邱巍+高振國(guó)+于力+韓剛+鮑潔秋

摘要：應(yīng)用仿真軟件建立模型可作為課堂輔助教學(xué)手段，有助于提高教學(xué)效果。以合空載線路為例，采用ATP-EMTP仿真軟件建立線路過(guò)電壓模型，分別采用合閘電阻、避雷器限制過(guò)電壓，探討將數(shù)字仿真軟件應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；ATP-EMTP仿真軟件；空載線路合閘；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM864 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）03-0039-03

電力系統(tǒng)過(guò)電壓是高電壓技術(shù)課程的重要組成部分。在電力系統(tǒng)過(guò)電壓相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，將應(yīng)用ATP-EMTP仿真軟件模擬過(guò)電壓產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程，作為課堂輔助教學(xué)手段，可以提高課堂教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論。本文探討在教學(xué)實(shí)踐中利用數(shù)字仿真軟件建立模型的教學(xué)方法，以某500 kV架空輸電線路為例，模擬空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生，并分別采用合閘電阻、避雷器限制過(guò)電壓。

1 ATP-EMTP數(shù)字仿真軟件簡(jiǎn)介

ATP（The Alternative Transients Program）軟件用于電磁暫態(tài)分析，是電磁暫態(tài)分析程序EMTP應(yīng)用得最為廣泛的一個(gè)免費(fèi)版本，它包含有多個(gè)集中元件、分布參數(shù)、線性與非線性元件、依賴(lài)于頻率變化的線路、各類(lèi)型開(kāi)關(guān)、電力電子元件、變壓器及電機(jī)、多種類(lèi)型電源等近70個(gè)原件模型，可以模擬、分析對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)干擾（如接地、雷擊）和任何形式的開(kāi)關(guān)操作，幾乎可以對(duì)任何復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)仿真分析。

2 500 kV合空載線路仿真模型的建立

教材中對(duì)空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)敘述，但并未列出系統(tǒng)狀態(tài)改變產(chǎn)生過(guò)電壓后電壓隨時(shí)間變化的曲線，所以選用這部分內(nèi)容進(jìn)行仿真。仿真對(duì)象為某一電壓等級(jí)為500 kV、長(zhǎng)度為 384 km的架空輸電線路。電源采用500 kV三相交流電，相電壓幅值為U=500/3（kV）=408.2（kV），頻率為50 Hz，電源電抗為210 Ω。輸電線路模型采用基于頻率的J.Marti模型，全線分成4段均勻換相?？蛰d合閘過(guò)電壓原理圖及仿真模型分別如圖1和圖2所示，模型中接入3個(gè)電壓探針，分別讀取電源端、線路首端及末端的電壓值。

J.Marti輸電線路采用LCC模塊，設(shè)線路桿塔為同塔雙回路架線的直線塔。模塊中輸電線路及架空地線的參數(shù)設(shè)置分別按LGJ-500/65和JBL4-95選取：導(dǎo)線的內(nèi)、外徑分別為1.72 cm和15.48 cm，直流電阻為0.057 6 Ω/m；架空地線的內(nèi)、外徑分別為1.50 cm和6.24 cm，直流電阻為0.457 5 Ω/m。導(dǎo)線采用四分裂，分裂距離45 cm，大地電導(dǎo)率取100 Ω/m。

3 空載線路合閘仿真

空載線路的合閘仿真通過(guò)關(guān)合斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷路器的關(guān)合采用三相時(shí)控開(kāi)關(guān)控制，設(shè)A，B，C三相完全同期合閘，合閘時(shí)間為33.1 ms，仿真步長(zhǎng)為0.000 01，仿真時(shí)間為0.20 s。由于容性效應(yīng)，長(zhǎng)空載線路最高電壓出現(xiàn)在線路末端?？蛰d線路合閘后，過(guò)電壓波到達(dá)開(kāi)路的線路末端后會(huì)發(fā)生正全反射，造成末端電壓進(jìn)一步升高，線路末端的電壓為仿真時(shí)的最大電壓。這可以幫助學(xué)生理解為什么選擇線路末端讀取過(guò)電壓結(jié)果。線路末端三相過(guò)電壓仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖3的仿真曲線可知：在合閘后瞬間，A，B，C三相最高電壓分別達(dá)到774 kV（1.90 p.u.），792 kV（1.95 p.u.）和739 kV（1.81 p.u.）；B相出現(xiàn)的最高過(guò)電壓與理論過(guò)電壓值2.00 p.u.接近。以上結(jié)論與教材理論分析中所述的“非重合閘線路合閘時(shí)最大過(guò)電壓為2.00 p.u.，但由于回路存在能量損耗，振蕩逐漸衰減，線路電壓實(shí)際要低于2.00 p.u.”相一致，同時(shí)通過(guò)仿真可提供直觀的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生正確理解過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理。

4 限制空載線路合閘過(guò)電壓的措施

限制空載線路合閘過(guò)電壓的主要措施有：1） 斷路器并聯(lián)合閘電阻；2） 線路兩端裝設(shè)避雷器；3） 采用同期合閘。本文僅就前兩種措施進(jìn)行仿真。

4.1 斷路器并聯(lián)合閘電阻

帶有并聯(lián)合閘電阻的斷路器接線圖如圖4所示。合閘操作時(shí)，先將輔助觸頭QF2閉合，接入的電阻R對(duì)回路中的振蕩過(guò)程起阻尼作用，因而可以降低過(guò)電壓的幅值。經(jīng)過(guò)十幾毫秒后再將主觸頭QF1合上，此時(shí)R被短接，失去作用；再經(jīng)幾十毫秒，斷開(kāi)QF2，將R退出，完成合閘操作。整個(gè)合閘過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段，接入合閘電阻；第二階段，短接合閘電阻。第一階段中由于R對(duì)振蕩起阻尼作用，要求R值越大越好。第二階段，合閘電阻越大，振蕩過(guò)程越激烈，過(guò)電壓值也就越高，要求R值越小越好。所以一般情況下，合閘電阻取值范圍在400～1 000 Ω之間。

仿真合閘電阻取400 Ω，QF1和QF2通過(guò)時(shí)控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，QF2在30.0 ms時(shí)合閘，12.0 ms后QF1合閘。采用合閘電阻時(shí)的空載合閘三相電壓變化曲線如圖5所示。

由圖5可知：A，B，C三相的空載合閘過(guò)電壓分別為517 kV（1.27 p.u.），617 kV（1.51 p.u.）和675 kV（1.63 p.u.）。與未加限制措施相比，限制過(guò)電壓的效果明顯。此處學(xué)生可以通過(guò)改變合閘電阻阻值或設(shè)置多級(jí)合閘電阻，體會(huì)過(guò)電壓幅值的變化，以更好地理解合閘電阻的作用。

4.2 采用避雷器限制過(guò)電壓

對(duì)于500 kV超高壓輸電線路，為了限制全線過(guò)電壓，需要在線路兩端接入避雷器。仿真采用的避雷器參數(shù)設(shè)定參照額定電壓為420 kV的ZnO避雷器，起始動(dòng)作電壓為475 kV。采用避雷器限制空載合閘過(guò)電壓時(shí)的三相電壓變化曲線如圖6所示。

由于避雷器可以吸收過(guò)電壓的能量，在線路兩端設(shè)置避雷器后，A，B，C三相產(chǎn)生的合閘過(guò)電壓分別降為654 kV（1.60 p.u.），697 kV（1.70 p.u.）和659 kV（1.61 p.u.）。與之前無(wú)限壓措施相比，三相電壓分別下降了15.5%，12.0%和10.8%。在教學(xué)中，可以讓學(xué)生改變避雷器的位置，或者僅采用一臺(tái)避雷器限制過(guò)電壓，觀察限壓效果并分析原因。這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)其分析問(wèn)題的能力。

5 結(jié)論

在電力系統(tǒng)過(guò)電壓相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，可將數(shù)字化仿真作為教學(xué)輔助手段，既彌補(bǔ)了試驗(yàn)裝置的不足，又使枯燥的理論教學(xué)變得生動(dòng)形象、引人入勝，有助于提高教學(xué)效果。同時(shí)，數(shù)字化仿真可以用于科研項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力；也可以用于畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生充分理解數(shù)字仿真方法，為今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

摘要：應(yīng)用仿真軟件建立模型可作為課堂輔助教學(xué)手段，有助于提高教學(xué)效果。以合空載線路為例，采用ATP-EMTP仿真軟件建立線路過(guò)電壓模型，分別采用合閘電阻、避雷器限制過(guò)電壓，探討將數(shù)字仿真軟件應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；ATP-EMTP仿真軟件；空載線路合閘；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM864 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）03-0039-03

電力系統(tǒng)過(guò)電壓是高電壓技術(shù)課程的重要組成部分。在電力系統(tǒng)過(guò)電壓相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，將應(yīng)用ATP-EMTP仿真軟件模擬過(guò)電壓產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程，作為課堂輔助教學(xué)手段，可以提高課堂教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論。本文探討在教學(xué)實(shí)踐中利用數(shù)字仿真軟件建立模型的教學(xué)方法，以某500 kV架空輸電線路為例，模擬空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生，并分別采用合閘電阻、避雷器限制過(guò)電壓。

1 ATP-EMTP數(shù)字仿真軟件簡(jiǎn)介

ATP（The Alternative Transients Program）軟件用于電磁暫態(tài)分析，是電磁暫態(tài)分析程序EMTP應(yīng)用得最為廣泛的一個(gè)免費(fèi)版本，它包含有多個(gè)集中元件、分布參數(shù)、線性與非線性元件、依賴(lài)于頻率變化的線路、各類(lèi)型開(kāi)關(guān)、電力電子元件、變壓器及電機(jī)、多種類(lèi)型電源等近70個(gè)原件模型，可以模擬、分析對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)干擾（如接地、雷擊）和任何形式的開(kāi)關(guān)操作，幾乎可以對(duì)任何復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)仿真分析。

2 500 kV合空載線路仿真模型的建立

教材中對(duì)空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)敘述，但并未列出系統(tǒng)狀態(tài)改變產(chǎn)生過(guò)電壓后電壓隨時(shí)間變化的曲線，所以選用這部分內(nèi)容進(jìn)行仿真。仿真對(duì)象為某一電壓等級(jí)為500 kV、長(zhǎng)度為 384 km的架空輸電線路。電源采用500 kV三相交流電，相電壓幅值為U=500/3（kV）=408.2（kV），頻率為50 Hz，電源電抗為210 Ω。輸電線路模型采用基于頻率的J.Marti模型，全線分成4段均勻換相。空載合閘過(guò)電壓原理圖及仿真模型分別如圖1和圖2所示，模型中接入3個(gè)電壓探針，分別讀取電源端、線路首端及末端的電壓值。

J.Marti輸電線路采用LCC模塊，設(shè)線路桿塔為同塔雙回路架線的直線塔。模塊中輸電線路及架空地線的參數(shù)設(shè)置分別按LGJ-500/65和JBL4-95選?。簩?dǎo)線的內(nèi)、外徑分別為1.72 cm和15.48 cm，直流電阻為0.057 6 Ω/m；架空地線的內(nèi)、外徑分別為1.50 cm和6.24 cm，直流電阻為0.457 5 Ω/m。導(dǎo)線采用四分裂，分裂距離45 cm，大地電導(dǎo)率取100 Ω/m。

3 空載線路合閘仿真

空載線路的合閘仿真通過(guò)關(guān)合斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷路器的關(guān)合采用三相時(shí)控開(kāi)關(guān)控制，設(shè)A，B，C三相完全同期合閘，合閘時(shí)間為33.1 ms，仿真步長(zhǎng)為0.000 01，仿真時(shí)間為0.20 s。由于容性效應(yīng)，長(zhǎng)空載線路最高電壓出現(xiàn)在線路末端。空載線路合閘后，過(guò)電壓波到達(dá)開(kāi)路的線路末端后會(huì)發(fā)生正全反射，造成末端電壓進(jìn)一步升高，線路末端的電壓為仿真時(shí)的最大電壓。這可以幫助學(xué)生理解為什么選擇線路末端讀取過(guò)電壓結(jié)果。線路末端三相過(guò)電壓仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖3的仿真曲線可知：在合閘后瞬間，A，B，C三相最高電壓分別達(dá)到774 kV（1.90 p.u.），792 kV（1.95 p.u.）和739 kV（1.81 p.u.）；B相出現(xiàn)的最高過(guò)電壓與理論過(guò)電壓值2.00 p.u.接近。以上結(jié)論與教材理論分析中所述的“非重合閘線路合閘時(shí)最大過(guò)電壓為2.00 p.u.，但由于回路存在能量損耗，振蕩逐漸衰減，線路電壓實(shí)際要低于2.00 p.u.”相一致，同時(shí)通過(guò)仿真可提供直觀的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生正確理解過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理。

4 限制空載線路合閘過(guò)電壓的措施

限制空載線路合閘過(guò)電壓的主要措施有：1） 斷路器并聯(lián)合閘電阻；2） 線路兩端裝設(shè)避雷器；3） 采用同期合閘。本文僅就前兩種措施進(jìn)行仿真。

4.1 斷路器并聯(lián)合閘電阻

帶有并聯(lián)合閘電阻的斷路器接線圖如圖4所示。合閘操作時(shí)，先將輔助觸頭QF2閉合，接入的電阻R對(duì)回路中的振蕩過(guò)程起阻尼作用，因而可以降低過(guò)電壓的幅值。經(jīng)過(guò)十幾毫秒后再將主觸頭QF1合上，此時(shí)R被短接，失去作用；再經(jīng)幾十毫秒，斷開(kāi)QF2，將R退出，完成合閘操作。整個(gè)合閘過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段，接入合閘電阻；第二階段，短接合閘電阻。第一階段中由于R對(duì)振蕩起阻尼作用，要求R值越大越好。第二階段，合閘電阻越大，振蕩過(guò)程越激烈，過(guò)電壓值也就越高，要求R值越小越好。所以一般情況下，合閘電阻取值范圍在400～1 000 Ω之間。

仿真合閘電阻取400 Ω，QF1和QF2通過(guò)時(shí)控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，QF2在30.0 ms時(shí)合閘，12.0 ms后QF1合閘。采用合閘電阻時(shí)的空載合閘三相電壓變化曲線如圖5所示。

由圖5可知：A，B，C三相的空載合閘過(guò)電壓分別為517 kV（1.27 p.u.），617 kV（1.51 p.u.）和675 kV（1.63 p.u.）。與未加限制措施相比，限制過(guò)電壓的效果明顯。此處學(xué)生可以通過(guò)改變合閘電阻阻值或設(shè)置多級(jí)合閘電阻，體會(huì)過(guò)電壓幅值的變化，以更好地理解合閘電阻的作用。

4.2 采用避雷器限制過(guò)電壓

對(duì)于500 kV超高壓輸電線路，為了限制全線過(guò)電壓，需要在線路兩端接入避雷器。仿真采用的避雷器參數(shù)設(shè)定參照額定電壓為420 kV的ZnO避雷器，起始動(dòng)作電壓為475 kV。采用避雷器限制空載合閘過(guò)電壓時(shí)的三相電壓變化曲線如圖6所示。

由于避雷器可以吸收過(guò)電壓的能量，在線路兩端設(shè)置避雷器后，A，B，C三相產(chǎn)生的合閘過(guò)電壓分別降為654 kV（1.60 p.u.），697 kV（1.70 p.u.）和659 kV（1.61 p.u.）。與之前無(wú)限壓措施相比，三相電壓分別下降了15.5%，12.0%和10.8%。在教學(xué)中，可以讓學(xué)生改變避雷器的位置，或者僅采用一臺(tái)避雷器限制過(guò)電壓，觀察限壓效果并分析原因。這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)其分析問(wèn)題的能力。

5 結(jié)論

在電力系統(tǒng)過(guò)電壓相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，可將數(shù)字化仿真作為教學(xué)輔助手段，既彌補(bǔ)了試驗(yàn)裝置的不足，又使枯燥的理論教學(xué)變得生動(dòng)形象、引人入勝，有助于提高教學(xué)效果。同時(shí)，數(shù)字化仿真可以用于科研項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力；也可以用于畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生充分理解數(shù)字仿真方法，為今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

摘要：應(yīng)用仿真軟件建立模型可作為課堂輔助教學(xué)手段，有助于提高教學(xué)效果。以合空載線路為例，采用ATP-EMTP仿真軟件建立線路過(guò)電壓模型，分別采用合閘電阻、避雷器限制過(guò)電壓，探討將數(shù)字仿真軟件應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；ATP-EMTP仿真軟件；空載線路合閘；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM864 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）03-0039-03

電力系統(tǒng)過(guò)電壓是高電壓技術(shù)課程的重要組成部分。在電力系統(tǒng)過(guò)電壓相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，將應(yīng)用ATP-EMTP仿真軟件模擬過(guò)電壓產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程，作為課堂輔助教學(xué)手段，可以提高課堂教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論。本文探討在教學(xué)實(shí)踐中利用數(shù)字仿真軟件建立模型的教學(xué)方法，以某500 kV架空輸電線路為例，模擬空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生，并分別采用合閘電阻、避雷器限制過(guò)電壓。

1 ATP-EMTP數(shù)字仿真軟件簡(jiǎn)介

ATP（The Alternative Transients Program）軟件用于電磁暫態(tài)分析，是電磁暫態(tài)分析程序EMTP應(yīng)用得最為廣泛的一個(gè)免費(fèi)版本，它包含有多個(gè)集中元件、分布參數(shù)、線性與非線性元件、依賴(lài)于頻率變化的線路、各類(lèi)型開(kāi)關(guān)、電力電子元件、變壓器及電機(jī)、多種類(lèi)型電源等近70個(gè)原件模型，可以模擬、分析對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)干擾（如接地、雷擊）和任何形式的開(kāi)關(guān)操作，幾乎可以對(duì)任何復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)仿真分析。

2 500 kV合空載線路仿真模型的建立

教材中對(duì)空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)敘述，但并未列出系統(tǒng)狀態(tài)改變產(chǎn)生過(guò)電壓后電壓隨時(shí)間變化的曲線，所以選用這部分內(nèi)容進(jìn)行仿真。仿真對(duì)象為某一電壓等級(jí)為500 kV、長(zhǎng)度為 384 km的架空輸電線路。電源采用500 kV三相交流電，相電壓幅值為U=500/3（kV）=408.2（kV），頻率為50 Hz，電源電抗為210 Ω。輸電線路模型采用基于頻率的J.Marti模型，全線分成4段均勻換相。空載合閘過(guò)電壓原理圖及仿真模型分別如圖1和圖2所示，模型中接入3個(gè)電壓探針，分別讀取電源端、線路首端及末端的電壓值。

J.Marti輸電線路采用LCC模塊，設(shè)線路桿塔為同塔雙回路架線的直線塔。模塊中輸電線路及架空地線的參數(shù)設(shè)置分別按LGJ-500/65和JBL4-95選?。簩?dǎo)線的內(nèi)、外徑分別為1.72 cm和15.48 cm，直流電阻為0.057 6 Ω/m；架空地線的內(nèi)、外徑分別為1.50 cm和6.24 cm，直流電阻為0.457 5 Ω/m。導(dǎo)線采用四分裂，分裂距離45 cm，大地電導(dǎo)率取100 Ω/m。

3 空載線路合閘仿真

空載線路的合閘仿真通過(guò)關(guān)合斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷路器的關(guān)合采用三相時(shí)控開(kāi)關(guān)控制，設(shè)A，B，C三相完全同期合閘，合閘時(shí)間為33.1 ms，仿真步長(zhǎng)為0.000 01，仿真時(shí)間為0.20 s。由于容性效應(yīng)，長(zhǎng)空載線路最高電壓出現(xiàn)在線路末端?？蛰d線路合閘后，過(guò)電壓波到達(dá)開(kāi)路的線路末端后會(huì)發(fā)生正全反射，造成末端電壓進(jìn)一步升高，線路末端的電壓為仿真時(shí)的最大電壓。這可以幫助學(xué)生理解為什么選擇線路末端讀取過(guò)電壓結(jié)果。線路末端三相過(guò)電壓仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖3的仿真曲線可知：在合閘后瞬間，A，B，C三相最高電壓分別達(dá)到774 kV（1.90 p.u.），792 kV（1.95 p.u.）和739 kV（1.81 p.u.）；B相出現(xiàn)的最高過(guò)電壓與理論過(guò)電壓值2.00 p.u.接近。以上結(jié)論與教材理論分析中所述的“非重合閘線路合閘時(shí)最大過(guò)電壓為2.00 p.u.，但由于回路存在能量損耗，振蕩逐漸衰減，線路電壓實(shí)際要低于2.00 p.u.”相一致，同時(shí)通過(guò)仿真可提供直觀的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生正確理解過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理。

4 限制空載線路合閘過(guò)電壓的措施

限制空載線路合閘過(guò)電壓的主要措施有：1） 斷路器并聯(lián)合閘電阻；2） 線路兩端裝設(shè)避雷器；3） 采用同期合閘。本文僅就前兩種措施進(jìn)行仿真。

4.1 斷路器并聯(lián)合閘電阻

帶有并聯(lián)合閘電阻的斷路器接線圖如圖4所示。合閘操作時(shí)，先將輔助觸頭QF2閉合，接入的電阻R對(duì)回路中的振蕩過(guò)程起阻尼作用，因而可以降低過(guò)電壓的幅值。經(jīng)過(guò)十幾毫秒后再將主觸頭QF1合上，此時(shí)R被短接，失去作用；再經(jīng)幾十毫秒，斷開(kāi)QF2，將R退出，完成合閘操作。整個(gè)合閘過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段，接入合閘電阻；第二階段，短接合閘電阻。第一階段中由于R對(duì)振蕩起阻尼作用，要求R值越大越好。第二階段，合閘電阻越大，振蕩過(guò)程越激烈，過(guò)電壓值也就越高，要求R值越小越好。所以一般情況下，合閘電阻取值范圍在400～1 000 Ω之間。

仿真合閘電阻取400 Ω，QF1和QF2通過(guò)時(shí)控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，QF2在30.0 ms時(shí)合閘，12.0 ms后QF1合閘。采用合閘電阻時(shí)的空載合閘三相電壓變化曲線如圖5所示。

由圖5可知：A，B，C三相的空載合閘過(guò)電壓分別為517 kV（1.27 p.u.），617 kV（1.51 p.u.）和675 kV（1.63 p.u.）。與未加限制措施相比，限制過(guò)電壓的效果明顯。此處學(xué)生可以通過(guò)改變合閘電阻阻值或設(shè)置多級(jí)合閘電阻，體會(huì)過(guò)電壓幅值的變化，以更好地理解合閘電阻的作用。

4.2 采用避雷器限制過(guò)電壓

對(duì)于500 kV超高壓輸電線路，為了限制全線過(guò)電壓，需要在線路兩端接入避雷器。仿真采用的避雷器參數(shù)設(shè)定參照額定電壓為420 kV的ZnO避雷器，起始動(dòng)作電壓為475 kV。采用避雷器限制空載合閘過(guò)電壓時(shí)的三相電壓變化曲線如圖6所示。

由于避雷器可以吸收過(guò)電壓的能量，在線路兩端設(shè)置避雷器后，A，B，C三相產(chǎn)生的合閘過(guò)電壓分別降為654 kV（1.60 p.u.），697 kV（1.70 p.u.）和659 kV（1.61 p.u.）。與之前無(wú)限壓措施相比，三相電壓分別下降了15.5%，12.0%和10.8%。在教學(xué)中，可以讓學(xué)生改變避雷器的位置，或者僅采用一臺(tái)避雷器限制過(guò)電壓，觀察限壓效果并分析原因。這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)其分析問(wèn)題的能力。

5 結(jié)論

在電力系統(tǒng)過(guò)電壓相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，可將數(shù)字化仿真作為教學(xué)輔助手段，既彌補(bǔ)了試驗(yàn)裝置的不足，又使枯燥的理論教學(xué)變得生動(dòng)形象、引人入勝，有助于提高教學(xué)效果。同時(shí)，數(shù)字化仿真可以用于科研項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力；也可以用于畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生充分理解數(shù)字仿真方法，為今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。