周 濟(jì), 王 軍
(國網(wǎng)四川映秀灣發(fā)電廠,四川 都江堰 611830)
在電力系統(tǒng)中,接地網(wǎng)有效性是電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要部分,選擇合適的接地網(wǎng),以及接地網(wǎng)工頻阻抗的大小,直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否可靠、安全的運(yùn)行。映秀灣電站地處岷江上游峽谷地帶,地形地貌、巖石土壤結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,在2008年“5·12”汶川大地震中,接地網(wǎng)受到較大破壞,在震后恢復(fù)重建中經(jīng)過了完善修復(fù),并對(duì)接地阻抗進(jìn)行了多次測試。根據(jù)GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》,接地阻抗 應(yīng) 滿 足R≤2 000/Ig,由于接地阻抗R具體數(shù)值沒有明確,需通過系統(tǒng)最大短路電流來進(jìn)行計(jì)算,以取得接地阻抗要求的準(zhǔn)確值,并驗(yàn)證接觸電位差和跨步電位差是否在合格范圍之內(nèi)。因此,計(jì)算接地網(wǎng)系統(tǒng)短路電流,是判斷映秀電站接地網(wǎng)的有效性和安全性的先決條件。
映秀灣電站接地網(wǎng)為長孔方形水平接地網(wǎng),并鋪設(shè)有垂直接地極。接地網(wǎng)面積約為3 000 m2。
映秀灣電站裝機(jī)3×45.5 MW, 1號(hào)主變型號(hào) SSP8-50000/110,2、3號(hào)主變型號(hào)SSP7-45 000/220。正常運(yùn)行時(shí),10 kVⅠ、Ⅱ段母線并聯(lián)運(yùn)行,1、3號(hào)主變高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行,2號(hào)主變中性點(diǎn)不接地,系統(tǒng)主接線圖及設(shè)備參數(shù)見圖1。
圖1 映秀灣電站主接線圖(部分)
接地網(wǎng)的有效性首先需要計(jì)算入地短路電流,入地短路電流影響到接地阻抗要求值、跨步電位差和接觸電位差。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式及接地網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)來合理的計(jì)算接地短路電流,是驗(yàn)證接地網(wǎng)有效性的前提。
入地短路電流的計(jì)算公式為﹝1﹞:
Ig=(Imax-In)Sf1
(1)
Ig=InSf2
(2)
式中Imax為發(fā)電廠內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)的最大接地故障對(duì)稱故障電流有效值(A);In為發(fā)電廠內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)流經(jīng)設(shè)備中性點(diǎn)的電流(A);Sf1、Sf2分別為發(fā)電廠內(nèi)、外發(fā)生接地故障時(shí)的分流系數(shù)。
計(jì)算用入地短路電流取兩式中較大的Ig值。
電力系統(tǒng)的接地短路形式包括單相接地短路和兩相接地短路,由于接地短路屬于不對(duì)稱短路,通常采用對(duì)稱分量法進(jìn)行計(jì)算[2]。計(jì)算后選取兩者中最大值作為Imax,即最大接地短路電流。
計(jì)算接地短路電流,具體步驟如下:
根據(jù)映秀灣電站主接線圖做出正序、負(fù)序、零序等值阻抗圖(假設(shè)SB=100 MVA),如圖2、圖3所示。
圖2 系統(tǒng)正序、負(fù)序等值阻抗網(wǎng)絡(luò)圖
圖3 系統(tǒng)零序阻抗等值網(wǎng)絡(luò)圖
計(jì)算d點(diǎn)短路電流:為系統(tǒng)提供的短路電流和發(fā)電機(jī)提供的短路電流之和。
(1)系統(tǒng)提供短路電流:X正序=0.851 ,X負(fù)序=0.851,X零序=1.223,
計(jì)算單相接地短路電流,得合成阻抗值:X和=X正序+X負(fù)序+X零序=2.925,則單相短路電流為Id(1)=3×5.5/2.925=5.641 kA;
計(jì)算兩相接地短路電流,Id(1,1)=1.732×0.87×5.5/1.353=6.13 kA;
(2)發(fā)電機(jī)提供的短路電流:X正序=1.37 ,X負(fù)序=1.37,X零序=0.633,
計(jì)算單相接地短路電流,得合成阻抗值:X和=X正序+X負(fù)序+X零序=3.37,則單相短路電流為Id(1)=3×5.5/3.37=4.896 kA;
計(jì)算兩相接地短路電流,Id(1,1)=1.732×0.885×5.5/1.8=4.684 kA;
綜上所述,單相接地 短 路 電 流 為 5.641+
4.896=10.537 kA,兩相接地短路電流為6.13+4.684=10.814 kA,
所以,系統(tǒng)的兩相短路接地電流是最大入地短路電流,即Imax=10.814 kA。
如圖4所示,是映秀灣電站站內(nèi)短路接地時(shí)電流分布圖,其中,A代表系統(tǒng),B系統(tǒng)為水電站站內(nèi)接地。
圖4 映秀灣水電站廠內(nèi)接地時(shí)短路電流分布圖
從接地短路電流分布圖可以看出,接地中性點(diǎn)的短路電流是最大接地短路電流Imax流入地網(wǎng)后,從地網(wǎng)在流經(jīng)主變中性點(diǎn)的那一部分電流。因此,將各個(gè)電源對(duì)短路點(diǎn)的阻抗,主變接地中性點(diǎn)對(duì)短路點(diǎn)的阻抗分別作出不同的支路,根據(jù)分布系數(shù)和短路接地電流,求出每回支路的電流,就可以得出接地中性點(diǎn)In的值[3]。
由圖2和圖3中,正序、負(fù)序和零序阻抗網(wǎng)絡(luò)圖,求出A系統(tǒng)1和A系統(tǒng)2及主變1、主變3的分布系數(shù)。
A系統(tǒng)正序、負(fù)序等效阻抗相同,XA11=XA12=2.172,XA21=XA22=1.417, A系統(tǒng)零序等效阻抗XA10=2.172,XA20= 2.8,求出分布系數(shù)kA1=0.151,kA2=0.098
根據(jù)分布系數(shù),得:In=(0.151+0.098)×10.814=2.69 kA.
即中性點(diǎn)的短路電流In為2.69 kA。設(shè)計(jì)中通??紤]可能出現(xiàn)的最大短路電流情況,上式求出接地中性點(diǎn)短路電流是兩臺(tái)中性點(diǎn)接地主變的合計(jì)。
Sf1、Sf2分別為發(fā)電廠內(nèi)、外發(fā)生接地故障時(shí)避雷線的分流系數(shù),這兩個(gè)系數(shù)可以通過計(jì)算得出,也 可 以 使 用 經(jīng) 驗(yàn) 數(shù) 值,Sf1=0.5 ,Sf2=0.18[4-5]。
由式(1)和(2),可得Ig1=(Imax-In)Sf1=(10.814-2.69)×0.5=4.062 kA
Ig2=InSf2=2.69×0. 18=0.48 kA
取兩者較大值,即可得入地短路電流為Ig=4.062 kA
根據(jù)GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》,映秀灣電站接地阻抗需滿足下式:
R≤2 000/Ig=2 000/4 062=0.4928 Ω
(3)
式中Ig即為入地短路電流,
由式(3)可以看出短路電流越大,接地阻抗的要求值越低。根據(jù)目前電網(wǎng)發(fā)展的趨勢,電源點(diǎn)越多,電源容量越大,短路電流會(huì)越來越大,要求的接地阻抗會(huì)越來越小。根據(jù)GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》,如接地阻抗不能滿足要求,則需采取限制電位的措施,并驗(yàn)算接觸電位差和跨步電位差。
接地網(wǎng)的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列公式計(jì)算的數(shù)值:
(4)
(5)
式中Ut為接觸電位允許值,Us為跨步電位允許值,ρs為地表層的電阻率,cs為表層衰減系數(shù),ts為接地故障持續(xù)時(shí)間。
如接地裝置的接觸電位差和跨步電位差超過規(guī)定值,需采取下列補(bǔ)救措施:局部增設(shè)水平均壓帶、垂直接地極、鋪設(shè)礫石地面、瀝青地面等。
計(jì)算映秀灣電站接觸電位差和跨步電位差要求值:
取ρs為400 Ω·m,cs取為1,ts取為0.65 s,根據(jù)式(4)、(5)可得:
接觸電位差的要求值為Ut=300.24 V
跨步電位差的要求值為Us=563.28 V
綜上所述,針對(duì)不同的接地網(wǎng),由于系統(tǒng)運(yùn)行方式、設(shè)備參數(shù)的不同,所要求的最大接地阻抗值不同,簡單的對(duì)所有接地網(wǎng)最大接地阻抗值都以同樣的要求來考慮是不合適的。
根據(jù)最大短路電流計(jì)算出的最大接地阻抗值,以及根據(jù)式(4)、(5)計(jì)算出的最大接觸電位差和跨步電位差,為準(zhǔn)確判斷映秀灣電站接地網(wǎng)的有效性提供了依據(jù)。
參考文獻(xiàn):
[1] GB/T50065-2011.交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[P].中國計(jì)劃出版社,2011年.
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