变电站故障ATP-EMTP仿真

变电站故障ATP-EMTP仿真

冯华

（山西省民航机场集团公司山西太原030031）

摘要：过电压、过电流是电力系统中常见故障，则继电保护动作正常与否尤为重要。采用ATP-EMTP仿真软件对某铸造厂110kV变电站进行建模，模拟变电站母线遭受120kAmps，4/6雷击、负荷侧单相短路接地和空载线路合闸三种常见故障。仿真结果表明，变电站母线装设避雷装置可有效保护变电站内设备，负荷侧A相短路故障切除后系统再次进入稳态，最大空载过电压约为正常工作电压3倍。在实际电力系统设计时，可通过EMTP模拟仿真电力系统中各种故障情况，并进行故障原因分析、积累数据资料，可有效减少或避免故障发生，为电力系统设计与防护提供理论参考。

关键词：变电站；过电压；ATP-EMTP；电力故障；仿真

0引言

变电站是电力系统中对电能进行变换、集中和分配的重要场所，但变电站在运行过程中会出现不同的故障形式，影响了电力系统的正常运行[1]。过电压、过电流是电力系统中常见事故，继电保护动作正确与否，需要对电磁暂态过程进行分析，即分析和计算持续时间为毫秒级以内的电压、电流瞬时值的变化，考虑元件电磁耦合、输电线路分布参数所引起的波过程，或考虑线路三相结构的不对称、线路参数的频率特性等[2-5]。本文针对铸造厂110kV变电站，利用EMTP模拟并分析变电站传输线路遭到雷击、负荷侧单相短路、空载情况下过电压变化情况。通过ATP-EMTP对变电站故障进行模拟仿真，确定变电站产生过电压原因和水平，可有效减少或避免故障发生，为变电站设计与防护提供理论参考。

Fig.1Thesimulationwavepatternofthunder-strikecurrent

杆塔采用门架塔模型。避雷器电阻的非线性在ATPDraw中采用分段线性函数模型。由于雷电侵入波等值频率高、持续时间短，变压器、互感器等可以等效成冲击入口电容，它们之间有分布参数线段相隔。根据变压器入口电容经验公式（S表示的是变压器的三相容量MVA；n=4（110kV等级），K=0.0024（110kV等级））可计算的变压器等元件入口电容。仿真中对于线路模块，只需改变线路相数和距离两个选项，其它均取默认值。

2变电站故障仿真及结果分析

2.1变电站雷电过电压仿真

模拟距铸造厂变电站0.6km处输电线路遭受120kAmps，4/6雷击。分别在变电站母线装设和不装设避雷器。雷电波入侵时间从4开始，互感器侧产生冲击电流，随着雷电波消失互感器侧电流逐渐下降。母线加装避雷器后各设备最大过电压均有明显下降，说明避雷器在雷电流过电压入侵变电站时可保护变电站内设备不受损害，可有效提高电力系统的安全可靠性。

2.2变电站负荷单相短路仿真

负荷单相短路仿真以A相短路接地，电压波形0~50ms线路三相电压对称，中性点电压为零。50ms线路发生故障时系统进入暂态，A相电压迅速降为零，B、C两相电压升高，一段时间后稳定于l0kV，即升为线电压。110ms时切除故障，系统重新进入稳态，三相电压对称。

2.3变电站空载线路过电压仿真

操作过电压暂态过程短暂，4时输电线路上发生空载合闸过电压。其中A相发生空载过电压情况最严重，且其暂态过渡过程也非常长。此次合闸过电压为三相合闸，属于合闸中最严重情况，发生的过电压最大幅值约为正常电压的3倍。

3结论

（1）针对某铸造厂110kV变电站，基于EMTP对所建变电站的三种故障——雷击、单相短路接地和线路空载过电压进行模拟仿真，认为变电站在遭受雷击时，避雷器可保护变电站不受损害，提高系统安全可靠性；并可很好地对负荷单相短路接地和空载过电压进行仿真，得到故障情况下的电压电流变化数据，可为该厂变电站过电压防护提供理论数据参考。

（2）通过EMTP可模拟仿真电力系统中可能出现的多种故障情况，得到故障中难以记录或测量的暂态瞬时变化的电压电流等数据资料。并且可进一步通过建模仿真，获得设备最优配置参数、防护装置最佳参数和安装位置[9]，以及系统设计的多方案的最佳决策。

（3）在基于EMTP对电力系统的模拟仿真计算中，元件均是实际元器件的理想化模拟，对损耗的计算模拟等很难与实际系统中一致，结果仍与实测值存在偏差。因此，在通过计算机对电力系统进行模拟和故障仿真，还需要与系统和故障现场实测相结合，为电力系统的保护提供有力保障。

参考文献：

[1]吕建刚，王洪涛.变电站防雷保护技术探讨[J].《科技信息》，2010，35：214-214.

[2]于庆广，胥埴伦.电力系统的电磁暂态与机电暂态混合仿真[J].《中国电力》，2007，11：38-41.

[3]章志刚，李兴源.基于MATLAB开发平台的继电保护仿真系统[J].《四川电力技术》.2003，2：43-46.

[4]王秋红，罗建.电磁暂态仿真程序EMTP在电力系统继电保护中的应用[J].《重庆电力高等专科学校学报》，2008，4：15-17.