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研究生:黃仁佑
研究生(外文):Jen-You Huang
論文名稱:應用EMTP模擬屋外型變電所突波影響之研究
論文名稱(外文):Application of EMTP to Outdoor Type Substation Surges Influences
指導教授:魏忠必 博士
指導教授(外文):Jong-Bi Wei
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:變電所電容耦合式比壓器接地電位
外文關鍵詞:substationCoupling Capacitor Voltage Transformerthe ground potential
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本論文採用電磁暫態分析程式ATP-EMTP(Alternative Transient Program Electromagnetic Transient Program)模擬屋外型變電所161kV系統於遭受開關突波干擾、系統單相接地故障及系統遭受雷擊時之暫態特性,依序建立161kV鐵塔及線路模組、雷擊電流突波模組、電容耦合比壓器模組、避雷器模組、變壓器模組及屋外型變電所接地系統模組,組成變電所暫態模型後進行模擬,針對屋外式變電所內常採用之電容耦合式比壓器(Coupling Capacitor Voltage Transformer 簡稱CCVT)二次側中性點接地,分析一點接地與兩點接地於變電所161kV系統故障時,接地網電位湧升及其所產生循環電流是否足以造成保護電驛誤動作或熔毀現象,藉由本論文之研究期望能對於保護電驛抗干擾能力及穩定度有所提昇,並做為日後建立變電所靜態數位電驛運轉環境設計分析之參考。
關鍵字:變電所、電容耦合式比壓器、接地電位。

In this study, we use ATP-EMTP (Alternative Transient Program Electromagnetic Transient Program) to simulate transient characteristics of switching surge, lightning surge and single phase to ground fault at 161 kV outdoor type substations. We build the module of 161 kV line and tower, inrush current module, CCVT module, LA module, TR module and grounding system module, then, combine those modules to form a substation transient model, finally, get the result from the simulation of this model.
This simulation focus on the neutral grounding on secondary of CCVT system and analyzes that if ground potential rise and circulating current are sufficient to result in relay malfunction or conductor meltdown phenomenon when faults occurred in single point grounding system and two point grounding system separately at 161 kV outdoor type substation. By the research of this paper enhances the anti-interference capability of protection relay and stability and as a reference for future design and analysis of establishing static digital relay operating environment.


中文摘要………………………………………………………………… i
英文摘要……………………………………………………………… ii
謝誌…………………………………………………………………… iii
目錄…………………………………………………………………… iv
圖目錄………………………………………………………………… vii
表目錄………………………………………………………………… x
第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 研究背景與動機……………………………………………… 1
1.2 研究目的……………………………………………………… 2
1.3 論文架構……………………………………………………… 3
第二章 變電所架構簡介及接地系統工程概論……………………… 4
2.1變電所分類及接地系統引接方式…………………………… 4
2.1.1台電輸變電系統介紹…………………………………… 4
2.1.2變電所分類介紹………………………………………… 6
2.1.3變電所接地系統的組成與相關計算公式…………… 11
2.1.4一次變電所接地系統引接方式……………………… 20
2.2屋外型變電所主要電力設備介紹…………………………… 24
2.2.1變壓器………………………………………………… 24
2.2.2氣體絕緣開關(GIS) …………………………………… 25
2.2.3電容耦合式比壓器(CCVT) …………………………… 25
2.2.4避雷器 ………………………………………………… 27
2.2.5 161kV線路鐵塔……………………………………… 28
第三章 屋外變電所EMTP電磁暫態模型建立…………………… 31
3.1 ATP-EMTP電磁暫態模擬程式簡介………………………… 31
3.1.1 ATP-EMTP的發展史………………………………… 32
3.1.2 ATP-EMTP程式功能………………………………… 32
3.1.3 ATP-EMTP程式使用方式與應用範圍……………… 34
3.2變電所EMTP電磁暫態模型建立…………………………… 36
3.2.1屋外型一次變電所系統簡介………………………… 37
3.2.2電容耦合比壓器EMTP模型………………………… 38
3.2.3 161kV線路鐵塔EMTP模型………………………… 39
3.2.4 161kV輸電線路EMTP模型………………………… 41
3.2.5雷擊突波電流EMTP模型…………………………… 43
3.2.6避雷器EMTP模型…………………………………… 43
3.2.7變壓器EMTP模型…………………………………… 44
3.2.8變電所接地系統EMTP模型………………………… 44
3.3屋外型變電所161 kV系統模型組成……………………… 46
第四章 屋外型變電所161 kV系統模型分析……………………… 47
4.1系統故障狀況模擬…………………………………………… 47
4.1.1系統正常運轉………………………………………… 48
4.1.2系統遭受開關突波干擾……………………………… 50
4.1.3系統單相接地故障…………………………………… 52
4.1.4系統遭受雷擊突波(30kA)干擾……………………… 54
4.1.5系統遭受雷擊突波(60kA)干擾……………………… 56
4.2 模擬結果彙整……………………………………………… 58
4.2.1 CCVT中性點電壓彙整表…………………………… 58
第五章 結論與未來研究方向…………………………………… 59
5.1結論…………………………………………………………… 59
5.2未來研究方向………………………………………………… 60
參考文獻………………………………………………………… 61

圖2-1台電電力系統結構簡圖……………………………………… 5
圖2-2屋外型變電所………………………………………………… 7
圖2-3屋內型變電所…………………………………………………… 8
圖2-4與服務所結合之地下變電所…………………………………… 9
圖2-5多目標使用變電所斷面圖…………………………………… 10
圖2-6變電所接地網………………………………………………… 13
圖2-7接地棒與裸硬銅線施工完成圖……………………………… 14
圖2-8變電所基地典型的地面電位上升情形……………………… 18
圖2-9變電所CCVT二次側接地電位湧昇示意圖………………… 19
圖2-10單相接地故障電流典型分流情形…………………………… 19
圖2-11一次變電所之主變壓器結線圖…………………………… 20
圖2-12主變壓器161kV側中性點直接接地或旁路經避雷器接地…. 21
圖2-13主變壓器69kV側中性點電抗器接地………………………... 21
圖2-14台架設備接地…………………………………………………. 22
圖2-15一次變電所主變壓器69kV側避雷器………………………... 23
圖2-16電容耦合式比壓器(CCVT) …………………………………... 26
圖2-17線路避雷器本體構造圖………………………………………. 27
圖2-18 161kV耐張型鐵塔各部份尺寸……………………………… 30
圖3-1 ATP Draw執行ATP-EMTP程式之圖形操作介面……………. 35
圖3.2系統模擬分析之流程圖………………………………………... 36
圖3-3變電所161kV 系統配置簡圖………………………………….. 37
圖3-4 161kV CCVT架構圖…………………………………………... 38
圖3-5 EMTP CCVT模型……………………………………………… 38
圖3-6 161kV架空輸電線路鐵塔模型………………………………... 39
圖3-7 161kV架空輸電線路模型……………………………………... 42
圖3-8 EMTP輸電線LCC模組內部參數…………………………….. 42
圖3-9 Heidler模型搭配一個雷道電阻組成雷突波等效模型……….. 43
圖3-10 R(i)避雷器模型參數輸入主畫面與非線性V-I資料………… 43
圖3-11 200×200公尺之接地網EMTP模型………………………….. 45
圖3-12屋外變電所161kV系統電磁暫態模型………………………. 46
圖4-1 CCVT二次側中性點接地示意圖……………………………... 47
圖4-2案例1正常運轉模擬結果(1) ………………………………….. 48
圖4-3案例1正常運轉模擬結果(2) ………………………………….. 49
圖4-4案例2開關突波模擬結果(1) ………………………………….. 50
圖4-5案例2開關突波模擬結果(2) ………………………………… 51
圖4-6案例3單相接地故障模擬結果(1) …………………………… 52
圖4-7案例3單相接地故障模擬結果(2) …………………………… 53
圖4-8案例4雷擊突波30kA模擬結果(1) …………………………… 54
圖4-9案例4雷擊突波30kA模擬結果(2) …………………………… 55
圖4-10案例5雷擊突波60kA模擬結果(1) ………………………… 56
圖4-11案例5雷擊突波60kA模擬結果(2) ………………………… 57

表2-1台電公司變電所接地系統…………………………………… 12
表2-2台電公司變電所接地系統所使用之接地導線……………… 13
表2-3各級變電所變壓器主要規格………………………………… 24
表2-4各級變電所GIS設備主要規格……………………………… 25
表2-5鐵塔型式分類表……………………………………………… 28
表3-1 161kV耐張型鐵塔參數表…………………………………… 40
表3-2輸電線相導體與架空地線資料……………………………… 41
表3-3 PT、PD與套管典型等效電容……………………………… 44
表4-1案例4.1.1~4.1.5最大環路電流及CCVT中性點電壓……… 58
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[4] 上二變電所,日本關西電力公司。
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[9] 輸變電工程處變電所接地系統設計準則,台灣電力公司,2006年。
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[12] 輸電系統規劃準則,台灣電力公司,2007年12月。
[13] 電力系統運轉操作章則彙編,台灣電力公司。
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[16] 輸電工程作業手冊,台灣電力公司。
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[25] 王瑋民、楊金石、陳建富、陳三木、黃泉發、李芸芬、張德福,台南科學園區鄰近線路遭雷擊導致電壓驟降分析與防制,台灣電力股份有限公司九十二年度研究報告。
[26] 張宏展、范振理、吳瑞南、鄭強、郭政謙、蕭弘清、王琮賢、廖重凱、范清輝,輸電線路避雷器特性及經濟效益評估,台灣電力股份有限公司九十四年度研究報告。
[27] F. Heidler, “Traveling Current Source Model for LEMP Calculation,” Proc.6th Int. Zurich Symp. Tech. Exhib. Electromagnet Compat, Zurich, 1985, pp.157-162.
[28] 落雷資訊管理系統,台電綜合研究所。

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