张弘 黄志先

摘 要

ATP-EMTP广泛应用于电力系统过电压分析、绝缘配合、谐波研究以及保护模拟。主要是将分布参数元件采用特性法转化为集中参数分析计算，计算结果可以是模型各元件相关量。本文研究了ATP仿真软件在分析雷电过电压、操作过电压、暂态过电压等方面的应用。在研究和工程领域应用广泛，发挥重要作用。

关键词

ATP;应用;电力系统;过电压

中图分类号： TM862-4;G642            文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.044

Abstract

ATP-EMTP is widely used in power system overvoltage analysis，insulation coordination，harmonic research and protection simulation.The main purpose of this paper is to transform the distributed parameter elements into the lumped parameter analysis and calculation by using the characteristic method.The calculation results can be the correlation of each element of the model.This paper studies the application of ATP simulation software in the analysis of lightning overvoltage，switching overvoltage and transient overvoltage.It is widely used in research and engineering fields and plays an important role.

Key Words

ATP application;Power system;Overvoltage

EMTP是世界范围内使用非常广泛的电磁暂态仿真程序，主要用于模拟计算电力系统的电磁暂态过程，ATP可以说是EMTP中的一个使用相对普遍的版本。ATP可将分布参数元件转化为集中参数元件求解，典型元件包括集中参数的线性和非线性电阻、电感、电容电路，π型电路，多相分布参数的输电线路，各种类型的开关、变压器等。故除了在电力工程中应用外，还用于教学、科研领域。ATP虽然也还因为开发时间、编译器、应用平台等原因有不同的几个版本，但各版本之间区别不算太大。

下面谈谈ATP在分析电力系统过电压等方面的应用。

1 用于分析雷击过电压

电力网中输电线路经常遭受雷击，如果在进线段遭受雷击，还可能会产生行波侵入变电站，对站内电气设备造成过电压危害，所以对输电线路进线段进行过电压分析能评价原有防雷措施性能，并可对其给予指导性意见。

一般方法是，可以先确定雷电流波形和雷电流幅值的概率，根据防雷保护规程取值即可，主要参数包括波形、波头和半峰值时间，可按具体项目要求选择极性、雷电流幅值;使用ATP仿真软件分析要确定输电线路的模型，可以用常规π型电路、无损分布参数电路、无畸变分布参数电路、带集中电阻的分布参数电路或者具有频率相关参数的分布参数电路来模拟架空线路和电缆。了解到使用最多的是常规π型电路、无损分布参数电路、帶集中电阻的分布参数电路以及J.Marti模型，还可考虑换位和不换位线路的模拟，每相是否分裂，架空地线的数量，同塔几回线等等。这些可以根据具体项目进行选择;接下来可进行杆塔建模，多波阻抗模型与单波阻抗模型，杆塔参数主要是类型、材料参数、高度、冲击接地电阻，有避雷线的一般还考虑避雷线与导线将杆塔分为多段，故也有用单相分布参数线路模拟杆塔;具体项目还要区分电缆还是架空线;然后是绝缘子串模型，可将其简化等效为可控开关，一般将其可控导通电压设置为50%冲击放电电压即可;也有根据其伏秒特性建立模型的。

在仿真模型中录入参数，一般按照雷击点计算各种雷击情况;计算结果一般可表明，当遭受何种雷击时，过电压数值最高;进一步可分析在何种运行方式下，站内设备过电压最高再根据仿真计算结果评价雷害及防雷效果，提出防雷指导建议。也可以根据某次雷击记录进行事故分析。

具体情况中雷击过电压情况还与变电站内接线、电气参数，以及雷电侵入波折射反射的具体情况有关，甚至架空线内径、外径、水平和垂直位置、相角等各种因素有关。

2 用于分析操作过电压

电力系统中的断路器操作或因系统故障引起的过电压则为操作过电压。引起操作过电压的原因归根到底是断路器状态改变，但是引起断路器的分合闸的原因就很多了，也较复杂;一般来说可以单纯探讨其中一种原因，以使问题易于分析。对于避雷器通流能力的确定、电气设备耐受电压的确定以及输配电线路杆塔空气绝缘间隙的确定，操作过电压占了相对主要的作用。

应用ATP仿真分析的一般方法，首先是把分布参数的线路用集中参数建模，利用ATP软件选择元件画出仿真图，输入参数，仿真电路是可以根据实际情况配置电源内阻和电感，对于断路器模型则将开关的闭合和断开过程理想化，一般就采用时控开关模型来模拟断路器各相合闸的同期性，时控开关则可以控制三相电路各相接通时间。根据开关不同时刻合闸的，分别启动输电线路仿真过程;设定仿真时间与步长，然后即可分为三相不同期、三相同期、断口加装并联电阻或电抗等多种情况进行仿真计算，通过设置开关的断开时间来在不同截流时切断并联电抗器过电压。计算结果的对比可看出各相过电压的幅值及出现时刻，还可以验证并联电阻或电抗器对限制过电压的效果。

经过仿真运算，可以从分析结果中看出在线路末端加装并联电抗器或合闸电阻后，确实可以降低工频稳态电压，限制合闸过电压，而且其振荡衰减时间也有明显缩短，不过严重时的过电压仍有可能对电力系统中的设备和线路的绝缘带来破坏。

3 用于分析计算暂时过电

暂时过电压一般指包括工频电压升高以及谐振过电压，其中的工频电压升高对于超高压电力系统的绝缘水平的确定骑着决定性作用，虽然一般来说对220kV以下系统危害不大，但对设备绝缘终究是有影响的，而且还会产生过电流，所以对这种现象的仿真分析也具有意义。

ATP软件可以对低压系统的如10kV系统PT绕组故障仿真分析，可以对中性点消弧线圈上的电压规律进行分析。

4 用于分析接地措施效果

对于变电站接地网的设计、施工，可以事先或改造前，根据主地网的设计图纸，搭建仿真模型，电路参数的设置可以根据需要，如分析工频接地则把电源取值为交流电源，如分析防雷或其他限制过电压效果则设置为冲击电源，具体等效电路模型可参考下图，通过仿真测试可计算得到接地电阻值以及接地网电流，从而可以评价接地措施的效果。

5 用于判别电缆故障

根据配网自身网络结构的特点，使用ATP仿真建模，可以验证，施加特定的信号，通过比对完好相和故障相的低压脉冲反射波形，对多分支配网电缆的一些典型故障，如开路故障，可以实现比较准确的判定与测距。所以，利用仿真的手段，寻求与验证一种对于配网经常发生的单相故障判别方法具有应用意义。

ATP在电力工程领域中，既能在变电站、输电线路设计环节，先对其进行仿真分析，确定绝缘、防雷设计方案，也能对已建成变电站、输电线路的防雷措施、限制过电压措施进行分析评价。ATP不仅在工程领域得到广泛有效的应用，在教学、科研领域也可发挥出很大作用。

参考文献

[1]李云阁.ATP-EMTP及其在电力系统中的应用[M].北京：中国电力出版社，2016.8.

[2]吴文辉，曹祥麟.电力系统电磁暂态计算与ATP应用.北京：中国水利水电出版社，2012.

[3]张焱，李文秋，张安斌.空线操作过电压抑制的新方法[J].江苏电机工程，2008.