任冠民　周　正　李　娟（.國網(wǎng)南陽供電公司，河南 南陽 473000；.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，河南 南陽 473000）

變電站入地短路電流的計算探討

任冠民1周正2李娟1
（1.國網(wǎng)南陽供電公司，河南 南陽 473000；2.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，河南 南陽 473000）

變電站接地短路電流當(dāng)經(jīng)過地網(wǎng)發(fā)生流散時，對于接地電位、跨步電勢、局部電位差、轉(zhuǎn)移電勢等有著直接的影響，同時，對于接地引線以及均壓導(dǎo)體截面的選擇具有重要的影響，因此非常重要。本文對入地短路電流進行了介紹，闡述了短路電流計算的原則，對變電站入地短路電流的計算進行了探討。

變電站；入地短路電流；計算

短路電流指的是電力系統(tǒng)在運行過程中，在相和相之間以及相和地之間出現(xiàn)了非正常連接的時候，流過的電流。在電力系統(tǒng)的計算中，短路電流的計算是非常重要的，通過對短路電流的計算，是確定電氣的接線方式、選擇合適的電氣設(shè)備、整定繼電保護以及校核繼電保護的前提。當(dāng)前，電網(wǎng)規(guī)模越來越大，而電網(wǎng)容量也在不斷增加，造成了短路電流不斷增加，對于電力系統(tǒng)而言，通過接地系統(tǒng)能夠確保電力系統(tǒng)的可靠安全運行，對于電氣設(shè)備以及人員的安全具有保護作用。因此，對于入地短路電流進行計算，是接地網(wǎng)設(shè)計的前提。

一、入地短路電流概述

入地短路電流指的是當(dāng)發(fā)生了短路故障的時候，經(jīng)過地網(wǎng)向地中流散的電流，這部分電流造成了地網(wǎng)的電位升高。如果電網(wǎng)中出現(xiàn)了接地短路電流故障，同時，接地短路故障電流只是一部分電流經(jīng)過地網(wǎng)入地，而不是全部的短路電流都經(jīng)過地網(wǎng)入地。入地這部分電流通過地網(wǎng)流散時，一方面使得接地電位升高，同時對于接觸電勢、轉(zhuǎn)移電勢、跨步電勢以及局部的電位差的大小都有著非常大的影響，另外一方面，對于接地引線以及均壓導(dǎo)體截面的選擇有著重要的影響。因此，對于入地電流進行計算是非常重要的。這是因為，當(dāng)入地電流計算結(jié)果過小，那么就會造成接地網(wǎng)的電阻不能滿足需要，當(dāng)發(fā)生了短路故障時，非常有可能出現(xiàn)安全危險的問題。有調(diào)查顯示，我國發(fā)生很多起因為接地系統(tǒng)接觸電阻沒有滿足需要出現(xiàn)的事故以及事故擴大的問題。如果當(dāng)入地電流計算過大時，就會降阻方法，從而使得資源浪費。所以，進行接地電網(wǎng)設(shè)計時，對于入地短路故障電流要從經(jīng)濟角度與安全角度進行全面考慮。

二、短路電流計算的原則

短路電流計算過程中，要遵循一定的原則：

1 通過短路電流的計算，對電器以及導(dǎo)體開斷電流進行驗算，對于電器以及導(dǎo)體的熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定進行驗算的過程中，需要工程的計劃內(nèi)容進行計算。通常按照最大的運行方式下，三相短路電流作為基礎(chǔ)，例如，對于變電所通常利用兩臺或者是三臺的主變壓器的容量進行計算，同時，要對電網(wǎng)的長期規(guī)劃進行考慮；

2 短路電流進行計算的時候，需要基于有可能發(fā)生的最大的短路電流正常接線形式計算。對于短路點的選擇，應(yīng)該是短路電流最大的點。對于某一電壓等級的短路電流計算的時候，應(yīng)該使用平均電壓。

3 通常通過三相短路電流對導(dǎo)體以及電器的開斷電流、動穩(wěn)定以及熱穩(wěn)定進行驗算。

三、變電站入地短路電流的計算

1 計算避雷線的工頻分流系數(shù)

根據(jù)相關(guān)的規(guī)范對于工頻分流系數(shù)進行計算，220kV線路在經(jīng)過架空輸電時，平均土壤的電阻率一般取值為500Ωm，電源的頻率為50Hz。變電站電力線的型號是LGJ-185；避雷線的型號是GJ-50；采用兩根避雷線，桿塔之間的平均的距離是350m。①計算避雷線對地等價鏡像距離；②計算避雷線對于導(dǎo)線的幾何平均距離，經(jīng)計算可得為7.26m；③計算架空輸電線路導(dǎo)線和避雷線之間的平均的檔距零序感抗為0.33ej81.92°；④計算等價避雷線幾何平均半徑為8.6×10-7m；⑤計算基桿塔避雷線間平均自序感抗為2.04ej36.98°；⑥發(fā)生變電站短路時，計算避雷線工頻分流系數(shù)為0.4026；⑦當(dāng)電流外發(fā)生短路時，計算避雷線的工頻分流系數(shù)為0.159。通過上述計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變電站發(fā)生了短路故障電流，那么短路故障電流發(fā)生在變電站內(nèi)時，避雷線的分流系數(shù)是0.4026；短路故障電流發(fā)生在變電站外時，避雷線的分流系數(shù)是0.159。

2 計算變電站的入地短路電流

假設(shè)變電站內(nèi)的最大的短路電視是20kA，由于返回變壓器的中性點短路電流是變電站內(nèi)最大短路電流的15%，因此，變壓器中性點的短路電壓是20kA的15%，也就是3000A。基于我國電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997對于接地短路故障電流按照以下公式進行計算：

I=（Imax-In）（1-kf1）

I=1n（1-kf2）

將上面公式中計算得到的較大的結(jié)果，當(dāng)做是變電站入地短路電流。

其中，I表示的是節(jié)點電流，研究是經(jīng)過地網(wǎng)散流的電流；Imax表示的是變電站的最大的短路電流；In表示的是返回變壓器的中性點的短路的電流，這個數(shù)值通常是繼電保護部門提供的。Kf1表示的是變電站內(nèi)發(fā)生短路時，和變電站接地網(wǎng)連接的避雷線的工頻分流的系數(shù)；Kf2表示的是變電站外發(fā)生短路時，和變電站接地網(wǎng)連接的避雷線的工頻分流的系數(shù)。

因此，計算該變電站的接地短路電流：

I=（Imax-In）（1-kf1）

=（200000-3000） ×（1-0.4026）

=10161A

3 計算接地體的截面積

基于熱穩(wěn)定條件，當(dāng)不對腐蝕進行考慮的時候，接地體最小的截面應(yīng)該滿足：

其中，S表示的是接地線最小的截面面積；t表示的是接地故障發(fā)生時短路電流持續(xù)的時間，選擇0.65s；I表示的是經(jīng)過接地線的短路電流穩(wěn)定的數(shù)值，通過上文的計算，I=10161A；C表示的是接地材料熱穩(wěn)定性的系數(shù)，基于材料的種類、材料的性能、材料允許的最高的溫度，同時與短路之前的接地線的初始溫度共同確定C值。對于鋼材來說，其C=70。在上面的計算中，沒有考慮腐蝕的影響，鋼材截面積最小應(yīng)該是116mm2，因為實際中存在腐蝕，考慮接地網(wǎng)60年使用壽命，必須要大于上面計算的數(shù)值。

結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，電力需求越來越大。變電站的升級以及擴容改造已經(jīng)成為當(dāng)前電力部門的重要工作。因為變電站的改造使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變又影響到變電站的短路電流。因此，對于變電站的短路電流進行計算，對于電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行具有非常重要的意義。通過變電站接地短路電流的計算，使得短路電流方案能夠合理確定，從而獲得經(jīng)濟可靠的接線方案。

[1]向鐵元，舒乃秋.短路電流計算的分析研究[J].湖北電力，2011，25（04）：11-13.

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