切空载变压器过电压仿真计算与试验研究
操作过电压-切空变
f0 =
1 2π L C
= 525 (Hz)
取 η m = 0 . 3 ，最大过电压倍数为
K max =的变压器， 例 2 有一台 330kV，260MVA 的变压器，铁芯材料为冷轧硅钢 ， 片，激磁电流 I
= 0 . 5 % I e ，纠结式绕组， C = 10000 pF 纠结式绕组，
截流前后变压器上的电压波形
I0为截断电流
I 0 = I m sin α
U 0 = ± E m cos α
di dt
di UL = L dt
(a) 截流在电流上升部分 (b) 截流在电流下降部分
能量观点： 能量观点： 在L - C回路中振荡
电流截流时，设激磁电流为I 对地电容C上的电压为U 电流截流时 ， 设激磁电流为 I0， 对地电容 C上的电压为 U0 ， 因电感中的电流不能突变， 充电， 因电感中的电流不能突变，向C充电，当全部磁场能量都转 到电容的电场中时，由于C值小，电容电压很高： 到电容的电场中时，由于C值小，电容电压很高：
断路器的截流值 I0
截流值I 与断路器的性能和分断电流（ 截流值I0与断路器的性能和分断电流（即变压器的空载电 流）均有关系 压缩空气断路器， 压缩空气断路器，灭弧能力 截流值比油断路器大， 强，截流值比油断路器大， 重燃次数也少， 重燃次数也少，过电压较高 采用优质铁磁材料（ 采用优质铁磁材料（冷轧硅 钢片）的变压器， 钢片）的变压器，空载电流 很小，只有几安培。因此， 很小，只有几安培。因此， 切空变过电压并不严重
2、影响因数(续) 影响因数(
变压器参数
当变压器接有较长的线路或电缆时， 当变压器接有较长的线路或电缆时 ， 由于增大了对 地电容， 地电容，切空变过电压大为降低 绕组中振荡电流产生的主磁通是链过整个铁芯， 绕组中振荡电流产生的主磁通是链过整个铁芯，变 压器另一侧对地电容也参与切空变的振荡回路， 压器另一侧对地电容也参与切空变的振荡回路，应 按变比关系将电容归算到同一侧 由于电磁联系， 由于电磁联系 ， 切空变过电压使变压器接各绕组获 得同样倍数的过电压值
切断空载变压器过电压及其限制措施
切除空载变压器过电压研究
形 为 多次振 荡 冲击 波 ， 个 快速 变 化 的冲击 波 均 每
是 由触头的重燃引起 的 ， 其陡度很高且幅值在 同
一
方 向（ 正负 方 向） 随重 燃 次数 的增 多 而增 大 。 上
过 电压 的上升 主要 是变 压器 电感上储 存 的磁 能全 部 转变 为对地 电容 的 电能产 生 的 ， 电弧熄 灭 时 ， 变
变过程中断路器发生重燃时产生过电压幅值 较未产生过 电压幅值 大的多； 断路器与变压器之 间的电缆越短 ， 压器高压侧 变 对地电容越小 ， 电压 的情况越严重 ； 过 当电缆长度大 于 ５ｍ后 ， 开断过 程中发生重燃 的可 能性 很小 ， 由电流截 流后引起 的振
荡 幅 度 也不 高 。 关 键 词 ｉ 态 过 电压 ； 路 器 模 型 ； Ｔ 暂 断 Ａ Ｐ—Ｅ Ｐ ＭＴ
Ｐ Ｕ 倍 数不 大 ； 重 燃 情 况 下 ， １ Ｖ变 压 器 一 ．， 在 １０ ｋ
次侧 对地 最 大 的过 电压 峰值 均未 超过 ２ ６Ｐ ｕ 小 ． ． ，
于过 电压 保护 规 程 对 １０ ｋ Ｖ系 统 的操 作 过 电压 １
图 ５ 断 路 器 重 燃 对 过 电压 的影 响示 意 图
中图分类号 ： Ｖ ３ ｖ ３；Ｖ ３ Ｔ ７ ４； ７ Nhomakorabea ７ ７ ｒ
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：０ １２ ８ （０ ０ ０ －１０ ２ １０ －１４ ２ １ ） ５０ １ － ０
１ 概
述 ∞ ：ｏ： 挪 ２。 ２ ２ ，
切除空 载变 压器 是 电力 系统 内部 过 电压 的主 要原 因之一 。笔 者通 过对切 除 空载变 压器 过程 中 是 否产 生截 流 、 断路 器 与 变 压 器 间 电缆 长 度 等几
操作过电压的仿真与统计计算-中国电机工程学会
图 2 变压器的 Π 型等值计算电路
对 500kV 主变，将其换算到高压侧的值 为：
RT
PsVN 2
S
2 N
103 1.588
XT
Vs 100
VN 2 SN
103 131.02
3) 线路模型 在 ATP 仿真中采用 Jmarti 模型。 4）开关模型 电力系统绝缘配合要正确处理过电压大
3 ATP 仿真模型
3.1 参数选择 1）、发电机 额定功率 175MW，额定电压 15.75kV，
额定功率因数取 0.9， X " =0.222。 d 2)、变压器 本文中所采用的主变额定容量为
400MVA，额定电压 550kV，低压侧额定电 压 15.75kV，联接方式为 YN/d11 联接。空载 损耗 200kW，负载损耗 840kW，空载电流 0.19％，阻抗电压 17.325％。
过电压概率分布计算的误差，可用过电 压幅值平均值的精确解即数学期望 M（u）
与统计模拟法计算得到的样本估计值 u 的
差值 来衡量， M u u 。由于无法
知道过电压概率分布的精确解，一般只能给 出统计模拟的估计误差，如取置信度为 95.5 ％ ， 试 验 次 数 为 n ， 则 给 出 误 差 为
2 统计算法简介
2.1 统计算法的提出 在研究输电线路与电力设备的过电压和
绝缘配合时，曾习惯于采用确定性法。由于
过电压和绝缘强度的统计性质，实际上确定 性法不能定量地给出绝缘故障率，因此给合 理地选择绝缘水平造成困难。
七十年代以来国内外相继推荐采用统计 法对自恢复绝缘进行绝缘配合。统计法把过 电压和绝缘强度都作为随机变量，在确定它 们的分布规律以后，可以定量的计算出故障 率，使有可能从不同的安全要求出发进行绝 缘的优化设计，并进行各种影响因素的敏感 性分析。
真空断路器断开空载变压器的过电压限制
真空断路器断开空载变压器的过电压限制一、切空载变过电压产生原理1．截流过电压产生原理。
截流过电压是指真空开关开断空载变压器的小电感电流时，由于真空开关的强分断能力，出现电流在未到达自然零点前被强行开断的现象。
这主要是由于电弧电流较小时，阴极斑点提供的金属蒸汽不够充分和稳定引起的。
真空电弧主要由电极在分断瞬间受热引起金属蒸发而形成。
电弧使电极表面出现一些斑点，这些斑点上的金属会不断熔化和蒸发来维持真空电弧。
开断大电流时，金属蒸汽充分蒸发，电弧比较稳定，是在工频电流自然过零时断弧。
试验证明，开断几百至几千安的交流电流时，一般不会发生截流现象。
开断小电流时，如空载变压器激磁电流(一般只有额定电流的0.6％～2％)。
由于弧柱扩散速度太快，阴极斑点附近的金属蒸汽压力和温度剧降，使金属质点的蒸发不能维持弧柱的扩散，造成电流到达零点之前的某一瞬时值Ij时发生强制熄弧即截流。
C为变压器对地等效电容，L为变压器励磁电感。
假定截流在i＝Ij时发生，即Ij＝Imsina，由于截流，使回路中电流变化率di／dt很大，电感上的压降U1＝Ldi／dt很大，形成过电压。
从能量角度阐述，截流瞬间，绕阻中储有磁场能量Li2j／2，在电容中储有电场能量CU20／2，这些储存的能量在L—C回路中振荡，振荡频率f0＝1／2πLC，由于C值一般很小，所以当全部储能都转化为电场能的瞬间，在电容C上将出现很高的过电压，即截流过电压。
2．切空载变截流过电压中的重燃。
实际上，切空载变压器时，刚截流的初始阶段，触头分开距离很短，触头间介电强度很有限，并按一定的速度逐渐增长，而恢复电压却因高频振荡升高得很快，恢复场强等于介电强度时，发生第一次重燃。
C上的电荷通过C～K～CS回路进行高频放电，其储能迅速消耗掉，C上电压迅速降低到电源电压U0。
当再次断弧时，在高频放电时间内，因部分能量已被消耗掉，故此时的电感电流及其总磁场能比原来小一些，第二次恢复电压的幅值也比第一次小一些。
18 切空线过电压解析
当线路上电压振荡到3Em瞬间，由于回路中流过的 是容性电流，此时高频振荡电流刚好过零，电弧于 是熄灭(第二次熄灭)。线路上电荷无处泄漏，对地 电压保持3Em。而断路器断口母线侧对地电压仍按 正弦规律变化，半个工频周期后，触头间恢复电压 可达4Em。
若此时电弧再次重燃，又将引起一个振荡过程，使 线路上的最大电压绝对值可达5Em…… 依次类推，线路上的过电压将不断增大，不过实际 上，现代断路器的触头分离很快，灭弧能力很强， 在绝大多数情况下，只可能发生1～2次重燃。
一、产生根本原因和过程
1、原因： 断路器分闸过程中的电弧重燃现象
切除空载线路时，断路器切断的是较小的容性电流 ，通常为几十至几百安，比短路电流小得多。然而 ，在分闸初期，由于断路器（特别是油断路器）触 头间恢复电压上升速度可能超过介质恢复强度的上 升速度，造成重燃现象，从而引起电磁振荡，出现 过电压。 运行经验表明： 断路器灭弧能力越差，重燃几率
其基准值常取电网最大工作相电压幅值Uphm。 内过电压倍数： K=内过压幅值∕最大运行相电压幅值
9.1 切除空载线路过电压
切除空载线路是电网常见的操作，引起的过电压 幅值大、持续时间长，是按操作过电压选择绝缘 水平的重要因素之一。
实际中，常见切空线过电压引起阀式避雷器爆炸 、断路器损坏、套管或线路绝缘闪络等。
2、加装并联分闸电阻：
降低触头间恢复电压，避免电弧重燃的有效措施
分闸时主触头S1先断开，R被串联 在回路中，抑制了振荡，其两端电 压不高，故S1中不易发生电弧的重 燃。经1.5～2个工频周期，辅助触头S2断开，由于 振荡已受到抑制，线路残余电压较低，R的接入使 稳态电压也降低，故S2中也不易发生电弧的重燃。
1 2 C U 若略去截流瞬间电容上储存的能量 2 T 0 ，则
阐述变电站内部过电压仿真计算方法
阐述变电站内部过电压仿真计算方法引言就变电系统而言，电力系统过电压，是发展高压、超高压以及特高压电网所必须重点研究的课题之一。
它决定了变压器、输电线路、断路器等设备的绝缘强度设计问题，还影响到电力系统的安全可靠运行。
各种类型的过电压，如在正常运行或者切除故障时所引起的操作过电压，雷闪放电引起的大气过电压等，都是由于电力系统中突然出现的电磁暂态过程激发而成的，电力系统中含有很多种非线性电磁元件，如：避雷器、铁磁电感、具有分布参数特性的输电线路等，有的时候还需要考虑输电线路参数随频率变化的特性等。
因此，要分析电力系统中的电磁暂态过程是非常复杂的，一般的解决方法也只是局限于过电压时的原理分析以及简单情况下的分析计算。
而按照实际工程条件下计算过电压时，则必须借助模拟方法和数值计算方法。
1.过电压的计算方法过电压计算方法种类繁多，其中，贝杰龙法一直是被普遍认可且是实际运用最为广泛的。
这种方法的思路主要是从线路的贝杰龙数学模型中得来的，它主要是把分布参数的线段作为集中参数的模型，然后用集中参数电路的结点分析法计算。
道米尔等人在1969年研究出了参考贝杰龙方法的通用电磁暂态程序（EMTP），该程序在大型复杂系统的计算中已经得到了广泛应用。
由加拿大曼尼托巴高压直流输电研究中心开发出的电力系统仿真软件（PSCAD/EMTDC），在过电压的计算上也参考了贝杰龙方法。
过电压的计算，必须特别考虑线路参数的频率特性。
80年代末至90年代中期，马蒂和他的学生卡斯特仑提出了输电线过电压计算的改进模型，同样，是建立在贝杰龙方法的基础上，这种改进模型将线路参数的频率特性考虑在内，并且计算的准确度有了很大的提高。
随后开发的仿真软件中，也沿袭了这种模型。
显而易见，贝杰龙方法在线路过电压计算方法中最经典的，后来的改进算法也是在其基础上逐步发展起来的。
因此，用贝杰龙方法计算过电压，既满足实际工程设计的需要，且计算方法简单，计算中所要用到的参数少，容易获取。
抑制变压器截波过电压的仿真分析
２ 配变暂态模型
配电变压器作冲击试验时 ， 以认为铁心 的磁导 可 率为常数 ， 变压器是一个线性 电路 ， 低压模拟试验的结
果可 以应用于高压试验 。 由电机学的知识我们知道： Ｅ ＝４ ４ｉ ｌ ｌ ． ４Ｎ
Ｅ ＝ ．４Ｎ ４ ２ ４４ｆ ￣ ，
图 １ 变 压 器 的 时 域 等 值 电 路 图
ｆ ＝ 。 ｓ。Ｌｉ Ｍ ｕ （ ＋ ）＋ ｄ＋１２ ｓ Ｒ Ｒ ｉ ｌ ２ ｄ ｉ
？ （） … ３
【（ Ｒ２２ ＋１ ｏ ＋） Ｌｉ ＝ ２＋面 ｄ ｄ ｉ ｓ ｌ
３ ２ 仿真模 块 ．
根据式 （ ） ３ 所列 的微分方程 ， 并借 助于 Ｍ ｔ 软 ａ． １ Ａ￣ 件中 Ｓ ｕｎ 模块库 ， ｉ ｌｋ ｍ ｉ 可以构建出如 图 ２所示 的仿真 模 块 Ｊ 。 。
ｏ ｅ ｔ ｎ ｆｒ ｒ Ｌ ｇ ｔ ｇ ｓ ｒ ｅ ｖ ｈ ｇ ｓ ｈ ｇ ｅ ｍｐｉ ｄ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｉｎ ｖ ｒ ｏ ｔｇ ｈ ｔｔ ｅ ｔ ｎ ｆ ｒ ｅ ｆｔ ｎ ｆｔ ａ ｓｏ ｍｅ ． ｉ ｈ ｉ ｕ ｇ ｏ ａ ｅ ｉ ｉ ｒ ａ ｌ ｕ ｅ ａ ｄ ｓ ｐ ｔａ ｓｅ ｔ ｅｖ ｌ ｅ ｔ ａ ｈ ａ ｓｏ ｈ ｒ ｎ ｈ ｔ ｅ ｏ ａ ｒ ｍ ｒｏ ｅ ｍｅ ｔ Ａ ｏ ｆｔａ ｓｏ ｅ ａ ｅ ｓ ｌ ｄ ｎ ｇ ｄ ｂ ｉｈ ｉ ｇ ｕ ｄ ｒ ｌ ｈ ｎ ｒ ｔｃ ｉｎ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｔ ｕ ｔ ｄ ｎ ｎ ｌ ｓ ｎ ｅ ． ｌ ｔ ｎ ｆｒ ￣ ｒ ｔ ｌ ａ ａ ｅ ｙ ｌ ｔ ｎ ｅ ｉ ｒ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔ ａ ｕ ｅ ， ｈ ｓ ｓｕ ｙ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｉ ｏ ｒ ｍ ｉ ｇ ｎ ｇｉ ｏ ｓ
Ｓｉ ｕｌｔ ｄ Ａｎａｙ ｉ ｆｔ ｎｔｏ ｌ ｍ ａｅ ｌ ｓｓｏ ｈｅ Ｃｏ ｒ ｌｉ ｎｇ Ｃｈｏ ｐｉ ｇ Ｏｖ ｒ ｏｔ ｇ ｆｔ ａ ｆ ｒ ｅ ｐ ｎ ｅ ｖ ｌａ ｅ ｏ ｈｅ Ｔｒ ｎｓｏ ｍ ｒ
18切空线过电压总结
uC
1 WL LT I 02 2
1 WC CT U 02 2
此后在LT、CT回路中发生电磁振荡，某一瞬间，全部电磁能 量均变为电场能量，电容CT上将出现最大电压 U max ,因而
1 1 1 2 2 CT U max LT I 0 CT U 02 2 2 2
U max
LT 2 I 0 U 02 CT
当线路上电压振荡到3Em瞬间，由于回路中流过的 是容性电流，此时高频振荡电流刚好过零，电弧于 是熄灭(第二次熄灭)。线路上电荷无处泄漏，对地 电压保持3Em。而断路器断口母线侧对地电压仍按 正弦规律变化，半个工频周期后，触头间恢复电压 可达4Em。
若此时电弧再次重燃，又将引起一个振荡过程，使 线路上的最大电压绝对值可达5Em…… 依次类推，线路上的过电压将不断增大，不过实际 上，现代断路器的触头分离很快，灭弧能力很强， 在绝大多数情况下，只可能发生1～2次重燃。
越大，过电压幅值也越高。
2、发展过程：
断路器分闸后，若触头间耐电强度的恢复超过恢 复电压的升高，电弧就会熄灭，线路被断开，在 断路器两侧都不会产生过电压。反之，则断口间 就会发生电弧重燃。 在最严重的情况下，即断口间恢复电压达到最大 （2Em）时发生电弧重燃，在重燃瞬间电源电压 Em突然加在电源及线路电感L和初始值为-Em的 线路电容C组成的回路上，就会产生高频振荡， 在振荡过程中将产生过电压(第一次重燃) 。 若忽略损耗，振荡中线路上电压幅值约为3Em。
（1）对35kv和66kv系统，如单相接地电容电流IC不超过 10A时，中性点可采用不接地方式；如IC超过该值，应采用 经消弧线圈接地方式；
（2）对于不直接与发电机连接的3～10kv系统，IC的容许值 如下：
① 由钢筋混凝土或金属杆塔的架空线构成者：10A； ② 由非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线构成者： 3、6kv——30A；10kv——20A； ③ 由电缆线路构成者：30A。 （3）对与发电机直接连接的3～20kv系统，若IC不超过4A （6.3kv，≤50MW）、3A（10.5kv，50～100MW）等，其中 性点可采用不接地方式；如超过以上值，应采用消弧线圈接 地方式。
切空载变压器过电压仿真计算与试验研究
摘要:本文对切空载变压器所产生的截流过电压进行了研究。利 用 ATPDraw程 序 ，建立切空载变压器的仿真计算模型，考虑不同
型号的变压器与不同长度电缆的组合，计算所产生的过电压，并将现场试验所取得的数据与仿真结果进行对比。
空载变压器等，在这些操作过程中可能出现幅值较高的过 在切断小电流时熄弧能力较弱，不会产生在电流过零前熄
电压。有时其过电压倍数可达5 倍'这是变压器所不能承 弧的现象。但是真空断路器切断较小的空载电流时，可能
受的。用来限制பைடு நூலகம்种过电压最常用的方法是在变压器侧安 在电流过零之前发生强制熄弧(如果激磁电流很小甚至可在
sin2a -,
绕 组 的 铁 芯 材 料 有 关 ，用 热 轧 硅 钢片 作铁 芯 的 变压 器空 载 电 流 大 ，而 冷 轧 硅 钢 片 作 铁 芯 的 变 压 器 空 载 电 流 很 小 ，有 的 只 有 0.3%额定电流。而现在使用的变压器大都为冷轧 式 ，其空载电流很小，截流时的幅值也比较小，因此，切空 载变压器产生的过电压倍数也不高。
Internal Combustion Engine & Parts
0.17赘。② 真 空 断 路 器 不 考 虑 燃 弧 ，采 用 三 相 时 控 开 关 来 模 拟 。③ 电 缆 采 用 A T P 里 的 L C C 子 程 序 来 模 拟 ，采用 Single Core Cable模 型 。④ 变 压 器 采 用 BCTRAN模型来 模拟。
2 仿真模型 运 用 仿 真 软 件 — A T P 进 行 仿 真 计 算 。 ATP (Alternative Transient Program ) 是计算电磁暂态现象以及 电机原理应用最广泛的数字仿真软件之一。A TP程序可以 求 解 包 括 旋 转 电 机 、电源、变 压 器 、避 雷 器 、线 性 与 非线 性 元 件 、控 制 系 统 、输 电 线 和 电 缆 等 多 种 模 型 组 成 的 大 型 电 力系统的稳态和暂态过程[3]。 切空载变压器的仿真模型如图2 所示。 ① 电 源 米 用 二 相 电 源 ，最 大 短 路 容 量 为 600MVA，最 小 短 路 容 量 为 200MVA，算 得 X s 最大为0.52赘，最小为
切空载变压器过电压的危险点分析与控制
保 护 规 则 ， 变 压 器 上 承 受 电 压 最 大 值 Ｕ＝ ＋ 吐 ， 主 Ｔ ２ 即
取 决 于 避 雷 器 的残 压 值 入 侵 波 陡 度 ０及 主 变 压 器
与 避 雷 器 之 间 的 电 气 距 离 ， 此 ， 雷 器 的 选 择 及 安 因 避
装 位 置 应 遵 循 有 关 规 定 。 如 ， 择 残 压 值 较 低 的 金 属 例 选 氧 化 物 避 雷 器 并 良好 接 地 ． 尽 量 缩 短 与 变 压 器 间 的 电
防 止 过 电 压 的 发 生 和 进 行 有 效 的 保 护 。 过 电 压 破 坏 变 压 器 绝 缘 有 ２种 情 况 ： 种 是 将 绕 组 与 铁 心 （ 油 箱 ） 一 或 之 间 的 绝 缘 、 压 绕 组 与 低 压 绕 组 之 间 的绝 缘 （ 些 绝 高 这 缘 称 为 主 绝 缘 ） 穿 ； 一 种 是 在 同 一 绕 组 内 将 匝 与 匝 击 另 之 间 或 一 段 绕 组 与 另 一 段 绕 组 之 间 的 绝 缘 击 穿 。 由于 过 电 压 时 间极 短 ， 电 压 从 零 上 升 到 最 大 值 再 下 降 到 零 均 在 极 短 的 时 间 内完 成 ， 而 具 有 高 频 振 荡 的 特 性 ． 因 其 频 率 可 达 １ ０ｋ ０ Ｈｚ以 上 。在 正 常 运 行 时 ， 网 的 频 率 是 电 ５ ０Ｈｚ 变 压 器 的 容 抗 很 大 ， 感 抗 很 小 ， 此 可 以 忽 略 ， 而 因 电容 的 影 响 ． 流 完 全 从 绕 组 内部 流 过 。 电
很 高 ， 易造成 绝缘损 坏 。 此 ， 须采取必要 的措施 ， 容 因 必
样 在 系 统 内 出 现 大 气 过 电 压 或 操 作 过 电 压 时 ， 很 可 能
切除空载长线过电压仿真实验报告
切除空载长线过电压仿真实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过仿真实验，探究切除空载长线过电压的原理及其影响因素，并分析其解决方案。
二、实验原理1. 切除空载长线过电压原理当负载电流突然中断时，由于感抗和容抗的存在，导致线路两端产生高电压脉冲。
这种脉冲电压可能会对设备造成损害。
为了避免这种情况发生，需要对线路进行保护。
切除空载长线过电压的原理是通过在线路上安装熔断器或保险丝等保护装置，在负载电流中断时快速切断线路，以防止高电压脉冲产生。
2. 影响因素切除空载长线过电压的影响因素有：（1）熔断器或保险丝的额定电流：熔断器或保险丝的额定电流应该与负载电流相匹配，否则无法有效地保护线路。
（2）负载类型：不同类型的负载对过电压产生的影响不同。
例如，感性负载会产生更高幅值和较长时间的脉冲电压。
（3）线路长度：线路长度越长，过电压产生的可能性越大。
三、实验设备本次实验所使用的设备有：（1）Matlab仿真软件（2）电阻、电感、电容等元器件（3）示波器四、实验步骤及结果分析1. 搭建仿真电路根据切除空载长线过电压的原理，搭建仿真电路。
将熔断器或保险丝与负载并联，通过Matlab仿真软件模拟负载突然中断时的情况。
2. 进行仿真实验在进行仿真实验前，需要确定熔断器或保险丝的额定电流，并选择不同类型的负载和线路长度进行测试。
通过示波器观察过电压波形，并记录幅值和时间。
3. 结果分析通过对不同类型负载和线路长度进行测试，得到了不同条件下过电压波形的幅值和时间。
根据实验结果可以发现，在感性负载下，过电压幅值较高且持续时间较长；而在容性负载下，则相对较小且持续时间较短。
此外，在较长的线路中，过电压产生的可能性更大。
五、实验结论通过本次仿真实验，可以得出以下结论：（1）切除空载长线过电压的原理是通过在线路上安装熔断器或保险丝等保护装置，在负载电流中断时快速切断线路，以防止高电压脉冲产生。
（2）影响切除空载长线过电压的因素包括熔断器或保险丝的额定电流、负载类型和线路长度等。
为何切除空载变压器会引起过电压
为何切除空载变压器会引起过电压切除空载变压器是系统中常见的⼀种操作。
变压器在空载运⾏时，表现为⼀励磁电感Lm，因此切除空载变压器，也就是切除电感负载。
⽽切除电感负载，就会引起操作过电压。
图（a）为切除空载变压器的等值电路。
其中C为变压器绕组及其连线的对地杂散电容，Ls为电源系统电感（Ls＜＜Lm。
由于感抗ωL2与由电容C引起的容抗1/ωC相⽐很⼩，所以流过断路器QF的电流i，也就是⼯频励磁电流，它的相位⾓⽐电源电动势落后90°。
现在假定励磁电流i0在⾃然过零点之时被切断，那么在这⼀瞬间，电容和电感两端的电压恰好达到最⼤值，即等于电源电动势e的幅值Em，⽽电感Lm中的电荷通过Lm放电，并在衰减过程中消失。
显然这样的合闸过程不会引起过电压。
但是当断路器具有强烈的熄弧功能时，由于励磁电流很⼩，所以在电流⾃然过零点之前就可以强⾏切断，如图所⽰。
在此截流瞬间，电感中的贮能L i02/2是不会消失的，因此截流的结果将迫使绕组中的贮能以振荡的形式转换给杂散电容，其值为CU2/2，切除空载变压器所产⽣的过电压的⼤⼩，主要与变压器回路的参数及开关的性能有关，因L i02/2= CU2/2 ，截流过电压U=i0√L/C。
空⽓开关的熄弧能⼒强，截流⼤⽽且重燃次数少，故能引起较⼤的多电压。
充油断路器等熄弧能⼒弱的断路器，其截流⼩⽽重燃次数多，多次重燃将使铁芯电感中的贮能越来越⼩，故过电压的幅值也较低。
通常认为在中性点直接接地的电⽹中，切断110～300kV空载变压器的过电压⼀般不超过3UΦz（变压器的最⾼运⾏相电压），个别可达6 UΦz。
在中性点不接地或经消弧线圈接地的35～154k电⽹中，切空载变压器所产⽣的过电压⼀般不超过4 UΦm，个别可达7 UΦm。
变压器的励磁电流越⼩，则过电压也越⼩。
对切空载变压器所产⽣的过电压，可⽤阀型避雷器限制。
另外装有并联电阻的断路器，可以将变压器等值电容C两端的电荷通过并联电阻泄漏出去，也能限制此种过电压。
第三节切除空载变压器过电压
若略去截流瞬间电容上所储存的能量
1 2
CTU
2 0
，则
Umax
LT CT
I
2 0
ZT I0
式中ZT
LT —变压器的特性阻抗
CT
截流现象通常发生在电流曲线的下降部分，设 I 0为正值，
则相应的 必U为0 负值。当开关中突然灭弧时， 中L的T 电
流 不能iL突变，将继续向 充电CT，使电容上的电压从
假如电流 iL 是在其自然过零时被切断的，电容 CT 和电 感 LT 上的电压正好等于电源电压u的幅值 U。iL 被切断
后的情况是电容 CT上的电荷通过电感LT 作振荡性放电， 并逐渐衰减至零（因为存在铁心损耗和电阻损耗）， 可见这样的拉闸不会引起大于 的过U电 压。
如果电流 iL 在自然过零之前就被提前切断，设此时 iL
最大值越大。
(二)变压器特性 ➢ 优质导磁材料应用日益广泛，变压器的激磁电流 减小很多 ➢ 变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等 措施，使过电压有所降低。
小结
➢在切断100A以上的交流电流时，开关触头间的电弧 通常都是在工频电流自然过零时熄灭的；但当被切断 的电流较小时，电弧往往提前熄灭，亦即电流会在过 零之前就被强行切断（截流现象）。
一、发展过程
空载变压器在正常运行时表现为一激磁电感。切除空载 变压器就是开断一个小容量电感负荷，会在变压器和断 路器上出现很高的过电压。在开断并联电抗器、消弧线 圈等电感元件时，也会引起类似的过电压。
产生这种过电压的原因是流过电感的电流在到达自然零 值之前就被断路器强行切断，从而迫使储存在电感中的 磁场能量转化为电场能量的交流电流时，开关 触头间的电弧通常都是在工频电流自然过零时熄灭的； 但当被切断的电流较小时（空载变压器的激磁电流很小， 一般只是额定电流的0.5％～5％，约数安到数十安）， 电弧往往提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行切 断（截流现象）。
切除空载变压器过电压及其抑制策略的研究
切除空载变压器过电压及其抑制策略的研究在电力系统中，变压器是起着重要作用的设备之一。
它们用于改变电压的大小，以便在输电和配电系统中传输电能。
然而，变压器在运行过程中可能会出现过电压问题，特别是在空载状态下。
过电压会对变压器造成损坏，甚至引发火灾等严重后果。
因此，研究如何切除空载变压器过电压并制定相应的抑制策略显得尤为重要。
首先，我们需要了解空载变压器过电压的成因。
在电力系统中，由于负载的变化或突发故障等原因，可能会导致电压的瞬时变化，从而产生过电压。
而在空载状态下，变压器的短路阻抗较小，这就意味着在空载状态下，变压器更容易受到过电压的影响。
因此，切除空载变压器过电压的研究显得尤为迫切。
针对空载变压器过电压问题，学者们提出了一些抑制策略。
其中，一种常见的策略是采用电力电子器件来实现过电压的抑制。
通过在变压器的输入端或输出端接入电力电子器件，可以实现对电压的调节和控制，从而抑制过电压的产生。
此外，还可以通过改进变压器的设计和结构，提高其耐受过电压的能力。
例如，采用合适的绝缘材料和绝缘结构，以增强变压器的绝缘性能，从而减小过电压对变压器的影响。
除了以上的抑制策略外，还可以通过改进电力系统的保护装置来实现对空载变压器过电压的抑制。
在电力系统中，保护装置起着监测和控制电力设备运行状态的重要作用。
通过改进保护装置的设计和算法，可以实现对过电压的及时切除，从而保护变压器不受过电压的影响。
此外，还可以通过改进电力系统的运行控制策略，实现对过电压的有效抑制。
例如，通过合理调整电力系统的运行参数，可以减小过电压的产生概率，从而保护变压器的安全运行。
在实际工程中，切除空载变压器过电压并制定相应的抑制策略是一个复杂而又具有挑战性的问题。
需要综合考虑电力系统的结构、运行状态、负载变化等多种因素，从而制定出合理有效的抑制策略。
同时，还需要结合电力电子技术、保护装置技术、运行控制技术等多个领域的知识，以实现对过电压的切除和抑制。
电力系统工频过电压的计算与仿真项目课
电力系统工频过电压的计算与仿真项目课电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，而工频过电压是电力系统中常见的一种故障。
为了更好地掌握电力系统的运行和故障处理，我们需要学习电力系统工频过电压的计算与仿真项目课。
一、计算方法电力系统工频过电压的计算方法主要有两种：解析法和数值法。
解析法是通过解析电力系统的方程组来计算过电压，适用于简单的电力系统。
而数值法则是通过计算机模拟电力系统的运行来计算过电压，适用于复杂的电力系统。
在计算过电压时，需要考虑电力系统中的各种参数，如电源电压、线路电阻、电感、电容等。
同时，还需要考虑电力系统中的各种故障情况，如短路、接地故障等。
只有全面考虑这些因素，才能准确地计算出电力系统中的工频过电压。
二、仿真项目为了更好地理解电力系统工频过电压的计算方法，我们需要进行仿真项目。
仿真项目可以通过计算机模拟电力系统的运行来实现，可以更加直观地展示电力系统中的各种参数和故障情况。
在仿真项目中，我们可以模拟电力系统中的各种故障情况，如短路、接地故障等，以及各种保护措施的应对情况。
通过仿真项目，我们可以更加深入地了解电力系统的运行和故障处理，为实际工作提供更好的参考。
三、课程意义电力系统工频过电压的计算与仿真项目课对于电力系统工程师的培养具有重要意义。
通过学习这门课程，我们可以更加深入地了解电力系统的运行和故障处理，为实际工作提供更好的参考。
同时，这门课程还可以培养我们的计算和仿真能力，提高我们的实际操作能力。
这对于我们未来的职业发展具有重要意义。
总之，电力系统工频过电压的计算与仿真项目课是一门非常重要的课程，对于电力系统工程师的培养具有重要意义。
我们应该认真学习这门课程，提高自己的实际操作能力，为电力系统的运行和故障处理做出更大的贡献。
电力系统工频过电压的计算与仿真
电力系统工频过电压的计算与仿真摘要：日常的绝大多数的负载为感性负载，增加电抗器，可以使线路更加稳定的运行。
该文在没有电抗器和有电抗器的情况下，对空载线路分别求解首末端电压关系，发现在有电抗器的情况下，末端电压波动要小，首末端电压比较小。
最后使用EMTP进行仿真，搭建了没有电抗器和有电抗器的空载线路，采集了输入输出点电压的波形，然后画出首末端电压图，发现首末端电压波形都是标准的正弦，而且是同相位，只有幅值大小不等，仿真结果和理论相一致。
关键词：容性功率输电线路工频过电压电磁暂态分析电抗器1电力系统工频过电压1.1电力系统工频过电压的产生的基本机理电力系统的内部过电压是指系统中的电磁能由于系统故障或开关操作而发生较大的变化，发生电力系统内部过电压时会发生电压从额定允许值瞬间或长期上升。
这种不正常的电压增长会对电气设备构成威胁，因此尽量减小电力系统发生内部过电压的次数。
电力系统内部过电压可以分为操作过电压和暂时过电压这两类，操作过电压是指在电力系统运行过程中不正确的操作导致电压异常增长超过了允许值，而暂时过电压是由于环境等原因发生了电压的振荡，一般而言，顺态过电压可以在比较短的时间内经过电力系统自身内部的调节而消除，从而达到一种电力系统稳定运行的状态[1-3]。
在瞬态转换完成后持续数秒或数小时（持续 0.1 s（5 个工频周期）或更长时间）的持续过电压称为暂时过电压。
由于现代超高压电力系统的保护日益完善，超高压电网中的暂时过电压很少持续超过几秒钟，因此这种过电压称为顺态过电压，由于瞬时过电压的存在的时间不是很长，因此更容易进行调节，尽量减小顺时过电压发生的次数，可以保障电力系统稳态的运行。
该文设计内容有：（1）掌握电力系统工频过电压的产生的基本机理、计算方法和抑制措施。
（2）掌握电力系统电磁暂态仿真软件ATP-EMTP的基本使用方法和分析方法。
（3）设计一个500 kV输电系统的仿真模型，分析不同工况条件产生工频过电压的情况，对理论分析和抑制方法进行验证。
12.2 切空变过电压
• 变压器铁芯材料、绕组型式、回路元 件参数和系统接地方式等（DL/T6201997）。
标准中的规定：
• 当开断具有冷轧硅钢片的变压器时，过 电压一般不超过2.0p.u.，可不采取保 护措施。 • 开断具有热轧硅钢片铁芯的110kV 及 220kV 变压器的过电压一般不超过 3.0p.u.； • 66kV 及以下变压器一般不超过 4.0p.u.。
• 采用熄弧性能较强的断路器开断激磁电 流较大的变压器以及并联电抗补偿装置 产生的高幅值过电压，可在断路器的非 电源侧装设阀式避雷器加以限制；
• 保护变压器的避雷器可装在其高压侧或 低压侧。但高低压侧系统接地方式不同 时，低压侧宜装设操作过电压保护水平 较低的避雷器。
小结：
• 引起切空变过电压的根本原因是断路器 灭弧能力过强，是空载励磁电流在过零 点之前提前熄弧，引起强烈震荡过程。
12.2 切除空载变压器过电压
1.过电压产生机理
绕组对地电容
Байду номын сангаас
变压器励磁电感
小电感电流过零点前提前熄弧
分析结论：
• 绕组中的磁场能量全部转化为电容上 的电场能量的时候，可能在绕组上产 生很高的电压；
• 过电压幅值虽然很高但能量有限，用 避雷器保护即可。
2.影响切空变过电压的因素
• 断路器性能。
基于MATLAB的变压器空载运行状态的仿真实验报告
实验报告一基于MATLAB的变压器空载运行状态的仿真实验报告一、实验目的1.深入理解变压器空载运行状态的工作原理。
2.使用simulink和simpowersystem工具箱搭建变压器空载运行状态的仿真框图。
二、实验平台Matlab / simulink / simpowersystem三、实验模块介绍1.示波器，其模块可以接受多个输入信号，每个端口的输入信号都将在一个坐标轴中显示。
2.为了执行仿真其可以允许修改初始状态、进行电网稳定性分析、傅里叶分解等功能.3.电压测量，用于检测电压，使用时并联在被测电路中，相当于电压表的检测棒，其输出端“v”则输出电压信号。
4.电流测量，用于检测电流，使用时串联在被测电路中，相当于电流表的检测棒，其输出端“i”则输出电流信号。
5.交流电压源，提供一个交流电。
6.饱和变压器。
7.串联RLC支路。
四、实验原理图1-1 单相变压器空载运行原理图五、仿真实验内容图1-2单相变压器空载运行仿真模型仿真参数设置如下：示波器参数设置如图1-3、1-4所示：采样时间Sample time 为1e-6s,端口number of axes为4。
图1-3示波器参数设置图1-4示波器参数设置交流电压源参数设置，U=220，f=50Hz,如图1-5所示。
图1-5交流电压源参数设置阻感参数设置,R=0.14 ,L=1e-3 H如图1-6所示：图1-6阻感参数设置饱和变压器参数设置，如图1-7所示。
图1-7饱和变压器参数设置多路测量仪参数设置，如图1-8所示。
A)B)图1-8多路测量仪参数设置分离器参数设置，图1-9所示。
图1-9分离器参数设置有效值参数设置，如图1-10显示。
图1-10有效值参数设置六、仿真实验运行结果七、实验体会通过这次仿真实验，我更深入理解了变压器空载运行状态的工作原理。
另外要感谢老师的辛苦指导，使得我的仿真实验顺利完成。
实验报告二姓名：梁玉梅学号：1112090137 指导教师：刘桂英基于MATLAB的变压器负载运行的仿真实验报告一、实验目的1.深入理解变压器负载运行的工作原理。
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切空载变压器过电压仿真计算与试验研究
摘要：本文对切空载变压器所产生的截流过电压进行了研究。
利用ATPDraw 程序，建立切空载变压器的仿真计算模型，考虑不同型号的变压器与不同长度电缆的组合，计算所产生的过电压，并将现场试验所取得的数据与仿真结果进行对比。
关键词：切空变；过电压；仿真计算；试验研究
0 引言
在电力系统中常有开断电感性负载的操作，例如切除空载变压器等，在这些操作过程中可能出现幅值较高的过电压。
有时其过电压倍数可达5倍[1]，这是变压器所不能承受的。
用来限制这种过电压最常用的方法是在变压器侧安装避雷器，达到保护变压器目的。
1 切空变过电压的形成
图1给出了切空变的等值电路[2]。
其中Ls为电源等值电感，Cs为母线对地杂散电容，Lk为母线至变压器联线的电感，K为断路器，L为空载变压的激磁电感，C为变压器等值对地电容。
在开断空载变压器操作之前，回路受工频电压作用，流过C的电流远小于流过L中的电流，所以可忽略C的存在。
流过断路器K的电流就是电感电流i，通常为变压器额定电流的0.5～4％，有效值约几安至几十安。
其大小与绕组的铁芯材料有关，用热轧硅钢片作铁芯的变压器空载电流
大，而冷轧硅钢片作铁芯的变压器空载电流很小，有的只有0.3％额定电流。
而现在使用的变压器大都为冷轧式，其空载电流很小，截流时的幅值也比较小，因此，切空载变压器产生的过电压倍数也不高。
图1 切空载变压器等值电路
切除空载变压器的操作是通过断路器K完成的，电流的切断过程显然与断路器的灭孤能力有关。
在使用灭弧能力与电流大小有关的断路器（如一般油断路器）时，由于在切断小电流时熄弧能力较弱，不会产生在电流过零前熄弧的现象。
但是真空断路器切断较小的空载电流时，可能在电流过零之前发生强制熄弧(如果激磁电流很小甚至可在电流接近最大值时突然截断)这就是断路器的截流现象[2]。
由于断路器的截流，使回路中电流变化率很大，使得电感上的压降很大，形成过电压；总之，断路器截流是开断电感性负载形成过电压的原因。
截流可发生在工频电流的上升部分，也可发生在下降部分。
设在截流，即，此时电容两端的电压为，为电源电动势的幅值。
截流前一瞬间，电感和电容的储能分别为
；
截流后，当回路总能量全部转化为电能时，电容C上的电压为Um，则有
所以
2仿真模型
运用仿真软件——ATP进行仿真计算。
A TP（Alternative Transient Program）是计算电磁暂态现象以及电机原理应用最广泛的数字仿真软件之一。
ATP程序可以求解包括旋转电机、电源、变压器、避雷器、线性与非线性元件、控制系统、输电线和电缆等多种模型组成的大型电力系统的稳态和暂态过程[3]。
切空载变压器的仿真模型如图2所示：
图2 切空截变压器防真计算模型
3 仿真计算结果及分析
3.1 切空变过电压
三相开关不同期断开也会产生过电压。
同时在5ms时断开时时的过电压和截流波形如图3所示；A、B、C三相分别在5ms、7ms、8ms时断开时的过电压和截流波形如图4所示。
（a）电压波形（b）电流波形
图3三相同期断开时的过电压、截流时的电流波形
（a）电压波形（b）电流波形
图4开关三相不同期断开时的过电压、截流时的电流波形
从图中可以看出，电流波形并不是滞后电压波形90°。
这是因为电路中存在电阻。
由图3、图4可以看出：开关在不同时期断开时，截流时的电流会产生振荡，而产生的过电压倍数比同期断开时的要大。
以下所有的计算用到的电缆都是YJV-10kV（3*95），按三相同期断开为例计算。
3.2与不同长度的电缆配合
变压器为S10－1000/10，分别与50m、100m、200m的电缆进行配合，计算其过电压倍数。
计算结果如表4、表5、表6所示：
表1变压器为S10－1000/10，电缆长度为50m
表2 变压器为S10－1000/10，电缆长度为100m
表3 变压器为S10－1000/10，电缆长度为200m
从上面各表可以看出，电缆越长，其切空变所产生的截流过电压倍数越小。
截流值越大，其过电压就越大。
当电压过零点时截流，所产生的截流过电压最大。
2.5 现场试验结果
某厂试验中心利用现场所具备的条件对真空断路器切空变截流时所产生的过电压进行了试验，并对用电缆限制截流过电的效果进行了模拟试验。
试验波形如图5所示。
图52#变过电压波形
试验结果如表4所示：
表4切空变过电压试验结果
设备名称容量(kV A) 电压等级(kV) 额定电流(A) 空载电流(A) 电
缆规格(mm2) 电缆长度
注:过电压倍数=峰值/工频相电压峰值
所测量的切空载变压器的结果与仿真计算结果一致。
0＃变压器，电缆长度45m，切空变过电压倍数比较高，为2.45。
如果配合较长的电缆，则可以将过电压倍数降低到可以接受的水平。
5 结论
（1）对于不同型号的变压器，与不同长度的电缆进行配合，其最大截流过电压也不一样。
电缆长度越长，其对地电容就越大，增大了变压器的入口电容，所以切空变截流过电压越小。
（2）试验与模拟计算的结果吻合，不同长度的电缆对限制真空断路器切不同容量的变压器时所产生的截流过电压具有不同的效果。
（3）根据仿真计算和试验结果，1＃变压器、2＃变压器、3＃变压器的截流过电压倍数都比较小，不超过1.5，可以不采用避雷器保护。
0＃变压器，电缆长度45m，切空变过电压倍数比较高，为2.45。
如果配合100m及以上的电缆，也可以将过电压倍数降低到可以接受的水平。
【参考文献】
[1] 陈维贤. 电网过电压教程[M].中国电力出版社, 北京,1996
[2] 关根志.高电压工程基础[M].中国电力出版社, 北京,2003
[3] Alternative transient program (ATP) Rule Hook[M], K.U. Leuvcn EMTP Centre ,1987
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。