李梓豐
摘 ? ?要:我國的經(jīng)濟正在如火如荼的快速發(fā)展之中,變電站入地短路電流的問題關(guān)系著變電站的安全,引起了相關(guān)設(shè)計人員的重視,變電站的入地短路電流作為接地電流的設(shè)計基礎(chǔ),其接地網(wǎng)的電壓、接地的引線等都與短路電流息息相關(guān)。變電站導(dǎo)入電流的計算問題關(guān)系著變電站的電氣設(shè)計,如果計算出現(xiàn)失誤,引發(fā)短路故障,則會使電流超出負(fù)荷,引起溫度上升,絕緣層發(fā)生破壞引起電動力較強,從而破壞設(shè)備,造成財產(chǎn)經(jīng)濟損失。因此,本文將結(jié)合實例,對變電站的入地短路電流的計算做出探討。
關(guān)鍵詞:變電站;短路電流;入地短路電流
1 ?前言
變電站接地網(wǎng)設(shè)計的目的是保障人們的生命財產(chǎn)以及設(shè)備安全,在進(jìn)行變電站的地網(wǎng)設(shè)計方案優(yōu)化中,變短站入地短路電流的計算時接地網(wǎng)的設(shè)計基礎(chǔ),其中主變中性點電流、避雷線分流系數(shù)在規(guī)劃時也存在明確的計算方法,在工程設(shè)計中常常用估算的方法,導(dǎo)致接地設(shè)計的計算誤差較大,引發(fā)安全隱患,對此,在接地計算時應(yīng)該考慮均壓問題,確定接地計算的詳細(xì)布置方案,并展開對接地網(wǎng)材料的選擇,找出最適合工程的最優(yōu)接地設(shè)計方案。所以,作為變電站設(shè)計的基本內(nèi)容,值得引起相關(guān)設(shè)計人員的重視。短路電流一般是指電力系統(tǒng)在正常運行時出現(xiàn)了異常,如相和相、地與地的異常連接,設(shè)計人員對短路電流的計算就顯得尤為重要,其能幫助確定電路的連接方式以及保護整個繼電系統(tǒng)。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,電網(wǎng)的容量也在不斷上升,所以經(jīng)常會發(fā)生短路電流的故障。為了保障電力系統(tǒng)的安全運行,保護電氣設(shè)備的相關(guān)工作人員免受傷害,必須在接地網(wǎng)設(shè)計時進(jìn)行入地短路電流的計算,其也是接地網(wǎng)設(shè)計的前提。
2 ?入地短路電流的概念
入地短路電流就是由短路故障引起的電流向土壤中擴散,導(dǎo)致電位升高的現(xiàn)象。值得注意的是短路電流只有一小部分電流入地,而不是全部的電流入地。這種現(xiàn)象的發(fā)生不僅導(dǎo)致了接地電位升高影響了電位差,而且對地面的引線和導(dǎo)體都造成破壞。所以,計算入地短路電流非常重要。如果計算出來的結(jié)果相對較小,就說明了地網(wǎng)電阻無法滿足需求,短路故障的發(fā)生就會導(dǎo)致造成安全隱患。如果計算結(jié)果偏大,就說明電網(wǎng)的設(shè)計造成了資源浪費。據(jù)研究,我國曾經(jīng)發(fā)生過多起類似事故。所以對于變電站的電氣設(shè)計應(yīng)該考慮全面。在入地故障電流結(jié)果地網(wǎng)流散時,不僅會對接地電位、轉(zhuǎn)移電勢以及局部電位差的大小造成影響,還將影響接地引線與均壓導(dǎo)體截面的選擇。從安全、經(jīng)濟的角度來說要準(zhǔn)確計算入地短路故障電流,變電站和發(fā)電廠發(fā)生接地短路電流時,按照分流系數(shù)與故障的計算原則,按單相短路電流最大的等級電壓接出線來計算相應(yīng)的分流系數(shù)以及入地故障電流。
3 ?變電站入地短路電流的計算
3.1 ?短路電流的計算原則
在對變電站入地電流進(jìn)行計算時,不能盲目行事,需要遵守以下原則:(1)對短路電流進(jìn)行計算時,應(yīng)該先計算電氣的開斷電流,有計劃的對工程具體內(nèi)容進(jìn)行核算,通常還要計算電氣的熱、動穩(wěn)定以及主變壓器的容量,在計算過程中應(yīng)該考慮到變電站電網(wǎng)的長期發(fā)展進(jìn)行合理設(shè)計。(2)對短路電流最大點的正常接線形式的計算,在選擇短路電流的計算點時,應(yīng)該選擇電流的最大點,這樣有利于預(yù)測最有可能發(fā)生短路電流的接線形式。而對電壓等級進(jìn)行計算時,要選擇平均電壓。(3)一般來說三相短路電流是發(fā)電站最大運行時的基本表現(xiàn)形式,所以要通過其對電氣的動、熱穩(wěn)定進(jìn)行計算。
3.2 ?入地短路電流的計算
由上文可知入地短路電流是指系統(tǒng)發(fā)生短路故障后由地網(wǎng)散流,導(dǎo)致地網(wǎng)電流不斷升高的現(xiàn)象。短路發(fā)生之后電流其中一部分入地,另一部分由地網(wǎng)連接著的避雷線導(dǎo)入地,以220KV的變電站為例,根據(jù)我國制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其短路電流計算公式為:
(1)I=(Imax-In)(1-Ke1) ?(2)I=In(1-Ke1)
在此公式中,取數(shù)值大的作為變電站入地短路電流,I指的就是入地短路電流;Imax代表了變電站最大的入地短路電流;In代表了短路時的變電站中性點的接地短路電流;Ke1為變電站內(nèi)短路發(fā)生時分往避雷設(shè)備的電流系數(shù)。Ke2即為站外短路分往避雷設(shè)備的電流系數(shù)。短路電流達(dá)到峰值的接地短路是不對稱的,所以在計算最大接地短路時要根據(jù)具體情況設(shè)計計算。值得注意的是,在進(jìn)行計算時一般取接地網(wǎng)內(nèi)的短路電流系數(shù)為0.5,接地網(wǎng)外的電流系數(shù)為0.1。由于不同的取值對計算結(jié)果的影響較大,所以在施工之前的圖紙上就要用專用軟件進(jìn)行精確計算。
4 ?地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計
地網(wǎng)一般有水平和垂直地極組成,水平地級有兩種布置方法,(1)等間距的布置方法。這種方法會使電位的分布不均勻,無法滿足需求,容易造成安全隱患。(2)不等間距的布置方法。這種方法也有分配不均的現(xiàn)象,使得兩邊的散流比中間的要強,但是在節(jié)約資源和成本的角度來看,不等間距設(shè)計方案比較有優(yōu)勢。所以在地網(wǎng)的安裝上要根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)計。比如說220kV的變電在進(jìn)行地網(wǎng)設(shè)計時,要綜合考慮變電站的實際電網(wǎng)面積和土地的電阻率,假設(shè)地網(wǎng)面積為96[×]60m2,土壤的電阻率為35Ω?m左右時,水平接地極采用-80[×]6的扁鋼,當(dāng)?shù)乳g距布置無法滿足電壓要求時,從安全和材料節(jié)約的角度考慮要采用不等間距的方案有更多的優(yōu)勢。
5 ?接地材料的選擇
當(dāng)前變電站在接地設(shè)計中選擇的材料主要有三種類型,包括熱鍍鋅扁鋼、銅覆鋼和鋼材。熱鍍鋅鋼鋼材材料的熱穩(wěn)定系數(shù)最低為70,根據(jù)熱穩(wěn)定的計算公式,最小截面面積為283mm2,銅的熱穩(wěn)定系數(shù)最高為210,最小截面面積為94mm2,考慮到腐蝕現(xiàn)象,三種接地材料有有一定的裕度,按照全壽命周期理論,展開對三種材料的經(jīng)濟性分析,能夠發(fā)現(xiàn)銅覆鋼既有著銅材耐腐蝕性的優(yōu)勢,還能節(jié)約銅材材料,降低經(jīng)濟成本,主要技術(shù)指標(biāo)介于銅材與鍍鋅鋼材之間,且比鍍鋅鋼材有較大優(yōu)勢,最為接地材料,銅覆鋼在初期的投資中雖然相對于鍍鋅鋼材更高,但是從全壽命周期來說看,銅覆鋼的經(jīng)濟性更強,能夠有效保障接地材料性質(zhì)的同時,降低成本,提高經(jīng)濟價值。
6 ?小結(jié)
綜上所述,我國的經(jīng)濟發(fā)展勢頭迅猛,無論是經(jīng)濟發(fā)展的要求上,還是人們的生活需要上,電力需要越來越大,變電站作為提供電力的主要設(shè)備,其在不斷升級和改造中滿足這經(jīng)濟發(fā)展的需要。以此同時變電站的改造影響了電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和入地短路電流。對于變電站入地電流的計算關(guān)系著電網(wǎng)的穩(wěn)定運行,同時也關(guān)系著電網(wǎng)的運行安全,對接地短路電流的計算不僅能夠確定變電站電氣系統(tǒng)的設(shè)計方法,還能作為保護和校驗電氣設(shè)備的重要依據(jù),從而影響到對電氣設(shè)備的選擇和繼電器的校驗。通過對接地短路電流的計算能夠使得設(shè)計人員制定合理的接線方案,從而促進(jìn)我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
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