华北电力大学电力系统过电压上机计算

《电力系统过电压》课程设计
任务书
一、目的和要求
1．熟练使用EMTP程序。

2．掌握集中参数、分布参数回路中的暂态计算方法。

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。

4．了解输电线路防雷分析的数值计算方法。

二、主要内容
1．EMTP简介；
2．简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算
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。

计算参数见附
录1。

3．工频过电压计算和分析
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。

4．操作过电压计算和分析
合闸、重合闸空载输电线路的统计操作过电压计算；统计开关的使用；并联电
抗器、避雷器的作用。

5．输电线路耐雷水平计算
在考虑接地电阻变化的情况，得出输电线路耐雷水平
三、进度计划
四、设计成果要求
1．计算程序（电子版），包括原始数据输入文件（*.adp，*.atp）、计算结果输出文件（*.lis），*为学号。

2．设计报告，包括简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算、工频过电压（或操作过电压、线路耐雷水平）计算结果及分析。

五、考核方式
综合以下方式给定成绩（五级计分制）。

1．程序、设计报告等设计成果。

40%
2．独立工作能力及设计过程的表现。

60%
六、参考书
1．实验教材：《A《电力系统过电压上机计算指导书》
2．《ATP使用说明》电子版
3．《过电压防护及绝缘配合》，张纬钹编著，清华大学出版社，2002年5月第1版4．《国家电网公司输变电工程典型设计---330kV输电线路部分》中国电力出社版5．《国家电网公司输变电工程典型设计---220kV输电线路部分》中国电力出社版6．《国家电网公司输变电工程典型设计---500kV输电线路部分》中国电力出社版7．《国家电网公司输变电工程典型设计---110kV输电线路部分》中国电力出社版
学生姓名：
指导教师：屠幼萍
2007 年12 月28 日
附件1 简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算练习题
习题1
集中参数电路暂
计算步长s t 01.0=∆，最大计算时间：s t 10max =。

输出全部节点电压。

习题2 分压器的简化电路图如下：
参数：
F
C F C mH L R μμ603
3100.10100.15105.010---⨯=⨯=⨯=Ω=
计算步长：s t 9100.1-⨯=∆，最大计算时间：s t 9
max 100.140-⨯=。

输出全部节点
电压及R 、L 、C 串联支路的电流。

习题3 恢复电压计算
)90602cos(6711.3648)(01-⨯-=t t i π；)90602cos(6711.3648)(02-⨯=t t i π
计算步长：s t 6100.1-⨯=∆，最大计算时间：s t 6
max 100.200-⨯=。

输出全部节点电压。

习题4 波在单相线路上的传播
参数：
Ω
=Ω=Ω=Ω=50050500504321S S S S Z Z Z Z
s
m s
m v s m v s m v /100.1/106.0/100.1/106.094939
291⨯=⨯=⨯=⨯=ν m
l m l m
l 600500600321===
计算步长：s t 61025.0-⨯=∆，最大计算时间：s t 6
max 100.20-⨯=。

输出全部节点电压。

习题5 180km 三相全换位输电线路，分别在60km 和120km 处换位，等均分为18段，其电路图如下：
电路参数：（下列参数中ωC 、ωL 全部按f =3000HZ 给出）
1. 集中参数
Ω=0.4001R ，Ω=0.152R
2. NP 三相π型电路，参数为
[]KM R 10/002.38455.37735.35455.37002.38735.35735.35735.35372.34Ω⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡=
[]KM L 10/79.45172.15143.16472.15174.45143.16443.16443.16468.457Ω⎥⎥
⎥⎦⎤
⎢⎢⎢⎣⎡=ω
[]KM C 10/16587.00219.00315.00219.016587.00315.00315.00315.015781.01-Ω⎥⎥
⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡------=ω
3. 电源
)90602cos(0.1)(0-⨯-=t t U EA π；)210602cos(0.1)(0
-⨯-=t t U EB π
)30602cos(0.1)(0
+⨯-=t t U EC π
4. 时空开关
计算步长：s t 00006296.0=∆，最大计算时间：s t 04.0max =。

输出18-C 、18-B 、18-A 三个节点的电压。

习题6 180Km 分布参数输电线路及集中参数电路计算
电压源，R1、R2，开关参数均同第七题。

三相输电线路的参数为：（ωC 、ωL 按f =3000HZ 给出）
零序：KM mho C KM L KM R /01066.0/413.77/941.100
μωω='Ω='Ω=' 正序：KM
mho C KM L KM
R /01915.0/356.29/484.011
1μωω='Ω='Ω='
线路长度：KM l 0.180=
计算时间步长：s t 7106.4-⨯=∆，最大计算时间：s t 04.0max =。

输出18-C 、18-B 、18-A 三个节点的电压。

习题7 冲击波作用于单相线路研究
电压波形：
避雷器的伏安特性：
计算时间步长：s t 8105.2-⨯=∆，最大计算时间：s t 6
max 100.8-⨯=。

输出所有节点
的电压和避雷器所在支路电流。

习题8 求图示电路稳态解
参数：Ω=50001R ；给出）（按HZ f L 600.101=Ω=ω 三相输电线路参数为：
线路长度：KM l 0.1=
零序：s Z KM R S S 00134.032.732/89.53000
='Ω='Ω='τ，，
正序：s Z KM R S S 0926.037.287/1.5111
='Ω='Ω='τ，，
电源电压：
]
120)0.1(602cos[0.1)(]120)0.1(602cos[0.1)()]
0.1(602cos[0.1)(00
++
⨯=-+⨯=+⨯=t t U t t U t t U C B A πππ
输出：1） SA 、SB 、SC 、1A 、1B 、1C 、2A 、2B 、2C 、0A 、0B 、0C
12个节点电压；
2）支路电压U 0A-SA 、U 0B-SB 、U 0C-SC 、；
3）支路 SA-0A 、SB-0B 中ωL 的支路电流，支路0B-SB 、0C-SC 中R 的支路电
流 习题9 电容放电电路计算
时控开关K 参数 ：Tclose=0.0，Topen=1.0s 初始条件：0.1)0(0=C v ，0.0)(0=t i C
计算时间步长：s t 9101.0-⨯=∆，最大计算时间：s t 9
max 100.30-⨯=。

输出所有节
点的电压。

附件2 500kV工频过电压计算用参数
一、系统运行方式
FS1：内蒙网和华北主网分开运行。

FS2：内蒙和华北主网联网运行，丰镇侧高抗投入运行。

FS3：内蒙和华北主网联网运行，丰镇侧高抗退出运行。

FS4: 丰万、万沙线投入，内蒙和华北主网联网运行，丰镇侧高抗投入运行，万全站联变220kV侧跳开。

FS5: 丰万、万沙线投入，内蒙和华北主网联网运行，丰镇侧高抗退出运行，万全站联变220kV侧跳开。

二、系统简化等值接线及等值参数
方式2、3系统简化等值接线
方式4、5系统简化等值接线
三、线路参数
丰万线线路全长154.33km ；万全到沙岭子26.0km 。

三相输电线路的参数为（f =50Hz ）：
正序： Ω=0282.01R ，km C km L Ω=Ω=μωω/2410.4 / 2743.011 零序： Ω=3279.00R ，km C km L Ω=Ω=μωω/8839.2 / 7305.000 四、并联电抗器
丰镇线路侧并联电抗器参数为：高抗额定容量为3⨯50MV A ，中性点小电抗为500Ω。

五、预期计算结果（根据分组情况提交）
1. 方式1运行情况下的工频过电压。

即丰万线未投，从丰镇（万全）侧合空线后的空载长线容升效应，末端单相、两相短路的过电压。

根据《丰万、万沙500kV 线路调试系统潮流、暂态稳定计算分析报告》，在调试过程中丰镇高抗必须投入，所以仅计算高抗投入的情况。

共6种情况的计算。

2. 方式2、3运行情况下的工频过电压。

即丰万线投入后，丰镇侧高抗投入（退出）运行，丰镇（万全）侧正常甩负荷、单相或两相短路甩负荷的过电压。

共12种情况的计算。

3. 方式4、5运行情况下的工频过电压，即在两系统联网运行后，万全联变220kV 侧
跳开，为了考虑线路加长（丰镇到万全154.3km ，万全到沙岭子26.0km ）对工频过电压的影响，计算了在这种情况下沙岭子（丰镇）侧正常甩负荷、单相短路或两相短路的过电压。

共12情况的计算。

4. 方式2、3运行情况下，潜供电流和恢复电压计算。

计算结果包括丰镇侧、中部、万
全侧的潜供电流和恢复电压计算值；沿丰镇到万全的变化情况；判断能否采用自动重合闸及采用何种自动重合闸。

提示：1） 根据500kV 潜供电弧的研究结果，对无补偿线路，若恢复电压梯度为16.8kV/m 、
潜供电流为24A 时，则潜供电弧自灭时限推荐值为0.55~0.8s ；若恢复电压梯度为16.8kV/m 、潜供电流为40A 时，则潜供电弧自灭时限推荐值为0.7~1.0s 。

2）发生单相接地熄弧后的恢复电压梯度以间隙距离以4.2米计算。

附件3 500kV 合闸（重合闸）操作过电压计算用参数
一、系统简化等值接线
二、丰万线线路参数
丰万线线路全长154.33km ；三相输电线路的参数为（f =50Hz ）： 正序： Ω=0282.01R ，km C km L /2410.4 / 2743.011Ω=Ω=ωω 零序： Ω=3279.00R ，km C km L /8839.2 /
7305.000Ω=Ω=ωω 三、并联电抗器
丰镇线路侧并联电抗器参数为：高抗额定容量为3⨯50MV A ，中性点小电抗为500Ω。

四、断路器
万全侧开关无合闸电阻，丰镇侧开关有合闸电阻，合闸电阻阻值425Ω，接入时间7~12ms 。

五、避雷器
计算中考虑金属氧化物避雷器（MOA ）对内过电压的限制作用。

线路侧MOA 的额定电压为444kV ，变电站母线侧MOA 的额定电压为420kV 。

非线性特性如表2所示。

六、预期计算结果
1. 在开环方式下合空线操作过电压计算。

计算结果包括丰镇侧、万全侧的相对地、相
间统计过电压；沿线过电压分布情况；流过MOA 的最大电流；计算出全线闪络率。

2. 单相重合闸操作过电压计算。

计算结果包括丰镇高抗投入和退出运行两种情况下的
丰镇侧、万全侧的相对地、相间统计过电压；沿线过电压分布情况；流过MOA 的
最大电流；计算出全线闪络率。

3.三相重合闸操作过电压计算。

计算结果包括丰镇高抗投入和退出运行两种情况下的
丰镇侧、万全侧的相对地、相间统计过电压；沿线过电压分布情况；流过MOA的最大电流；计算出全线闪络率。

提示：1) 丰万线相对地50%操作波闪络电压U50%以1400kV（修正至海拔1000m为1295kV）计，标准偏差计为6%。

丰万线全长154.33km，按每档450m考虑，
总共约有340档。

据此，再根据统计过电压即可计算出全线闪络率。

2) 采用0.5s快速自动重合闸。

附件4 35kV 输电线路耐雷水平计算
一、线路情况
雷击杆塔计算示意图、计算用杆塔尺寸如图1、2所示。

图1雷击杆塔计算示意图
图2 35kV线路防雷计算用杆塔尺寸
计算中不考虑电晕的影响；大地土壤电阻率取500Ω⋅m；杆塔用分布参数表示，波阻抗查有关资料确定；导、地线参数见表1，35kV线路档距为200m。

5、6号杆以外的线路由不换位的长导线模拟。

表1 导线、地线参数
二、接地电阻范围
接地电阻应考虑季节系数、利用系数及冲击系数，在计算中取电阻变化范围为20~100Ω，正常接地电阻值取为15Ω（规程规定的上限），以上均指冲击接地电阻。

三、线路绝缘子串电气强度
35kV 的每串绝缘子由片3片X--4.5绝缘子组成，50%冲击放电电压为350kV 。

四、雷电流及雷击点
取雷电流的波形为2.6/50μs ；也可以采用斜角波拟合为双指数波：
()
t t m e e I I 936.1014.004.1---=
式中时间t 的单位为μs ；雷电流幅值I m 的单位为kA ； 雷电通道波阻抗取为450Ω；
雷击点可取接地电阻过高的三基杆塔（0、1、2号杆）。

五、预期计算结果（提交电子版计算程序、书面计算报告）
计算输电线路的耐雷水平。

计算结果包括不同接地电阻值下的耐雷水平。