atp防雷操作说明书

...wd......wd......wd...1ATP的根本操作1.1起动双击ATP/atpdraw目录下的atpdraw.exe可翻开如以下列图所示的窗口。图1-1ATP/atpdraw的起动窗口点击图1-1的○中的按钮，可翻开如以下列图所示的新建文件窗口。图1-2ATP/atpdraw的新建文件窗口1.2设定选择图1-2菜单栏中的ATP→Settings，建设各种设定用的对话框。图1-3是设定计算条件用的对话框。deltaT：时间步长[s]。Tmax：计算终止时间[s]。Xopt：0或空白时，电感元件的单位为mH；填入频率时，电感元件的单位为ohm。Copt：0或空白时，电容元件的单位为μF；填入频率时，电容元件的单位为μmho。选择Timedomain：暂态计算。选择Frequencyscan：频率扫描。图1-3计算条件选择Hamonic[HFS]：谐波计算。选择PowerFrequency：指定系统频率。图1-4是设定输出条件用的对话框。Printfreq：指定文本输出频率。Plotfreq：指定图形输出频率。选择Plottedoutput：有图形输出。选择Networkconnectivity：输出节点连接表。选择Steady-statephasors：输出稳态计算结果。选择Extremalvalues：输出极大值和极小值。选择Extraprintoutcontrol：改变输出频率。选择Auto-detectsimulationerrors：在画面输出错误信息。图1-4输出条件用图1-5的对话框指定计算操作过电压的统计分布时使用统计开关还是规律化开关。如有通用电机，在该对话框指定初始化方法、所用的单位制和计算方法。图1-6是指定数据卡排列方式和附加要求用的对话框。图7是管理MODELS变量名的对话框。图1-8是设定参数值的对话框。图1-5开关和通用电机图1-6数据卡的次序和附加要求图1-7MODELS变量名图1-8参数值1.3选择元件和输入参数将光标移至图1-2的空白局部，并点击右键，将出现图1-9所示的菜单。从菜单中选择目标元件后，将在空白局部的中心出现该元件对应的图标，如图1-10所示。双击图标，将出现输入该元件参数用的对话框，如图1-11所示。然后按照Help的提示输入各参数。在所有参数输入完毕后，点击OK，完毕该元件的建模。图1-9元件菜单图1-10元件图标图1-11元件参数1.4辅助操作1.4.1连接如图1-12所示，光标置于一个元件的端子，按下左键，将引线拖至另一个元件的端子，释放左键后再点击左键，完毕连接的操作。图1-12元件的连接1.4.2移动将光标移至目标图标，点击左键，确定选择对象〔在该图标外围形成方框，以下同〕，按下左键，将该图标拖至希望的位置，然后释放左键，完毕移动的操作。1.4.3复制将光标移至目标图标，点击左键，确定选择对象。然后，点击图1-13的○中的按钮，复制目标图标。复制图标和原图标是重叠在一起的，按下左键，将复制图标拖至希望的位置，释放左键，完毕复制的操作。图1-13复制1.4.4旋转将光标移至目标图标，点击左键，确定选择对象。然后，点击右键或点击图1-14的○中的按钮，旋转目标图标。每点击一次，顺时针旋转90°。图1-14旋转1.4.5节点赋名将光标移至目标节点，点击右键，生成图1-15所示的节点赋名用对话框。在该框内可填入节点名〔6个符号之内〕，并可指定是否显示节点名。如该节点是大地，则不需填写节点名，但需选择Ground栏。如没有对节点赋名，程序将自动给节点赋名。图1-15节点名1.5ATP的执行选择图1-2菜单栏中的ATP→runATP，可生成文本输入文件〔.ATP文件〕，并执行ATP。如选择图1-2菜单栏中的ATP→MarkFileAs，则只生成文本输入文件〔.ATP文件〕，而不执行ATP。1.6计算结果的输出1.6.1图形输出选择图1-2菜单栏中的ATP→PlotXY，可输出用波形表示的计算结果〔.pl4文件〕，1.6.2文本输出选择图1-2菜单栏中的ATP→EditLIS-file，可生成文本表示的计算结果〔.lis文件〕，文本输出文件重复文本输入文件的内容，并用表格形式输出暂态计算结果，给出警告信息和错误信息，还可输出电路的节点连接表、稳态计算结果〔复数表示〕和暂态过程的极值。2.ATPDraw的元件菜单ATPDraw的元件菜单如图9所示。为了构筑各种计算电路，ATPDraw准备了各种各样的电力系统元件。TPDraw的元件菜单中，还有输出用的各种探针、单相表示和三相表示的转接器及线路换位器。2.1探针和相接续器[Probes&3-phase]注(1)节点电压探针[ProbeVolt](2)支路电压探针[ProbeBranchvolt](3)支路电流探针[ProbeCurr](4)指定TACS变量的输出[ProbeTacs](5)三相表示与单相表示的转接[Splitter](6)换位ABC→BCA[Transp1](7)换位ABC→CAB[Transp2](8)换位ABC→CBA[Transp3](9)换位ABC→ACB[Transp4](10)指定ABC相序的基准节点[ABCReference](11)指定DEF相序的基准节点[DEFReference]2.2线性支路[BranchLinear](1)电阻元件[Resistor](2)电容元件[Capacitor](3)电感元件[Inductor](4)RLC串联支路[RLC](5)3相耦合RLC支路[RLC3-ph](6)3相Y形连接[RLC-Y3-ph](7)3相Δ形连接[RLC-Δ3ph](8)有残留电压的电容[C:U(0)](9)有残留电流的电感[L:I(0)]2.3非线性支路[BranchNonlinear](1)折线表示的非线性电阻(时间滞后型)[R(i)Type99](2)折线表示的非线性电阻(补偿型)[R(i)Type92](3)时变电阻(时间滞后型)[R(t)Type97](4)时变电阻(补偿型)[R(t)Type91](5)折线表示的非线性电感(时间滞后型)[L(i)Type98](6)折线表示的非线性电感(补偿型)[L(i)Type93](7)磁滞曲线表示的非线性电感(时间滞后型)[L(i)Type96](8)磁滞曲线表示的非线性电感(时间滞后型)[L(i)Hevia98→96](9)指数函数表示的非线性电阻(补偿型)[MOVType92](10)指数函数表示的三相非线性电阻(补偿型)[MOVType3-ph](11)TACS控制的非线性电阻(补偿型)[R(TACS)Type91](12)带剩磁的、折线表示的非线性电感(时间滞后型)[Type98,init](13)带剩磁的、磁滞曲线表示的非线性电感(时间滞后型)[Type96,init](14)带剩磁的、折线表示的非线性电感(补偿型)[Type93,init]2.4架空线路/电缆[Lines/Cables]2.4.1集中参数[Lumped](1)单相或多相π型电路[RLCPi-equiv.1](2)多相耦合RL电路[RLCoupled51](3)对称分量表示的多相耦合RL电路[RLSym.51]2.4.2带集中电阻的分布参数线路[Distributed](1)换位线路用的Clarke模型[Transposedlines(Clarke)](2)不换位线路用的KCLee模型[Untransp.lines(KCLee)]2.4.3自动计算参数的架空线路/电缆模型[LCC](1)带集中电阻的分布参数线路[Bergeron](2)π型电路[pi](3)J.Marti频率相关分布参数线路模型[JMarti](4)Semlyen频率相关分布参数线路模型[Semlyen](5)野田频率相关分布参数线路模型[Noda](6)从既有pch文件建设LCC模型[ReadPCHfile]2.5开关[Switches](1)时控开关[Switchtimecontrolled](2)三相时控开关[Switchtime3-ph](3)压控开关[Switchvoltagecontr.](4)二极管[Diode(type11)](5)可控二极管[Valve(type11)](6)三极管[Triac(type12)](7)TACS控制开关[TACSswitch(type13)](8)测量开关[Measuring](9)统计开关[Statisticswitch](10)规律化开关[Systematicswitch]2.6电源[Sources](1)直流电源[DCtype11](2)单斜角波电源[Ramptype12](3)双斜角波电源[Slope-Ramptype13](4)交流电源[ACtype14](5)冲击波电源[Surgetype15](6)Heidler冲击波电源[Heidlertype15](7)Standler冲击波电源[Standlertype15](8)Cigre冲击波电源[Cigretype15](9)TACS控制电源[TACSsource](10)三相交流电源[AC3-phtype-14](11)不接地交流电源[ACUngrounded](12)不接地直流电源[DCUngrounded]2.7电机[Machines](1)同步电机[SM59](2)用通用电机表达的同步电机[UM1Synchronous](3)用通用电机表达的感应电机[UM3Induction](4)用通用电机表达的感应电机(双向励磁)[UM4Induction](5)用通用电机表达的单相感应电机[UM6Singlephase](6)用通用电机表达的直流电机[UM8DC]2.8变压器[Transformers](1)单相理想变压器[Ideal1phase](2)三相理想变压器[Ideal3phase](3)单相饱和变压器[Saturable1phase](4)三相饱和变压器[Saturable3phase](5)Y-Y内铁式变压器[#Sat.Y/Y3-leg](6)三相变压器参数计算[BCTRAN](7)单相变压器参数计算[XFRM]2.9控制系统[TACS]2.9.1信号源[Sources](1)直流信号[DC-11](2)交流信号[AC-14](3)脉冲信号[Pulse-23](4)斜角波信号[Ramp-24](5)指定type-90、type-91、type-92、type-93信号源的相应节点、开关或电机内部变量[CouplingtoCircuit]2.9.2传递函数块[Transferfunctions](1)一般型[General](2)积分型[Integral](3)微分型[Derivative](4)低通滤波器[Lowpass](5)高通滤波器[Highpass]2.9.3特殊装置[Devices](1)频率测量器[Freqsensor-50](2)继电器[Relayswitch-51](3)触发器[Levelswitch-52](4)延迟器[Transdelay-53](5)脉冲延迟器[Pulsedelay-54](6)数值采样器[Digitizer-55](7)用户定义非线性[Userdefnonlin-56](8)时序开关[Multiswitch-57](9)可控积分器[Continteg-58](10)简化微分器[Simplederiv-59](11)条件判断输出器[InputIF-60](12)选择输入器[Signalselect-61](13)采样和追踪器[Sampletrack-62](14)最小值和最大值选择器[Instmin/max-63](15)最小值和最大值追踪器[Min/maxtracking-64](16)累加器和计数器[Acccount-65](17)有效值测量器[RMSmeter-66](18)Fortran语言表达式[Fortranstatements](19)指定Fortran语言表达式的输出流向[Drawrelation]2.9.4初始化(1)指定TACS变量的初始值[Initialcond.]2.10频率相关元件[FrequencyComp.](1)频率扫描用交流电源[HFSSource](2)单相CIGRE负荷[CIGRELoad1ph](3)三相CIGRE负荷[CIGRELoad3ph](4)线性RLC[LinearRLC](5)Kizilcay频率相关支路[KizilcyF-Dependent]2.11复制(1)选择己定义的LIB文件，在ATP文件中增加$INCLUDE文[Library](2)选择己定义的LIBREF_1文件，建设单相参考支路[Ref.1-ph](3)选择己定义的LIBREF_3文件，建设三相参考支路[Ref.3-ph](4)选择己定义的SUP文件，在ATPDraw窗口增加新元件[Files](5)从标准元件库选择元件增加到ATPDraw窗口[StandardComponent]注：[]内是ATPDraw为该元件设定的名称3防雷计算中电气设备的等效模型及参数设置对于变电站的等效模型，主要有交流电源、杆塔、输电线、避雷器、隔离开关、断路器、电压互感器、电流互感器、变压器等模型。为模拟雷击过程，主要有雷电流模型、绝缘子闪络模型。3.1电源模型〔1〕模型选择对一条或几条线路进展过电压研究时，被研究的线路节点称为内部节点，内部节点外的节点称为外部节点。在ATP仿真中，内部节点和外部节点的等效电源均用一理想三相电压源Ac3ph.sup表示。外部节点的等效电源阻抗，用一个集中参数的线路元件Linesy_3.sup来等效，之所以采用线路元件而不是直接用Rlc_3.sup阻抗元件，是因为还要反响出电源的零序参数。内部节点的等效电源阻抗，模型选用Linesy_3.sup元件或不反映零序参数的Rlc_3.sup阻抗元件。用Rlc_3.sup的原因是由于BPA计算得到某些内部节点等效阻抗中可能出现零序电感或电阻值为负值的情况，此时如果仍采用集中参数的线路元件Linesy_3.sup就会出现计算错误情况。故外部等效电源及阻抗在ATP中由模型表示。内部等效电源及阻抗由或模型表示。〔2〕参数设置Ac3ph.sup模型输入参数包括三相电源电压幅值，频率，初始相角，电源投入时间，电源退出时间。参数由BPA计算结果给出。Linesy_3.sup模型输入参数包括三相线路正序、零序电阻，正序、零序电抗。参数由BPA计算结果给出。Rlc_3.sup模型输入参数包括三相线路电阻、电感与电容。参数由BPA计算结果给出。3.2线路模型〔1〕模型选择外部节点与内部节点相连的线路称为外部线路，ATP中采用可反映长线特征的波阻抗线路模型Linezt.sup表示，输入参数由BPA计算结果给出。内部节点输电线路模型采用较准确反映长架空线路特征LCC模型元件。Model卡中计算模型方法有Bergeron、PI、因Bergeron特征线方法能较好的模拟输电线路的暂态过程，故计算采用具有分布参数的Bergeron特征线方法。LCC模型参数由实际输电线路的根本属性、几何参数等给出。〔2〕参数设置LCC模型中有Model卡和Data卡两个设置项。Model卡中有输电线路类型、输电线路长度、计算频率、土地电阻率、计算模型方法等设置。Data卡设置为输电线路的根本的几何参数。以施秉－黎平的一回输电线路为例，Model卡和Data的设置分别如图3-1、图3-2所示。具体设置方法可参见ATP软件说明。图3-1LCC模型Model设置卡图3-2LCC模型Data设置卡〔3〕实例以施秉－黎平、黎平－桂林两条单回紧凑型线路为例，采用线路模型如图3-3所示。图3-3两条单回紧凑型线路模型以桂林－清远两条同杆紧凑型线路为例，为考虑两线路间的电磁耦合作用，应采用线路模型Lcc_6.sup。为了实现换位，将线路分段，采用线路模型如图3-4所示。图3-4同杆紧凑型线路模型3.3铁塔模型在计算短时间交流过电压和操作过电压时，一般省略鉄塔的模拟，只考虑接地电阻。但在计算雷过电压时，鉄塔的冲击波特性的模拟就很重要了。鉄塔模型应具备的条件作为实用的鉄塔模型应具备以下的条件。初姶的塔顶阻抗在100～200Ω的范围内。〔此是在雷道阻抗为400Ω的前提下〕从塔脚返回的反射波应呈现衰减。在经过一定时间后，塔頂阻抗应等于塔脚接地电阻。从塔脚返回的反射波有畸变。可用EMTP计算。3.3.1无损线路模型这是用和鉄塔高相当长度的无损线路来模拟鉄塔，不能表现从塔脚返回的反射波的衰减和畸变。IEEE的输电线雷事故率计算程序FLASH准备了图3-5所示的四种鉄塔模型。图图3-5IEEEFLASH的鉄塔模型这四个模型中的前三个用于一般鉄塔，它们的波阻抗用3.1)式∼(3.3)式计算，铁塔内的冲击波传播速度v为光速的0.85倍。(3.1)(3.2)(3.3)式中，(3.4)r1、r2、r3为铁塔断面的内接园半径。图3-5的第4个鉄塔模型的波阻抗用(3.5)式计算。(3.5)式中，Z1是园柱的波阻抗，Z2是水平园筒和园柱波阻抗的加权平均值。(3.6)(3.7)3.3.2細分化模型即将鉄塔分解成主材、斜材和横担，分别用线路模型模拟。原模型属于这种模型。原模型用无损线路的组合构成，由于各段的波阻抗不同，等价地模拟了行波的畸变，但不满足条件(2)。以下介绍双回路鉄塔的原模型，如图3-6所示。图3-6原模图図2.2原模型(1)図2.2原模型(3.8)式中，〔3.9〕(2)斜材实验说明由于斜材的存在波阻抗大约下降10%左右。斜材的波阻抗用下式计算，而斜材的线路长设为相应主材线路长的1.5倍。(3.10)(3)横担横担可以当作通常的水平导体来计算波阻抗。(3.11)式中，ｒAk为等价半径，取横担和主材的连接长度〔即横担和塔身的连接断面的上边和下边之和〕的1/4。3.3.3四段模型用上相、中相和下相的横担位置将铁塔分成4段，用无损线路和R-L并联电路的串接来模拟铁塔，如图3-7所示。本模型用集中电阻实现冲击波的衰减，为了表达高频领域衰减大、低频领域衰减小，用电感和电阻并联。当鉄塔的上部和下部的波阻抗一样时，用铁塔全体的衰减系数γ和各段相应的长度h1、h2、h3、h4计算各段的参数，如下式所示。(3.12)(3.13)(3.14)式中，ｒ：单位长电阻，H=h1+h2+h3+h4：鉄塔的全高，Zt：鉄塔波阻抗，τ：冲击波在鉄塔中的往复传播时间，Vt：在鉄塔中的传播速度，α：时间常数Li/Ri与τ之比。而图2.3中的Rf为接地电阻。当鉄塔的上部和下部的波阻抗不同时，用下式计算各段的参数。Ri=eq\f(-2Z1ln\r(,g),(h1+h2+h3))hi(i=1,2,3)(3.15)R4=-2Z2lneq\r(g)(3.16)Li=Rieq\f((2H),Vt)(i=1,2,3,4)(3.17)本模型满足上述的对于铁塔模型的各种要求。模型的参数是按照能够重现各相招弧角电压的实测波形来选择的。冲击波的传播速度Ｖt为光速，取时间常数L/R等于鉄塔内冲击波往复传播时间τ(即α=1)。鉄塔上部的波阻抗ZT1和下部的波阻抗ZT2、鉄塔内的衰减系数γ根据情况可取不同的值，如表3-1所示。表3-表3-1四段模型的参数ZT1(Ω)/ZT2(Ω)γ电压等级小电流实验220/1500.8500kV小电流实验120/1200.7UHV实际雷击观测200/1350.8实际雷击观测80/800.8实际雷击观测120/1200.8图3-7四段模型这个模型的最大缺点是参数的选定不能反映铁塔的大小和形状。3.3.4单波阻抗模型 对于图3-6的同杆双回塔，也可应用更为简单的单波阻抗模型，如图3-8。对波阻抗的参数设置如图3-9，其中长度length表示了杆塔的实际尺寸，因此这个模型很好的描述了杆塔构造，但是是一种较为粗糙的模型。杆塔模型底部为杆塔接地电阻，可根据经历取值。图3-8图3-9波阻抗参数设置3.4避雷器模型3.4.1氧化锌避雷器的伏秒特性在500kV变电站中，由于金属氧化物非线性电阻片具有优异的非线性伏秒特性，在雷电侵入波保护当中占有重要地位。氧化物避雷器的主要成分为氧化锌，通常也称其为氧化锌避雷器〔MOA〕，其良好的防雷特性取决于其电阻片优越的非线性特性：其全伏安特性如图3-10。图3-10氧化锌避雷器伏安特性通常将伏安特性分为3个典型区域，分别为小电流区、非线性区和饱和区。在小电流区，通过阀片的电流在1mA以内，这样，在正常工作电压下，流过避雷器的电流非常小，可近似认为续流为0，因此无需安装串联间隙隔断工频续流。在非线性区，非线性系数大大下降即使电流急剧上升，电压也无太大变化。这样，当雷电流侵入时，避雷器上的残压很小。在GIS中，氧化锌避雷器能起到非常好的防雷作用。3.4.2非线性电感和电阻模型在仿真计算中，可以用非线性电感模型中非线性元件L和R来模拟陡波头电流下的V-I磁滞特性。氧化锌避雷器具有电流波头越短，电压最大值的发生时间比电流最大值的发生时间越前、电压最大值上升的特性。元件模型的端电压V〔t〕由非线性电阻R〔i〕和非线性电感L〔i〕分担，如〔3-15〕所示：(3-15)图3-11避雷器模型图3-12非线性电感参数设置 避雷器模型采用非线性电感和非线性电阻模拟，如图3-11。非线性电感参数设置如图3-12。非线性电阻参数采用几组伏安特性参数来描述，可以近似模拟出避雷器的伏安特性，如图3-13和3-14。图3-13非线性电阻伏安特性参数图3-14非线性电阻伏秒特性曲线3.5雷电流模型雷击大地时，通常要先经过先导放电，然后才是主放电过程。研究说明，先导通道具有分布参数的特征，称其为雷电通道，其波阻抗为Z0。在防雷设计中，一般取雷电流通道的波阻抗Z0为300Ω，Z为被击杆塔，如图3-15。图3-15雷电流通道等效图〔1〕雷电流参数的选取我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按下式求得：(3-16)年平均雷暴日在20及以下地区，雷电流幅值较小，雷电流幅值超过I的概率为：(3-17)标准雷电冲击波其波头局部可用双指数函数表示〔如图3-16〔a〕〕：(3-18)在线路防雷设计中，波头局部可简化为斜角波头〔如图b〕，而在设计特性高塔时可取余弦波头〔如图c〕。图3-16雷电冲击波波形设计在500kv系统中，根据所建的模型，需确定最大雷电流计算值。而此值在我国规程尚无此具体规定，太高，造成浪费，太低则不安全。一般情况下，国际上最大雷电流计算值取150kA，西欧则取250kA。根据我国国情，一般取值为210~220kA，大于或等于它的概率为3.16%~4.11%。〔2〕雷电流模型例如图3-17雷电流仿真模型图3-18雷电流参数的设定3.6绝缘子闪络模型3.6.1绝缘子闪络判据如图3-19所示，当绝缘子串上出现的过电压高于绝缘子串伏秒特性时，我们即可判定绝缘子串发生闪络，闪络时刻即为两曲线相交的第一时刻。其中相应的时刻t1为闪络时刻，U1为闪络电压，由绝缘子串电压波形和绝缘伏秒特性曲线共同决定。图3-19绝缘子特性曲线3.6.2绝缘子串伏秒特性的模拟绝缘子串伏秒特性指的是绝缘子串上出现的电压最大值放电时间的关系曲线。伏秒特性通常由实验的方法得出。当击穿发生在波前时，击穿电压以当前50%放电电压为准；发生在波尾时，以峰值电压为准，此时的击穿实际上是50%放电电压峰值作用的结果。实际上，工程中各种绝缘子的伏秒特性参数都是可查的，通过简单的拟合就可得到对应的伏秒特性公式。3.6.3绝缘子两端电压波形模拟雷击塔顶时，绝缘子串两端的电压为：V(t)=Vtop(t)+Vg(t)-Vf(t)，即塔顶电位〔Vtop〕,感应雷过电压〔Vi〕,工频过电压〔Vf〕。雷击塔顶时，由于杆塔波阻抗、冲击接地电阻的存在，虽然避雷线可以起到一定的分流作用，，但由于雷电流幅值大，陡度很高，仍能在塔顶感应出很高的电压。显然，当线路电压为U1，而横担电压为U时，塔顶电位Vtop=U1-U。雷直击输电线路杆塔塔顶时，除了在塔顶产生高电位外，放电通道周围的空间电磁场急剧变化，在导线上将出现雷电感应过电压。感应雷过电压主要通过一些规程公式进展计算，并没有一个确定的方法，可根据不同的计算要求选择适宜的规程公式得到感应过电压表达式。一般来说，相对于雷电冲击电压，电路本身的工频电压很小，在计算雷电过电压时可以简化忽略不计。但对于500kV等高压电路，由于其电压等级高，在考虑雷电线路还击时，在绝缘子两端电压中会占有相当大的比例。因此在高压线路仿真时要考虑工频过电压。3.6.4绝缘子串闪络模型 绝缘子串闪络模型的建设使用了TACS组件，可求和传递函数块G〔s〕、DEVICE装置、内部信号源、FORTRAN表达式等。绝缘子串闪络仿真模型如图3-20。图3-20绝缘子串闪络仿真模型其中，52＃中的驱动信号模拟绝缘子串两端的电压曲线、有名＋固定阈限值模拟绝缘子串的伏秒特性曲线，当某一时刻驱动信号