1 仿真教学的必要性 图1 断开空载线路等值电路 图2 仿真模型图 图3 仿真结果 图5 仿真结果 随着现代仿真技术的飞速发展,各类仿真软件层出不穷。仿真教学作为一种新的科学教学手段,近些年来在高校教育领 域得到了极大的发展。它不仅解决了受实验设备局限性而无法完成实践教学的难 题,而且为学生以及专业教师提供了教学和研究平台。 图4 限制过电压仿真模型图 在电力系统过电压课程的教学过程中,实践教学一直不易开展。基于MAT LAB/simulink中含有的simpowersystems模块,MATLAB软件可以成为电力系统的建模和仿真提供有力的工具。本文将matlab/ simulink用于电力系统过电压的教学过程中,以切除空载电缆线路过电压为例,运用Matlab软件建立用于仿真切除容性负载时产生过电压的实验模型,并进行了相应的仿真,将有利于学生加强对电力系统过电压的理解、认识。 2 仿真教学设计方案 在电力系统中开断空载线路、电容器组等容性元器件时,若断路器触头间有电弧重燃现象发生,则被切断的容性元件会通过回路中电磁能量的振荡,从电源处继续获得能量积累起来,形成过电压。切除空载线路是电力系统常见的操作之一,这时引起的操作过电压幅值大,持续时间也较长,所以按操作过电压是选择绝缘水平的重要因素之一[1]。 2.1 分闸过电压的产生机理 以单相集中参数的简化等值电路来进行分析,如图1所示。为输电线路电感,为线路对地电容,为电源等值电感,电源电势为。在QF断开之前线路电压,设第一次熄弧发生在断路器的工频电容电流过零时,若不考虑导线的泄漏,经过半个周期以后,保留为,而变为,这时两触头间的电压,即恢复电压达到最大值。如在时刻发生电弧重燃,线路电容上的电压要从,过渡到稳态电压-,产生高频振动,线路电容上出现的最大电压将达到,依此类推,若电弧继续重燃下去,则可能出现-7Em,+9Em,…的过电压,可见电弧的多次重燃是切除空载线路时产生危险的过电压的根本原因。系统实测结果表明,超过3Em的过电压概率是很小的,这是因为过电压受多种因素影响的缘故[2]。 2.2 限制过电压措施 切空线产生过电压的限制措施概括起来有[4-5]:①改善断路器的结构,提高触头间介质强度的恢复速度和灭弧能力,避免重燃。②在断路器装设分闸电阻。③在线路侧若接有并联电抗器或电磁式电压互感器。④装设避雷器。 2.3 Matlab仿真及其结果分析 图2给出了空载线路分闸操作时线路中产生过电压的仿真模型,图3为其仿真波形图。 从图3可以看出不加任何限制措施,在断路器断开时线路末端电压有明显增高,这时产生了过电压,对系统有一定冲击。 为了有效地降低切空线所引起的电压升高,这里采用并联电抗器的方法,并联电抗器与线路电容构成振荡衰减,使触头间的恢复电压上升速度大大降低,减少了电弧重燃的可能性,也降低了分闸过电压。 对比图3与图5可以看出线路侧并联电抗器时,切除空载线路过电压明显降低。说明在线路侧并联电抗器能很好地限制过电压。 3 结语 该文利用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立了空载线路分闸过电压的仿真模型,通过线路模型参数设置,对切容性负载过程中产生过电压波形进行动态显示,使得操作过电压的产生原理及其暂态过程分析更加形象化,易于理解和掌握。课堂教学效果显示,仿真教学手段的引入不仅加深了学生对电力系统过电压中操作过电压暂态过程知识的理解,而且调动了学生的积极性,增强了学生的参与意识以及创新意识,对于应用型人才培养起到了积极的促进作用。