(实验)空载长线路电容效应引起的工频过电压

空载长线路电容效应引起的工频过电压

一、实验目的

（1）了解空载长线路电容效应引起工频电压升高的原因

（2）掌握Probe Volt （节点电压测量仪）的设置和PlotXY 的使用方法

（3）掌握空载长线路的电容效应引起工频电压升高的仿真分析方法。

（4）了解并联电抗器对线路电容的补偿作用。

二、实验原理

（1）空载长线路的电容效应引起工频电压升高的原因

输电线路具有分布参数的特性，但在输送距离较短的情况下，工程上可用集中参数的电感L 、电阻r 和电容C 1、C 2所组成的π型电路来等值，如图1（a ）所示。一般线路等值的容抗远大于线路等值的感抗，则在线路空载（02=•I ）的情况下，在输电线路首端电压•

1U 的作用下，可列出如下电路回路方程为 •

••••••++=++=22221C L C L r I jX I r U U U U U

以•2U 为参考向量，可画出图1（b ）所示的相量图。由相量图分析可知，空载线路末端电压•2U 高于线路首端电压•1U ，这就是所谓空载线路的电容效应而引起的系统工频电压升高。

（a ） （b ）

图1 输电线路集中参数PI 型等值电路及其相量图

（a ）等值电路；（b ）相量图

若忽略r 的作用，则有

)

221C L C L X X I j U U U －（•

•••=+= L U U U +=12

即由于电感与电容上压降反相，且线路的容抗远大于感抗，使L U U ＞2，而造成线路末端的电压高于首端的电压。

随着输电线路电压等级的提高，输送距离变长。分析长线路的电容效应时，需要采用分布参数电路。（原理同前面相似，由于计算繁琐，此不再赘述）

（2）并联电抗器的补偿作用

为了限制空载长线路的工频电压升高，在超、特高压系统中，通常采用并联电抗器的措施。这是因为其电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了线路的电容效应。

并联电抗器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。随着安置地

点不同，沿线电压分布也不同，总的趋势是使线路上电压分布趋于均匀和低于容许值。

并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。

（3）Probe Volt的设置和PlotXY的使用方法

①Probe Volt是常用的用来测量节点电压的仪器。在新建文件的空白处单击右键→Probes & 3-phase→Probe V olt，双击Probe Volt，可以进行相关设置。由于电力系统中线路均为三相，所以把节点电压测量仪设置为三相，如图2所示。

图2 电压测量仪的设置对话框

②PlotXY是EMTP-ATP中的一个重要模块。通过在电路中设置不同类型的测量型探针，可以在PlotXY中描绘出随时间变化的节点电压或支路电流的波形。

在运行完ATP文件成功后（run ATP），在工具栏选择ATP→PlotXY，出现如图3所示的数据选择窗口。在左侧的变量选择栏选定要输出的节点电压或支路电流，在右边的表格中将出现要描绘的变量名称，单击表格中的变量名即可取消该变量的波形输出。单击右下角的Plot键，即可输出选定变量的在指定时间内的波形图。

图3 Plot的数据选择窗口

在波形图下方有如图4所示的一系列图标，通过设置它们的参数可以输出更为理想的波形图。

图4 Plot的数据选择窗口

这些图标从左至右依次为，

Show title （显示名称）：编辑波形图的名称。

Customise plot （自定义绘制）：在General 中定义坐标为线性增长或指数增长，以及是否显示网格；在Font 中定义坐标轴刻度；在Lines 中定义波形图中的线条形式。

Manual scale （手动范围）：在该对话框里可以设置X 轴和Y 轴的最大值、最小值和单位。

Show cursor （显示游标）：通过左右移动游标来获得波形图上的对应点的坐标。

Mark （标记）：与游标配合使用可以标记波形图上的重要点。

Write WMF file （打开WMF 文件）：打开已有的WMF 文件

Copy to clipbrd （复制到剪切板）：将波形图复制到剪切板。

Print （打印）：连接好打印设备后，即可打印出该波形图。

三、实验内容

（1）要求：多段PI 型等效电路模块实现空载长线路末端电压（相对首端）升高的仿真

（2）实例：某500kV 线路，线路长400km ，线路波阻抗Ω=260C Z ，

电源漏抗为Ω=100S X ，并联电抗器Ω=1034L X ，电源电动势为E 。求线路末端接或不接电抗器时，沿线最高电压和末端电压与电源电动势的比值。

（3）实验步骤：

①理论分析。由已知，

°°°=×==2440006.006.0l λ

°===21260

100arctan

arcran Z X C S ϕ °===1.141034260arctan arctan L C X Z β 当线路空载、末端不接电抗器时，线路末端电压最高，由公式推导可得

)cos(cos 2ϕλϕ+=

•

•E U （1） 则线路末端电压与电源电动势的比值为 32.1)2124cos(21cos )cos(cos 2=+=+=°°°

ϕλϕE

U 当线路空载、末端接电抗器时，线路上最高电压与线路末端电压可由式（2）和式（3）计算。

)cos(cos βϕλϕβ−+=

•

•E U （2） )cos(cos cos 2βϕλβϕ−+=

•

•E U （3） 它们与电源电动势的比值为 09.1)

1.142124cos(21cos )cos(cos =−+=−+=°°°°

βϕλϕβE U ，06.11.14cos 09.1cos 2=×==°ββE

U E U 从本例的计算数值可知，线路接有并联电抗器后，能有效地限制空载长线路的工频电压