于力 程琳 陳鵬程 衣麗葵
摘要:在我國電網(wǎng)的飛速發(fā)展和巨大變遷的大背景下,為了適應(yīng)新形勢下電力行業(yè)企業(yè)對應(yīng)用型人才需求,高等學(xué)校教育更應(yīng)重視學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。本文以提高學(xué)生核心專業(yè)能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力為宗旨,闡述仿真教學(xué)在《電力系統(tǒng)過電壓》課程教學(xué)中的必要性,并舉例說明在該課程中引入MATLAB仿真軟件進行輔助教學(xué)的方法。
關(guān)鍵詞:電網(wǎng) 實踐能力 創(chuàng)新能力 仿真教學(xué)
中圖分類號:G420 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號1672-3791(2015)06(a)-0000-00
1 仿真教學(xué)的必要性
隨著現(xiàn)代仿真技術(shù)的飛速發(fā)展,各類仿真軟件層出不窮。仿真教學(xué)作為一種新的科學(xué)教學(xué)手段,近些年來在高校教育領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展。它不僅解決了受實驗設(shè)備局限性而無法完成實踐教學(xué)的難題,而且為學(xué)生以及專業(yè)教師提供了教學(xué)和研究平臺。
在電力系統(tǒng)過電壓課程的教學(xué)過程中,實踐教學(xué)一直不易開展?;贛 A T L A B/simulink 中 含 有 的simpowersystems模塊,M A T L A B軟件可以成為電力系統(tǒng)的建模和仿真提供有力的工具。本文將matlab/simulink用于電力系統(tǒng)過電壓的教學(xué)過程中,以切除空載電纜線路過電壓為例,運用Matlab軟件建立用于仿真切除容性負載時產(chǎn)生過電壓的實驗?zāi)P?,并進行了相應(yīng)的仿真,將有利于學(xué)生加強對電力系統(tǒng)過電壓的理解、認識。
2 仿真教學(xué)設(shè)計方案
在電力系統(tǒng)中開斷空載線路、電容器組等容性元器件時,若斷路器觸頭間有電弧重燃現(xiàn)象發(fā)生,則被切斷的容性元件會通過回路中電磁能量的振蕩,從電源處繼續(xù)獲得能量積累起來,形成過電壓。切除空載線路是電力系統(tǒng)常見的操作之一,這時引起的操作過電壓幅值大,持續(xù)時間也較長,所以按操作過電壓是選擇絕緣水平的重要因素之一[1]。
2.1分閘過電壓的產(chǎn)生機理
以單相集中參數(shù)的簡化等值電路來進行分析,如圖1所示。為輸電線路電感,為線路對地電容,為電源等值電感,電源電勢為。在QF斷開之前線路電壓,設(shè)第一次熄弧發(fā)生在斷路器的工頻電容電流過零時,若不考慮導(dǎo)線的泄漏,經(jīng)過半個周期以后,保留為,而變?yōu)?,這時兩觸頭間的電壓,即恢復(fù)電壓達到最大值。如在時刻發(fā)生電弧重燃,線路電容上的電壓要從,過渡到穩(wěn)態(tài)電壓-,產(chǎn)生高頻振動,線路電容上出現(xiàn)的最大電壓將達到,依此類推,若電弧繼續(xù)重燃下去,則可能出現(xiàn) -7Em ,+ 9Em ,… 的過電壓,可見電弧的多次重燃是切除空載線路時產(chǎn)生危險的過電壓的根本原因。系統(tǒng)實測結(jié)果表明,超過 3Em 的過電壓概率是很小的,這是因為過電壓受多種因素影響的緣故[2]。
圖1 斷開空載線路等值電路
2.2 限制過電壓措施
切空線產(chǎn)生過電壓的限制措施概括起來有[4-5]:①改善斷路器的結(jié)構(gòu),提高觸頭間介質(zhì)強度的恢復(fù)速度和滅弧能力,避免重燃。②在斷路器裝設(shè)分閘電阻。③在線路側(cè)若接有并聯(lián)電抗器或電磁式電壓互感器。④裝設(shè)避雷器
2.3 Matlab仿真及其結(jié)果分析
圖2給出了空載線路分閘操作時線路中產(chǎn)生過電壓的仿真模型,圖 3為其仿真波形圖。
圖2仿真模型圖
圖 3 仿真結(jié)果
從圖3可以看出不加任何限制措施,在斷路器斷開時線路末端電壓有明顯增高,這時產(chǎn)生了過電壓對系統(tǒng)有一定沖擊。
為了有效地降低切空線所引起的電壓升高,這里采用并聯(lián)電抗器的方法,并聯(lián)電抗器與線路電容構(gòu)成振蕩衰減,使觸頭間的恢復(fù)電壓上升速度大大降低,減少了電弧重燃的可能性,也降低了分閘過電壓。
圖4 限制過電壓仿真模型圖
圖5 仿真結(jié)果
對比圖3與圖5可以看出線路側(cè)并聯(lián)電抗器時,切除空載線路過電壓明顯降低。說明在線路側(cè)并聯(lián)電抗器能很好地限制過電壓。
3 結(jié)束語
本文利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件建立了空載線路分閘過電壓的仿真模型,通過線路模型參數(shù)設(shè)置,對切容性負載過程中產(chǎn)生過電壓波形進行動態(tài)顯示,使得操作過電壓的產(chǎn)生原理及其暫態(tài)過程分析更加形象化,易于理解和掌握。課堂教學(xué)效果顯示,仿真教學(xué)手段的引入不僅加深了學(xué)生對電力系統(tǒng)過電壓中操作過電壓暫態(tài)過程知識的理解,而且調(diào)動了學(xué)生的積極性,增強了學(xué)生的參與意識以及創(chuàng)新意識,對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)起到了積極的促進作用。
參考文獻
[1] 魯鐵成,電力系統(tǒng)過電壓[M] ,北京:中國水利水電出版社,2009.
[2] 土一宇,周于邦等譯,電力系統(tǒng)暫態(tài)[M],北京:中國電力出版社,2003.
[3] 施圍,郭潔,電力系統(tǒng)過電壓計算(第二版)[M] ,北京:高等教育出版社2006.
[4] 周澤存,高電壓技術(shù)(第三版)[M],北京:中國電力出版社,2006
[5] 趙智大,高電壓技術(shù)[M],北京:中國電力出版社,1998.