劉巴足35 kV變電站接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)和仿真分析

孫亞宏(西山煤電集團(tuán) 西銘礦，山西 太原 030053)

劉巴足35 kV變電站接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)和仿真分析

孫亞宏
(西山煤電集團(tuán) 西銘礦，山西 太原 030053)

劉巴足35 kV變電站的接地網(wǎng)系統(tǒng)由于運(yùn)行年長(zhǎng)，接地網(wǎng)腐蝕情況嚴(yán)重，接地電阻值偏大，因此需要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行改造，改造施工前對(duì)35 kV變電站的土壤環(huán)境、接地電阻和接地網(wǎng)熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析計(jì)算，最后運(yùn)用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD構(gòu)建了35 kV變電站的接地電阻仿真模型，模擬了變電站使用不同接地材料下接地電阻情況，通過(guò)分析計(jì)算35 kV變電站接地網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和模擬接地網(wǎng)運(yùn)行情況，有效保障了變電站接地網(wǎng)改造工程實(shí)施的可靠性，對(duì)變電站接地網(wǎng)合理布置和改造更換具有指導(dǎo)作用。

接地網(wǎng)；接地電阻；接地材料；仿真模擬

1 35 kV變電站概況和改造工程分析

劉巴足35 kV變電站位于太原西山地區(qū)，由于變電站位置處山區(qū)地帶，又是含石砂土回填區(qū)內(nèi)，所以變電站內(nèi)土壤電阻率偏大，根據(jù)實(shí)際測(cè)量，平均土壤電阻率ρ=400 Ω·m，由于變電站接地網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，主接地網(wǎng)接地電阻值由原來(lái)的1.9 Ω增加到10.7 Ω，說(shuō)明35 kV變電站的接地網(wǎng)已經(jīng)受土壤腐蝕嚴(yán)重，原來(lái)埋入的土壤降阻劑失效，甚至已經(jīng)發(fā)生斷裂，急需對(duì)變電站接地網(wǎng)進(jìn)行改造更換。劉巴足35 kV變電站占地面積為110 m×95 m，經(jīng)過(guò)土壤電阻率現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試可得，變電站的東側(cè)土壤電阻率高于西側(cè)，同時(shí)由于下層土壤回填土是片石，土壤電阻率比上層土壤高，不宜采用深井式接地極降阻，因此在變電站接地網(wǎng)施工以及仿真建模過(guò)程中要有效利用變電站現(xiàn)場(chǎng)土壤特質(zhì)。為了精確合理地設(shè)置35 kV變電站接地網(wǎng)的電阻值，在改造實(shí)施前，對(duì)該變電站進(jìn)行了實(shí)際勘察和仿真建模，對(duì)不同材料的接地網(wǎng)電阻值進(jìn)行了仿真分析。變電站由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，站內(nèi)設(shè)備、建筑和道路的位置固定不變，在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)位置時(shí)既要有效利用低土壤電阻率的區(qū)域又要合理避讓站內(nèi)設(shè)備和建筑。

2 35 kV變電站接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)計(jì)算

2.1接地電阻比較分析和改造方法

在35 kV變電站中，若變電站內(nèi)入接地網(wǎng)產(chǎn)生短路電流，根據(jù)GB/T 50065-2011此時(shí)變電站內(nèi)避雷線工頻分流系數(shù)參考取值Kf1=0.55；若在變電站接地網(wǎng)外產(chǎn)生短路電流時(shí)，此時(shí)變電站內(nèi)避雷線工頻分流系數(shù)參考取值Kf2=0.1；經(jīng)過(guò)計(jì)算，劉巴足35 kV變電站的最大單相接地短路電流Imax=7.31 kA；主變的中性點(diǎn)接地短路電流Im=2.26 kA.

根據(jù)變電站入地短路電流公式：I=(Imax-Im)(1 -Kf1)或I=In(1 -Kf2)

因此：I=(Imax-Im)×(1-Kf1)=2 272 A或I=In(1-Kf2)=2 034 A

考慮到今后隨著電網(wǎng)的發(fā)展會(huì)增大電網(wǎng)入地短路電流，因此流入接地網(wǎng)的電流按2 500 A取值。按GB/T 50065-2011規(guī)程要求計(jì)算接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)滿足公式R≤2 000/I

因此，R規(guī)=2 000/I=2 000/2 500=0.8 Ω

根據(jù)變電站現(xiàn)場(chǎng)土壤情況和接地網(wǎng)場(chǎng)地設(shè)置環(huán)境，變電站的接地電阻估算值為：

由于R估>R規(guī)及變電站現(xiàn)場(chǎng)土壤和場(chǎng)地環(huán)境限制，為了更好地降低接地網(wǎng)電阻值和保持長(zhǎng)效降阻效果，需要對(duì)原來(lái)的接地網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)充將接地網(wǎng)延伸擴(kuò)大到變電站場(chǎng)地外，受場(chǎng)地限制只能將變電站南側(cè)向外接地網(wǎng)延伸30 m，同時(shí)為了降低土壤電阻率需要施加高效彭潤(rùn)石墨降阻劑。

2.2接地網(wǎng)主干線熱穩(wěn)定性計(jì)算校驗(yàn)

3 仿真計(jì)算變電站接地網(wǎng)

3.1變電站接地網(wǎng)建模設(shè)置

此次建模利用了電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD對(duì)變電站接地網(wǎng)的降阻情況進(jìn)行仿真模擬和計(jì)算，35 kV變電站的建模情況見(jiàn)圖1.

圖1 35 kV變電站場(chǎng)地建模示意圖

在接地網(wǎng)材料選擇設(shè)置上選取了新型接地材料納米離子石墨棒和銅覆鋼絞線為測(cè)試方案1，又選取了傳統(tǒng)接地材料扁鋼和銅棒作為測(cè)試方案2，分別對(duì)兩種材質(zhì)的接地網(wǎng)進(jìn)行仿真測(cè)試，實(shí)驗(yàn)材料統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1.

3.2建模仿真計(jì)算變電站接地網(wǎng)電阻值

以有限元分析ANSYS 軟件和電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD為工具，對(duì)兩組以不同接地材料組建的接地網(wǎng)，進(jìn)行了接地電阻計(jì)算，接地網(wǎng)的仿真結(jié)果見(jiàn)圖2.

表1 35 kV變電站接地網(wǎng)建模材料對(duì)照統(tǒng)計(jì)表

圖2 35 kV變電站接地網(wǎng)建模仿真結(jié)果圖

由圖2可知，傳統(tǒng)材料銅棒和扁鐵組成的接地網(wǎng)因?yàn)楸忤F受土壤腐蝕、土壤濕度和季節(jié)變化因素等影響，變電站接地網(wǎng)的電阻值產(chǎn)生很大波動(dòng)，而由納米離子石墨棒和銅覆鋼絞線組成的新型接地網(wǎng)，電阻值穩(wěn)定，幅度變化小且能夠保持較低的接地電阻值。因此，在改造施工過(guò)程中優(yōu)先選用耐腐蝕抗擾動(dòng)的新型接地材料。

4 變電站接地網(wǎng)改造施工后效果

變電站改造施工完成后，對(duì)接地電阻值進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 接地網(wǎng)改造前后接地電阻對(duì)照統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，35 kV變電站在改造后接地電阻明顯下降，符合設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)期效果。根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的建模仿真結(jié)果，本次接地網(wǎng)改造選用了納米離子石墨棒和銅覆鋼絞線作為主要接地材料，使用后1年內(nèi)每季度進(jìn)行測(cè)量，接地網(wǎng)的每次測(cè)量接地電阻值仍舊保持在0.72 Ω，且開(kāi)挖檢查未發(fā)現(xiàn)有任何腐蝕銹斑點(diǎn)，說(shuō)明新型接地材料其性狀穩(wěn)定能夠長(zhǎng)時(shí)間保持低阻值狀態(tài)，符合設(shè)計(jì)時(shí)建模仿真測(cè)試結(jié)果預(yù)期。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)劉巴足35 kV變電站接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)的仿真分析，有效保障了變電站接地網(wǎng)改造工程實(shí)施的可靠性，對(duì)變電站今后施工和新材料應(yīng)用方面提供了可行的分析及驗(yàn)算的方法，同時(shí)為今后同類型變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和分析提供了參考。

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DesignandSimulationAnalysisonGroundingNetworkinLiubazu35kVPowerSubstation

SUNYahong

Due to the years operation, the grounding system in Liubazu 35 kV substation network has being corroded seriously, the Resistance became larger than permission, so the transformation work is critically needed for grounding network. Before the engineering, surrounding soil environment, grounding Resistance ratio and grounding heat stability are studied. The next step is to set up the simulation model with software of PSCAD, which simulates the grounding Resistance of the substation under different grounding materials. By analyzing and calculating the data, the transformation scheme is verified, which guarantee the reliability, and provide guidance in grounding grid transformation.

Grounding network; Grounding resistance; Grounding material; Simulation

·試驗(yàn)研究·

2017-07-21

孫亞宏(1987—)，女，河南商水人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，主要從事電氣運(yùn)行管理工作，(E-mail)438232964@qq.com

TD612

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1672-0652(2017)10-0023-03