涉網(wǎng)發(fā)變組及變電站接地裝置熱穩(wěn)定性校驗(yàn)分析

徐大鵬 王磊 陳波 張建英

摘? 要：近年來，隨著電力系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)阻抗變小，若發(fā)生接地短路故障，故障電流將顯著變大，因而部分早期建成的地下接地體截面積存在不能完全滿足熱穩(wěn)定要求的狀況。為確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，有必要對涉網(wǎng)發(fā)變組及變電站接地裝置進(jìn)行熱穩(wěn)定校核。根據(jù)GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《華北電網(wǎng)有限公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（2008年版）》要求，以內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司為例，計(jì)算了流過接地網(wǎng)的最大短路電流，并依據(jù)接地網(wǎng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式對接地網(wǎng)進(jìn)行了熱穩(wěn)定校驗(yàn)。校驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司接地裝置滿足熱穩(wěn)定性要求。

關(guān)鍵詞：變電站;接地裝置;短路電流、熱穩(wěn)定性;校驗(yàn)

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）27-0012-04

Abstract： In recent years， with the continuous expansion of power system capacity， the system impedance becomes smaller， and if a grounding short-circuit fault occurs， the fault current will significantly increase， so the cross-sectional area of some early built underground grounding bodies can not fully meet the requirements of thermal stability. In order to ensure the stable and safe operation of the power system， it is necessary to check the thermal stability of the grid-related generator-transformer group and substation grounding devices. According to the requirements of GB/T 50065-2011 "Code for Design of AC Electrical Installations Earthing" and "Power Equipment Handover and Preventive Test Regulations of North China Power Grid Co.， Ltd. （2008 Edition）"， we took Inner Mongolia Hohhot Pump and Storage Power Generation Co.， Ltd. as an example， and calculated the maximum short-circuit current flowing through the grounding grid， and carried out the thermal stability check of the grounding grid according to the thermal stability check formula of the grounding grid. The verification results show that the grounding device of Inner Mongolia Hohhot Pump and Storage Power Generation Co.， Ltd. meets the requirements of thermal stability.

Keywords： substation; grounding device; short-circuit current， thermal stability; calibration

前言

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，經(jīng)常會發(fā)生短路故障，短路電流由于遠(yuǎn)大于正常工作電流，通過電氣設(shè)備的導(dǎo)體時(shí)將產(chǎn)生巨大的熱量，其熱效應(yīng)向周圍介質(zhì)散發(fā)時(shí)將導(dǎo)致導(dǎo)體或其絕緣的損壞[1-4]。因此，當(dāng)發(fā)生電力系統(tǒng)短路故障時(shí)，涉網(wǎng)發(fā)變組及變電站的接地裝置應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定度，以保證人身、設(shè)備和系統(tǒng)的安全[5-9]。

由于近年來，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，電力系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)阻抗變小，若發(fā)生接地短路故障，故障電流將顯著變大，因而早期建成的地下接地體截面積可能存在不滿足熱穩(wěn)定要求的狀況。以內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司（簡稱呼蓄電站）為例，呼蓄電站的裝機(jī)容量為4×330MW，升壓站為500kV，該廠在基建設(shè)計(jì)期曾進(jìn)行過接地故障短路電流計(jì)算，并對電氣設(shè)備接地裝置的熱穩(wěn)定度進(jìn)行了校核。但由于多年來系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化，為確保該廠電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要再次對該廠進(jìn)行接地裝置的熱穩(wěn)定性校核分析。

本文根據(jù)GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《華北電網(wǎng)有限公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（2008年版）》要求[10-12]，計(jì)算了流過呼蓄電站接地網(wǎng)的最大短路電流，并依據(jù)接地網(wǎng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式對該廠接地網(wǎng)進(jìn)行了熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

1 系統(tǒng)參數(shù)

呼蓄電站短路計(jì)算主接線圖如圖1所示。該廠安裝有型號為SFD300/320-12/5970東方電機(jī)廠生產(chǎn)的4臺334MVA發(fā)電機(jī)組，型號為SSP-360000/500保定天威保變電氣股份有限公司生產(chǎn)的4臺500kV容量為360MVA雙繞組主變壓器，型號為SC10-6300/20海南金盤電氣生產(chǎn)的4臺容量為6.3MVA的雙繞組廠用變壓器，型號為XKGKL-18-400-4的2臺18kV容量166.3kVA的電抗器。500kV系統(tǒng)的正序阻抗為0.005824，零序阻抗為0.010557。

2 短路計(jì)算

2.1 阻抗計(jì)算

在進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)，由于電氣接線圖中的主設(shè)備如發(fā)電機(jī)、主變壓器、廠用變壓器及系統(tǒng)阻抗參數(shù)均是以其額定值為基準(zhǔn)值，因此需將各電氣設(shè)備的阻抗值換算為統(tǒng)一的基準(zhǔn)值[13]。短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)取在升壓站的500kV母線上，此時(shí)流過接地裝置的短路電流最大?；鶞?zhǔn)值取Sj=100MVA，UB=550kV。繪制阻抗圖，將阻抗圖簡化為以短路點(diǎn)為中心的輻射形等值圖，求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗。分別繪出呼蓄電站短路計(jì)算正序、負(fù)序、零序阻抗圖見圖2-圖4，計(jì)算得出其正序、負(fù)序、零序阻抗如表1-表3。

2.2 網(wǎng)絡(luò)變換

將圖2呼蓄電站短路計(jì)算正序阻抗圖進(jìn)行化簡，各支路電抗串、并聯(lián)簡化后得到正序網(wǎng)絡(luò)變換圖，如圖5所示，由公式1得到綜合正序電抗標(biāo)幺值X1？撞=0.004785。同理，將圖3化簡得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)變換圖，如圖6所示，由公式2得到綜合負(fù)序電抗標(biāo)幺值X2？撞=0.004785。將圖4化簡得到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)變換圖，如圖7所示，由公式3得到綜合零序電抗標(biāo)幺值X0？撞=0.005226。

2.3 接地短路電流計(jì)算

電力系統(tǒng)短路故障類型基本分單相短路接地、兩相短路、兩相短路接地和三相短路4種。根據(jù)GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《華北電網(wǎng)有限公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（2008年版）》要求，接地裝置的熱穩(wěn)定校核應(yīng)按最嚴(yán)重的情況考慮，即計(jì)算單相接地短路和三相短路兩種故障類型流入接地網(wǎng)中的短路電流，通過比較，得出流過接地裝置的最大短路電流，作為接地裝置熱穩(wěn)定校核的依據(jù)[14-15]。由公式4計(jì)算得出短路點(diǎn)電流基準(zhǔn)值I"j=0.11

2.3.1 單相短路電流

2.3.2 三相短路電流

3 接地裝置的熱穩(wěn)定校驗(yàn)

內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司的主干接地線采用80×6的扁鋼，則接地線的截面為Sg1=80×6=480mm2，接地材料的熱穩(wěn)定系數(shù)C1=70。由前面計(jì)算可知，流過接地裝置的最大短路電流熱穩(wěn)定值I=22.99kA。內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司繼電保護(hù)主保護(hù)動作無延時(shí)，斷路器分閘時(shí)間t0為40ms，斷路器失靈保護(hù)動作時(shí)間tf為300ms。由前面熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式可知，接地引線截面與時(shí)間的開方成正比，時(shí)間越長所需要的引線截面會越大，計(jì)算中考慮到留有一定裕度，因此te取0.56s。將各值帶入式（14），可得S=245.77mm2。在未考慮腐蝕時(shí)，本廠接地裝置滿足Sg1>S，即接地裝置滿足熱穩(wěn)定要求。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司所提供的參數(shù)進(jìn)行短路計(jì)算分析，對其接地裝置進(jìn)行了熱穩(wěn)定校驗(yàn)。校驗(yàn)結(jié)果該廠的接地裝置熱穩(wěn)定滿足要求。該研究可為內(nèi)蒙古地區(qū)涉網(wǎng)發(fā)變組及變電站接地體裝置熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與校驗(yàn)提供參考。

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