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        某220kV變電站接地網安全評估分析

        2018-12-06 06:17:32廣東電網有限責任公司佛山供電局
        電子世界 2018年22期
        關鍵詞:變電站故障

        廣東電網有限責任公司佛山供電局 田 松

        接地網的正確設計是變電站接地網設備全過程管理的首要環(huán)節(jié),是變電站接地網能否成功建設的關鍵環(huán)節(jié)。高土壤電阻率地區(qū)的變電站接地網設計顯得尤為重要。本文以典型的高土壤電阻率站址220kV變電站接地網設計為例,結合現場實測和仿真計算,校核接地網的各個安全性能參數,給出該接地網的設計分析評估,對220kV變電站的設計有一定的指導意義。

        0 引言

        接地網作為變電站一個重要的地下組成部分,不僅能夠提供公共的地電位,也能為接地故障電流提供泄流通道。(解廣潤.電力系統接地技術[M].北京:中國電力出版社,1991;何金良,曾嶸.電力系統接地技術[M].北京:科學出版社,2007;李謙.電力系統接地網特性參數測量方法及其工程實踐[M].北京:中國電力出版社,2013),接地網的安全評價參數有接地阻抗、跨步電壓和接觸電壓、地網電位升、網內電位差等[2,3],對于一些土壤電阻率較高的地區(qū),為了達到降阻的目的,往往會采用離子接地深井這一降阻措施(張辰.對離子接地極在變電站接地網改造中的應用探索[J].計算技術與自動化,2011,30(3):62-65),針對高土壤電阻率的地區(qū)接地阻抗不應作為校核接地網安全的決定標準,也要對接地短路故障時的安全評價參數進行核算。

        本文以一個220kV變電站為案例,采用典型的CDEGS軟件(譚永浩.CDEGS軟件在變電站接地網安全性分析中的應用研究[J].技術與市場,2011,18(10):14-17),進行計算分析。

        1 基本情況

        變電站地處于丘陵地帶,土質條件不理想,現場實測通過軟件計算得到該站址土壤電阻率如表1,水平四層結構。

        表1 變電站土壤電阻率

        圖1 變電站接地網示意圖

        該變電站有120MVA主變3臺,共有15回20kV電纜和10回220kV架空出線,根據遠期規(guī)劃,變電站的最大單相接地短路電流為41.77kA。主接地網大小為95m×80m,邊緣敷設10口30m深的離子接地深井,沿著進站道路敷設水平接地網并加以敷設6口深井。水平接地體采用熱鍍鋅圓鋼,尺寸為Φ22mm,埋深0.8m,垂直接地極采用熱鍍鋅角鋼,尺寸為50mm×5mm、2.5m。深井涂層參數取厚度為10m,電阻率為1Ω·m,接地阻抗的計算結果為0.978Ω。接地網的拓撲結構如圖1所示。

        2 入地故障電流計算

        根據設計單位提供計算結果,某220kV變電站發(fā)生220kV區(qū)域單相接地故障故障時,短路電流取41.77kA,假定總故障電流按表2所示分布到三個關聯的變電站,作為三條線路上的短路電流。在總故障電流為41.77kA的前提下,仿真計算不同情況下的地線分流和入地故障電流。其中變電站接地網接地阻抗按照規(guī)程提出的0.5Ω大小進行計算。

        表2 220kV側發(fā)生單相接地故障時分流計算結果

        3 導體地電位升計算結果

        取計算的地網入地短路電流最大值,短路點取出現該最大值所在的設備場區(qū),選取故障點為該場區(qū)的邊緣,以便得到接地網導體地電位升的最大值,計算所得導體電位升的結果見圖2。

        圖2 發(fā)生220kV母線單相接地故障時導體電位升

        從圖2的計算結果可以看出,考慮最極端的情況,當接地故障發(fā)生在地網邊角處時,接地網導體電位升最嚴重,此時接地網導體電位升的最大值為4503.239V,在安全限制5000V以內;故障后場區(qū)最大壓差水平最高只有176.956V,因此發(fā)生單相接地短路故障地網導體電位差對系統二次造成的威脅也不大。

        圖3 發(fā)生220kV母線單相接地故障時跨步電壓和接觸電壓

        4 跨步電壓和接觸電壓的計算結果

        按照《交流電氣裝置的接地》標準中的規(guī)定,在110kV及以上有效接地系統發(fā)生單相接地時,變電站接地裝置的跨步電壓US和接觸電壓UT應低于下列數值:

        其中,rs為人腳站立處表面的土壤電阻率;t為接地短路電流的持續(xù)時間。對于該變電站:ρs取250Ω·m(考慮雨天后土壤濕潤等嚴格情況),t=0.7s(220kV場地),計算得220kV設備場區(qū)發(fā)生單相接地故障時,跨步電壓安全限值US=468.80V,接觸電壓安全限值UT=310.6V。

        計算當變電站發(fā)生220kV單相短路接地故障時,接地網跨步電壓和接觸電壓,計算結果見圖3。

        從圖3中可得跨步電壓計算結果低于其安全限值US;接觸電壓計算結果低于其安全限值 UT。雖然接地電阻超過了0.5Ω的要求,但由于架空地線與電纜分流較大,變電站內發(fā)生單相接地故障時跨步電壓、接觸電勢均在安全限制以內。

        5 結論

        (1)由于架空出線的地線和電纜外護套的分流貢獻,盡管接地網接地阻抗不能降到規(guī)程提出的安全限值以下,但由于地線分流大,變電站內發(fā)生單相接地故障時,導體電位升高,場區(qū)最大壓差、跨步電壓和接觸電壓也可能在安全限制以內。

        (2)對于變電站接地網的安全評價,接地阻抗可以作為一個重要的宏觀性能指標,但不應作為唯一的判斷標準,尤其對于高土壤電阻率地區(qū)受土壤電阻和地網面積所限的變電站接地網,應對接地網安全性能的地網特性參數(地網導體電位升高、場區(qū)跨步電壓和接觸電壓水平等)進行計算校核,在滿足這些安全要求的情況下進行適當的放寬。

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