映秀灣電站接地網(wǎng)系統(tǒng)短路電流實(shí)用計(jì)算

周 濟(jì)， 王 軍

(國(guó)網(wǎng)四川映秀灣發(fā)電廠，四川 都江堰 611830)

1 前 言

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(guò)了完善修復(fù)，并對(duì)接地阻抗進(jìn)行了多次測(cè)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(méi)有明確，需通過(guò)系統(tǒng)最大短路電流來(lái)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。

2 接地阻抗計(jì)算

2.1 映秀灣電站接地網(wǎng)條件

映秀灣電站接地網(wǎng)為長(zhǎng)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。

2.2 映秀灣電站運(yùn)行概況

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(jiàn)圖1。

2.3 入地短路電流計(jì)算

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(lái)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。

2.4 最大接地故障短路電流Imax

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。

2.5 接地中性點(diǎn)的短路電流In

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)。

2.6 避雷線的工頻分流系數(shù)Sf1、 Sf2

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(guò)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]。

2.7 入地短路電流Ig的計(jì)算

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

2.8 映秀灣電站工頻接地阻抗

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，

3 分析

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(shì)，電源點(diǎn)越多，電源容量越大，短路電流會(huì)越來(lái)越大，要求的接地阻抗會(huì)越來(lái)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(guò)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(guò)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

4 結(jié) 論

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(jiǎn)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(lái)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)：

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[5] 李景祿，鄭瑞臣，楊廷方.關(guān)于接地工程中相關(guān)參數(shù)取值的探討[J].高壓電器，2004,40(4)：264-266.