组合赋权法分析了不含后续回击的首次回击、含后续回击的首次回击及后续回击的次数和雷电流幅值对线路反击跳闸的影响。根据后续回击次数与雷电流幅值在反击跳闸的影响比重,确定后续回击次数是线路反击跳闸的主要影响因素。根据组合赋权法分析结果,提出了一种考虑后续回击的反击闪络模型,通过ATP-EMTP模型分析后续回击对反击耐雷水平的影响。仿真结果可知:首次回击未跳闸时,考虑后续回击线路的反击耐雷水平会降低,降低程度与导线工频电压周期有关,平均降低原反击耐雷水平的36.4%。仿真结果和理论分析结果一致,可为输电线路运维和防雷设计提供有效的理论支撑。

基于串联非线性电阻组合开关的补偿电容器组投切重燃过电压研究

文中旨在研究电力系统中切除并联无功补偿电容器组时出现的过电压问题。通过ATP-EMTP软件,搭建了投切电容器组模型,仿真了普通开关和串联电阻开关在多种工况下的过电压水平。为解决串联电阻开关在限制两次两相重燃时效果不佳的困扰,提出了采用串联非线性电阻组合开关的解决方案,并对比了3种方案在限制过电压方面的效果。仿真结果表明,串联非线性电阻组合开关在两次两相重燃工况下表现出卓越的限制效果,能够有效地抑制过电压并保护电容器组绝缘。该组合开关可以作为电力系统中并联电容器组无功补偿系统设计的参考。

变电站雷电侵入波过电压研究与应用

高电压等级输变电工程的雷电侵入波保护方案需要通过仿真计算提前确定。以往研究多以仿真为主,本文以实际工程为例,首先对仿真建模的细节进行了归纳和总结,并且研究了运行方式对过电压的影响。结果显示为保障设备安全,应避免单线单变单母线长时间运行。为优化布置,提出取消高抗避雷器,与出线合用一组站内型避雷器的方案。最后用实测设备参数对仿真结果进行了校验,结果表明,设备参数改变会导致过电压重新分布,建议后续工程加强对设备参数的校验,尤其关注变压器设备。

基于ATP-EMTP的10kV配电网架空绝缘导线防雷技术研究

针对现有防雷技术雷击绝缘导线的感应过电压幅值过大、绝缘子雷击闪络率较高的问题,研究了一种基于ATP-EMTP的10 kV配电网架空绝缘导线防雷技术。首先,确定雷击点,计算架空绝缘导线的静电感应雷过电压最大幅值,并结合实际情况对过电压结果进行修正。其次,结合具体的防雷措施,建立ATP-EMTP杆塔等效模型,使用电压控制开关模拟绝缘子的闪络特性,并分析雷击的闪络特性。再次,计算雷电流作用下各节点的电压和直击雷作用下线路的雷击闪络率。最后,加入避雷线保护,使避雷线与导线发生耦合,计算导线过电压幅值,并在电压幅值变小时完成防雷保护。结果表明,当导线高度增加时,雷击绝缘导线的感应过电压幅值为420.12~460.10 kV;每个小组的绝缘子雷击闪络率均保持在30%以下,满足预期要求,线路耐雷水平显著提升。

基于ATP-EMTP的高海拔地区某110 kV线路雷击故障分析

某高海拔山区110 kV线路在经受大幅值雷电流侵入时发生三相短路故障,经现场勘查确认故障杆塔及环境状况,结合雷电监测系统中记录的雷电流幅值等故障监测数据以及历史运行数据,对雷击故障原因及线路防雷水平进行综合分析和评估。运用ATP—EMTP仿真软件构建故障杆塔模型,逐步调整雷电流幅值计算反击耐雷水平,结果表明此次故障为大幅值雷电流反击导致。最后分别对改善接地电阻、提高绝缘水平、增设避雷器等防雷措施效果进行仿真分析。并结合线路运行实况,选择合理的防治措施,从而提高线路的防雷水平。

基于动态重燃弧模型的VFTO与VFTC仿真及特性分析

为了准确分析高压开关设备操作过程中的高频、高幅值电磁干扰问题,提出了一种基于动态重燃弧模型的建模方法。利用ATP-EMTP软件建模比较了不同电弧模型下的仿真效果,探讨了燃弧电阻、线路长度、击穿延时、断口电容及燃弧电感等5种因素对仿真结果的影响规律。同时,搭建了隔离开关分合容性小电流实验线路。通过对比仿真和实测数据发现:与传统模型相比,动态重燃弧模型下暂态电压和暂态电流峰值的仿真和实测之间误差分别降低了0.64%和13.94%,且波形特征参数均在实测数据的变化范围内。表明该模型能够更准确地反映开关分合时的暂态过程,对提高开关动作过程中暂态电压和暂态电流的仿真计算精度具有重要意义。

基于BP-Adaboost神经网络的非侵入式电机工作状态识别方法

大功率设备碳排放控制是实现“双碳”目标的重要环节,为了监测大功率设备的工作状态,提出一种基于BP-Adaboost神经网络的非侵入式电机工作状态识别方法。通过ATP-EMTP软件搭建电机并网模型,对电机入口端原始信号及电网端加噪信号进行数据采集。为了利用互相关算法从噪声电信号中提取稳定特征量,提出将Pisarenko谐波分解(PHD)算法与互相关算法相结合建立电信号特征提取的优化算法。通过BP-Adaboost强分类器构建电机工作状态的识别模型。应用仿真结果表明,经过PHD算法处理并结合提出的BP-Adaboost识别方法,可有效实现电机起动谐波的检测与电机工作状态的识别,并实测验证了该方法的高精度和可靠性,实验仿真识别率为100%,实验验证识别率为96%。

35 kV PT爆炸事故及其谐振过电压分析和预防

在35 kV中性点不接地系统中,由于电磁式电压互感器(PT)的励磁电感呈现非线性特征,铁磁谐振现象在某些条件下频繁发生。文中结合一起35 kV电磁式PT爆炸事故的现场数据,利用ATP⁃EMTP软件建模仿真分析,研究事故发生过程及原因,针对此变电站运行实际情况,提出有效的消谐措施及其优化策略。分析研究表明:事故的原因是半绝缘PT在一次侧中性点接带D参数放电管的非线性电阻式消谐器进行消谐时,其放电管存在不能正常动作的风险,导致一次侧中性点对二次端子和地击穿放电,引发分频铁磁谐振;全绝缘PT一次侧中性点接消谐器的方式对抑制此类事故效果最好;最后提出针对性的的消谐措施优化策略。

雷击情况下500 kV同塔双回输电线路对并行油气管道的电磁干扰

针对输电线路在雷击情况下对同走廊并行油气管道的电磁干扰问题,结合500 kV同塔双回输电线路的运行参数,利用电磁暂态仿真程序ATP-EMTP建立输电线路与油气管道相结合的雷击暂态时域模型。在计及冲击电晕的前提下,仿真分析电晕损耗、雷击位置、雷电流幅值、管线距离、土壤电阻率及管道参数等因素对油气管道电磁干扰的影响。计算结果表明:电晕损耗使管道暂态电压发生衰减和畸变;落雷点及雷电流幅值对油气管道电磁干扰影响较大;管线距离与管道电磁干扰呈负相关;土壤电阻率及管道参数对管道电磁干扰影响较小。

架空输电线路地线取能方法

地线取能是电力系统输电网络中各类传感监测设备的一种供能方式。为此,文章对典型架空地线的取电原理进行了分析,建立了等效参数模型,对取电端口的等效电压、等效阻抗进行了数学推导。选择一条220 kV线路利用ATP-EMTP软件进行了仿真,研究了取能负载对地线电流分布的影响,分析了包括导线电流、接地电阻、档距范围、取能负载等因素对取电参数的影响规律。结果显示:受感应电势和地线自阻抗的限制,地线电流不超过10 A;取电电压随着取能阻抗的增大呈现增大趋势,最终稳定在27 V左右,当取能负载为2.5Ω时,获得最大取能功率为175.03 W。这些结果为后续取能器的设计提供了数据基础。

基于ATP-EMTP的风电机组塔筒二次雷电回击暂态分析

针对风电机组在雷击事故中严重损坏的现状,对二次雷电回击引起的暂态电位变化进行了分析研究。文中通过搭建叶片、机舱、等效圆锥体塔筒与接地系统的等效模型,考虑塔筒内部电缆与塔筒之间的耦合互感等问题,并结合某风电公司所提供数据与相关等效参数公式,搭建出π型叶片与接地体、“十段式”塔筒等效电路,后续利用电磁暂态软件ATP-EMTP计算分析塔筒在两种雷击情况下的暂态电位变化。结果表明:两种雷击均会使风电机组产生兆伏级电位变化;塔底处暂态电位变化在两种雷击情况下差别最大;二次雷电回击下塔顶暂态电位将在0.200μs时达到峰值3.856 MV,故二次雷电回击严重威胁风电机组塔筒内部结构与电子器件的正常运行,不容忽视。

基于ATP⁃EMTP的空气绝缘隔离开关分闸电弧模型

空气绝缘隔离开关需要具备一定的容性小电流开断能力,但隔离开关无灭弧功能,其在分闸过程中会产生严重的电弧,且电源侧电容电压和电弧电流会产生脉冲波,对设备绝缘造成威胁。采用高分辨率相机拍摄空气绝缘隔离开关分闸过程的电弧,发现电弧并未熄灭,不同于气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中隔离开关的电弧特征。基于此现象,文中对传统的双指数型高频电弧电阻模型进行改进,认为在分闸过程中电弧熄灭前,空气间隙的绝缘强度并未完全恢复,电弧电阻未达到1012Ω。在ATP⁃EMTP中搭建了隔离开关开断容性小电流的电路,经过分析可以发现仿真结果与试验结果趋势基本一致。该模型的建立对空气绝缘隔离开关开断容性小电流的研究具有一定的理论指导价值。

基于单端行波法的铁路接触网故障测距技术研究

现阶段应用于铁路接触网线路故障测距的方法大部分为阻抗法推导而来,影响其故障测距精度的因素较多,尤其是系统的运行方式及故障点短路阻抗,在进行多分支故障测距时可能出现无法区分是主线还是支线故障的情况,因此接触网故障测距技术的升级显得极为重要。为此,引入行波法故障测距技术,对单端行波法故障测距技术进行了研究,利用ATP-EMTP仿真软件构建接触网线路等效模型,采用模极值点的方式进行单端测距波头标定,仿真不同故障情况下单端测距算法的可行性;此外,利用监测装置结合仿真情况对接触网线路进行现场故障测距验证,结果表明单端行波法故障测距技术具有较高的精确性与稳定性。