中壓有源配電網(wǎng)工作接地線安全校核方法

黃偉達(dá)，李天友，劉松喜，黃超藝，陳 宏，蔡 維

(1.福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350001；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院技術(shù)中心，福建 福州 350001;3.廈門理工學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 廈門 361000；4.國網(wǎng)福建省電力有限公司， 福建 福州 350001)

基于風(fēng)能和太陽能等清潔能源的分布式電源(distributed generation，DG)大量接入配電系統(tǒng)，單電源輻射狀供電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為多端多電源網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)的潮流與故障電流特征發(fā)生本質(zhì)上的變化[1-4]。然而，大量DG并網(wǎng)會(huì)使得配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，運(yùn)檢檢修工作中作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。主要風(fēng)險(xiǎn)：①分布式電源用戶不受控狀態(tài)，可能缺乏發(fā)電設(shè)備運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，增加了“倒送電”的安全風(fēng)險(xiǎn)；②多端電源的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)導(dǎo)致配電系統(tǒng)短路容量增加，若工作接地線仍然參照傳統(tǒng)配電網(wǎng)的安全要求進(jìn)行裝設(shè)，則工作點(diǎn)處產(chǎn)生的殘壓不能保證低于人體安全電壓。

目前，美、英、日等國家主要從提高接地相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、提倡不停電作業(yè)以及提高人員技術(shù)水平[5-7]等方面解決DG接入配網(wǎng)后的檢修人員人身安全問題。國內(nèi)有源配電網(wǎng)檢修工作主要依據(jù)現(xiàn)行“配電安規(guī)”，接地措施仍然參照無源配電網(wǎng)進(jìn)行，有源配電網(wǎng)工作接地線截面積是否符合新需求且滿足安全要求缺乏相應(yīng)論證。

文獻(xiàn)[8]對攜帶型短路接地線的截面積校核方法進(jìn)行了推導(dǎo)，計(jì)算了不同接地線的截面積，但沒有考慮到殘壓對人身安全的影響且未涉及分布式電源接入；文獻(xiàn)[9]根據(jù)并網(wǎng)裝置將DG分類，分析了DG的輸出特點(diǎn)并提供短路計(jì)算時(shí)的等效電路模型，為有源配電網(wǎng)短路電流計(jì)算提供依據(jù)；文獻(xiàn)[10]研究了中壓配網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式與分布式電源接地方式對應(yīng)關(guān)系，提出各種故障工況下接地方式轉(zhuǎn)變對于故障電流、過電壓的影響，進(jìn)而衍生到供電可靠性、人身安全等復(fù)雜問題，但未涉及檢修現(xiàn)場保障人身安全的接地措施。

綜上，在國內(nèi)外配電安全規(guī)程以及學(xué)者開展的相關(guān)研究中，有源配電網(wǎng)檢修作業(yè)人身安全內(nèi)容鮮少提及，工作接地線的安全性缺乏完整的評估方法，面對分布式電源的大量接入，檢修人員的人身安全不能得到充分保障。因此，本文提出一種有源配電網(wǎng)工作接地線的安全校核判據(jù)，充分考慮接地線在不同裝設(shè)位置(不同檢修地段影響)、不同接地方式(接地方式對于檢修人員殘壓影響)以及DG在不同容量下短路電流的大小(DG對于配網(wǎng)短路電流影響)，綜合權(quán)衡工作點(diǎn)人體殘壓與安全判斷，從而保障工作接地線的選取符合安全標(biāo)準(zhǔn)。最后通過實(shí)例驗(yàn)證方法的可行性。

1 相關(guān)理論基礎(chǔ)

1.1 分布式電源及其輸出電流特性

分布式電源一般指與配電網(wǎng)連接、分散于各用戶側(cè)、發(fā)電功率為數(shù)kW到50 MW的獨(dú)立電源[11-12]。根據(jù)與配電網(wǎng)的并網(wǎng)方式不同，可分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)、逆變型DG。常用的DG并網(wǎng)方式如表1所示。

表1 常用的DG并網(wǎng)方式Table 1 Common modes of grid connection of DG

旋轉(zhuǎn)電機(jī)型DG的短路電流特性取決于發(fā)電機(jī)類型和參數(shù)[13-15]。在發(fā)生故障時(shí)，由于發(fā)電機(jī)繞組勵(lì)磁并不會(huì)改變，需要經(jīng)歷一個(gè)從沖擊電流到逐漸衰減再到穩(wěn)態(tài)的過程，因此，短路情況下可以等效為一個(gè)電壓源與次暫態(tài)電抗的串聯(lián)。提供的電流為

(1)

式中UN為旋轉(zhuǎn)電機(jī)型DG的出口電壓；X″d為次暫態(tài)阻抗。

逆變型DG的短路電流特性主要取決于故障階段采用的控制策略和控制參數(shù)[16-18]。但無論采用何種控制策略，對于自同步的逆變器來說，由于功率器件的過流能力有限，在不同階段，控制電路將短路電流均控制為1.2～1.5倍的額定電流，而本文中重點(diǎn)在于計(jì)算接地點(diǎn)的最大短路電流。因此，可以將逆變型DG等效為恒定電流源，此時(shí)輸出電流為

(2)

式中IN為逆變型DG的額定電流。

1.2 工作接地線

停電、驗(yàn)電和掛接地線是電力作業(yè)的三大安全技術(shù)措施，是電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配電各專業(yè)設(shè)備檢修、試驗(yàn)、停電作業(yè)時(shí)必備的安全技術(shù)步驟[19]。其中，接地線為通過短路和連接大地作用的金屬接地線，由連接線夾、接地線操作桿以及導(dǎo)體連接線三部分組成，如圖1所示，主要作用：

1)將已停電的電氣設(shè)備與地面進(jìn)行電氣連接，讓設(shè)備始終保持在一個(gè)安全的地電位；

2)能夠使突然襲來的三相電形成相間短路，減小傷害人體的電量；產(chǎn)生的短路大電流也能夠迅速啟動(dòng)二次保護(hù)裝置，使開關(guān)跳閘快速切斷電源；

3)通過與地連接，消除設(shè)備上的剩余電荷，避免感應(yīng)電壓產(chǎn)生高電位電擊，防止人體受到傷害。

實(shí)際上，采用接地線相間短路和接地是保證電氣作業(yè)人員免遭電擊危害最有效、最直接和最直觀的安全防護(hù)措施。

圖1 工作接地線示意Figure 1 Diagram of short circuit grounding wire

對于工作接地線，可分為短路電纜電阻和線夾接觸電阻，根據(jù)電力行業(yè)DL-T 879—2004技術(shù)規(guī)定，要求每個(gè)截面積的短路電纜電阻不大于以下數(shù)值，即對于16、25、35 mm2等截面，平均每米的電阻值應(yīng)分別小于1.24、0.79、0.56 mΩ[20]。線夾接觸電阻與連接點(diǎn)接觸面的清潔、連接處的松緊以及接觸面的有效連接有關(guān)，因此，日常應(yīng)清理接觸面，連接處的安裝應(yīng)按照制造商的建議松緊適當(dāng)，保證接觸面的有效連接。

1.3 奧迪道克公式的工作接地線截面積校核

傳統(tǒng)接地線截面積選型基于奧迪道克公式，有源配電網(wǎng)接地線截面積選型參照執(zhí)行。工作接地線的截面積、熔化電流和承受時(shí)間的關(guān)系可用奧迪道克(I.E.Ondendonks)公式表述：

(3)

式中Im為熔化電流；S為接地線截面積；t為承受電流的時(shí)間；Tm為金屬的熔化溫度；Ta為環(huán)境溫度。

取環(huán)境溫度為定值，將奧迪道克公式進(jìn)行簡化，可得：

(4)

式中Ik為流過工作接地線的短路電流穩(wěn)定值；t為對應(yīng)的斷電保護(hù)時(shí)間；c為接地線所用材料的熱短路電流穩(wěn)定值，其中銅線的值為264。

根據(jù)式(4)形成不同截面積的耐受電流，如表2所示，將表2轉(zhuǎn)換為時(shí)域關(guān)系，如圖2所示。根據(jù)電網(wǎng)中的最大短路電流和斷電保護(hù)時(shí)間，形成時(shí)域關(guān)系圖，參照圖2可初步選取工作接地線的截面積，例如：某配電網(wǎng)中的斷電保護(hù)時(shí)間和最大短路電流對應(yīng)圖2中星點(diǎn)，根據(jù)時(shí)域關(guān)系圖，星點(diǎn)位于35、50 mm2曲線之間，因此，可以初步選取截面積為50 mm2的工作接地線。

表2 不同截面積工作接地線耐受電流Table 2 Withstand current of different cross sections of short circuit grounding wires

圖2 基于奧迪道克的工作接地線時(shí)域關(guān)系Figure 2 Time domain diagram of short circuit grounding wires based on Ondendonk

2 工作點(diǎn)短路電流計(jì)算方法

檢修停電工作時(shí)在工作點(diǎn)附近裝設(shè)接地線，受限于電源點(diǎn)的增加，誤操作或故障概率提升造成接地線處產(chǎn)生短路電流。當(dāng)分布式電源位于中壓側(cè)時(shí)，可分為中、低壓線路檢修這2種情況進(jìn)行計(jì)算(本文僅討論中壓線路檢修的情況)。

選取有源中壓配電網(wǎng)模型為研究對象，如圖3所示。設(shè)斷路器k0的開斷容量為Sk，母線電壓為UN，kf1、kf2分別為節(jié)點(diǎn)2兩端斷路器，線路全長為L，其單位長度阻抗值為Z0，lx1、lx2、…、lxm+n均為旋轉(zhuǎn)電機(jī)型DG，次暫態(tài)電抗為X″d，DG到并網(wǎng)點(diǎn)的電抗為Xds，ln1、ln2、…、lnp+q均為逆變型DG，額定電壓為UDG，容量均為SDG，于節(jié)點(diǎn)2即f1處掛工作接地線檢修。

圖3 有源中壓配電網(wǎng)模型Figure 3 The model of active medium voltage distribution network

用母線出口斷路器的開斷容量近似等效系統(tǒng)的短路容量，可得系統(tǒng)阻抗：

式中SB為基準(zhǔn)容量；UB為基準(zhǔn)電壓。

1)三相短路電流計(jì)算方法。

當(dāng)kf1誤動(dòng)時(shí)，工作接地線上游的分布式電源lx1～lxm、ln1～lnp以及系統(tǒng)電源會(huì)在工作接地線處產(chǎn)生三相短路電流，可為系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流If0、旋轉(zhuǎn)電機(jī)型DG提供的短路電流Ifxi以及逆變型DG提供的短路電流Ifnj。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

由疊加定理可得：

(10)

將式(5)、(8)、(9)代入式(10)，即可求得上游側(cè)對接地線提供的三相短路電流。

當(dāng)kf2誤動(dòng)時(shí)，工作接地線下游的分布式電源lxm+1～lxm+n、lnp+1～lnp+q在工作接地線處會(huì)產(chǎn)生三相短路電流。同理，參考式(8)、(9)可得：

(11)

(12)

則有

(13)

將式(11)、(12)代入(13)，即可求得下游側(cè)對接地線提供的三相短路電流。

由于kf1、kf2同時(shí)誤動(dòng)的可能性極小，因此，不考慮上、下游同時(shí)來電的可能性，按照上、下游兩者中對接地點(diǎn)提供的最大短路電流進(jìn)行工作接地線截面積的初步選擇，即若IfΣup>IfΣdown，則IfΣ=IfΣup，若IfΣdown>IfΣup，則IfΣ=IfΣdown。

2)單相接地電流的計(jì)算方法。

圖4 三序網(wǎng)絡(luò)Figure 4 Three sequence network diagram

由基爾霍夫電流定律(Kirhhoff′s current law，KCL)，并考慮到lxi側(cè)正負(fù)序阻抗遠(yuǎn)大于系統(tǒng)支路正負(fù)序阻抗，因此，并聯(lián)計(jì)算中將其忽略簡化，可得a相電壓平衡關(guān)系：

Zx2(0))‖ZDG(0)+Zx3(0)…)‖ZDG(0)+Zn1(0))‖ZDG(0)+

Zn2(0))‖ZDG(0)+Zn3(0)…)‖ZDG(0)+Zf1(0)+3Zg]

令ZΣ(1)、ZΣ(2)、ZΣ(0)分別為

ZΣ(0)=(…(((…((Zs(0)+Zx1(0))‖ZDG(0)+

Zx2(0))‖ZDG(0)+Zx3(0)…)‖ZDG(0)+

Zn1(0))‖ZDG(0)+Zn2(0))‖ZDG(0)+

Zn3(0)…)‖ZDG(0)+Zf1(0)+3Zg

(14)

且考慮ZΣ(2)=ZΣ(1)。 結(jié)合各電壓平衡關(guān)系并由單相接地故障的邊界條件可得a相故障電流：

(15)

當(dāng)工作接地線下游電源突然單相來電時(shí)，具體計(jì)算方法與上游電源類似，此處不再多加贅述，此時(shí)a相故障電流：

(16)

同樣不考慮上、下游同時(shí)來電的可能性，取上、下游單相故障電流中的最大值作為工作接地線處的最終單相故障電流，式(15)、(16)為大電流接地方式的單相故障電流計(jì)算方法，小電流接地方式計(jì)算公式為

(17)

式中UΦ為系統(tǒng)相電壓；CΣ為輸電線路總電容；L為消弧線圈電感。

3 工作點(diǎn)殘壓的計(jì)算方法

通過對最大短路電流進(jìn)行工作接地線截面積初選取后，工作接地線可以承受最大短路電流，但在工作點(diǎn)附近產(chǎn)生的殘壓可能高于人體安全電壓，對作業(yè)人員的人身安全造成威脅。因此，對工作點(diǎn)殘壓的進(jìn)一步計(jì)算可以分成三相和單相來電工況2種情況。

3.1 三相來電工況

以文2.1中kf1誤動(dòng)為例，利用文1.3中初步選取的工作接地線短路電纜的截面積，可以得知短路電纜電阻為Rm，線夾接觸電阻為Rn，均為標(biāo)幺值；同樣由疊加定理可得，三相來電工況下工作點(diǎn)處的殘壓水平等于系統(tǒng)電源作用時(shí)產(chǎn)生的殘壓Ures0、旋轉(zhuǎn)電機(jī)型DG lxi作用時(shí)產(chǎn)生的殘壓Uresxi、逆變型DG lnj作用時(shí)產(chǎn)生的殘壓Uresnj之和。

UresΣ=Ures0+Uresxi+Uresnj

(18)

其中

Ures0=

Uresxi=

Uresnj=

3.2 單相來電工況

(19)

式中Ik為工作接地線處的單相接地電流；ρ為土壤電阻率；Zg為工作接地線的接地電阻；x為工作點(diǎn)與工作接地線之間的距離。

由分析可得，在求得三相和單相殘壓后，以人體安全電壓為閾值，若殘壓均小于人體安全電壓，說明初選取的工作接地線截面積符合安全標(biāo)準(zhǔn)；若兩者有其一大于人體安全電壓，則應(yīng)重新選取較大的工作接地線截面積或采取其他保護(hù)措施。

4 應(yīng)考慮的影響因素

4.1 滲透率的影響

對于旋轉(zhuǎn)電機(jī)型DG，出現(xiàn)故障時(shí)不考慮電壓降落，用其次暫態(tài)阻抗來表示容量的變化[21]，兩者之間的關(guān)系為

(20)

由式(20)可得，DG容量越高，次暫態(tài)阻抗越小，則提供的短路電流越大。

對于逆變型DG，考慮其容量對額定電流的影響，即

(21)

由式(21)可得，由于容量不同，ln1～lnj的額定電流也不同，因此，對故障點(diǎn)所提供的短路電流也不同。逆變型DG的容量越大，提供的短路電流也越大，在工作點(diǎn)附近產(chǎn)生的殘壓也越大。

若要研究DG滲透率對配電網(wǎng)短路電流和殘壓的影響，則只需將各容量計(jì)算所得的X″d、SDG代入到式(6)、(7)中，即可求得相對應(yīng)短路電流和殘壓。

4.2 不同接地方式的影響

為了保證電網(wǎng)側(cè)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，分布式電源的接入和退出應(yīng)以不改變主網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式為原則[10]。電網(wǎng)、DG側(cè)不同的接地方式組合對三相短路電流的計(jì)算沒有影響，但是會(huì)使得單相故障電流以及單相殘壓與傳統(tǒng)配電網(wǎng)有明顯區(qū)別，電網(wǎng)、DG側(cè)不同接地方式組合如圖5所示。

圖5 電網(wǎng)側(cè)與DG側(cè)不同接地組合方式Figure 5 Different grounding combination modes of grid side and DG side

同樣以文2.1中kf1誤動(dòng)為例，中壓配電網(wǎng)中系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)一般采用經(jīng)消弧線圈接地方式(部分采用經(jīng)小電阻接地方式)。

4.2.1 消弧線圈接地方式

當(dāng)系統(tǒng)側(cè)中性點(diǎn)為經(jīng)消弧線圈接地方式時(shí)(圖5)，DG側(cè)中性點(diǎn)只可能為不接地方式(經(jīng)消弧線圈接地方式的經(jīng)濟(jì)性較差，且增加調(diào)諧復(fù)雜度)，此時(shí)DG側(cè)采用不接地，單相故障電流為系統(tǒng)線路補(bǔ)償后的對地電容電流，計(jì)算方法見式(17)，將單相故障電流代入式(19)即可得單相殘壓。

通過計(jì)算可得工作點(diǎn)處的單相接地電流、殘壓較小，當(dāng)開展檢修工作時(shí)，僅需在來電側(cè)掛接可靠的最低要求截面積的接地線即可滿足要求，本文不再贅述。

4.2.2 小電流接地方式

當(dāng)系統(tǒng)側(cè)經(jīng)小電阻接地時(shí)(Zs(0)=3Rs)，DG側(cè)可能的接地方式有直接接地、經(jīng)小電阻接地、不接地3種，具體見圖5，當(dāng)S1合在2的位置時(shí)，S2分別對應(yīng)1、3、2的位置。當(dāng)DG側(cè)采用直接接地時(shí)，ZDG(0)=Zds(0)，Zds(0)表示DG到并網(wǎng)點(diǎn)的阻抗；當(dāng)DG側(cè)采用經(jīng)小電阻接地時(shí)，ZDG(0)=3RDG+Zds(0)；當(dāng)DG側(cè)采用不接地時(shí)，ZDG(0)→∞。將對應(yīng)的Zs(0)、ZDG(0)分別代入式(14)中，得到的結(jié)果再代入式(15)、(18)中，可求得各種接地方式配合下的單相接地電流和單相殘壓。

隨著電纜線路的大量應(yīng)用，系統(tǒng)電容電流不斷增大，部分發(fā)達(dá)城市已改為小電阻接地方式[22-23]，而在小電阻接地方式下，工作點(diǎn)的殘壓可能達(dá)到數(shù)千伏，嚴(yán)重威脅到檢修人員的人身安全。因此，本文主要以小電阻接地方式為例進(jìn)行討論。

4.3 多重接地線的影響

以文2.1中kf1誤動(dòng)為例，假設(shè)位于節(jié)點(diǎn)2所在桿塔掛工作接地線1(圖3)，短路電纜、接觸電阻分別為Rm1和Rn1，接地電阻為R1；位于距節(jié)點(diǎn)2約L(m)處(靠近系統(tǒng)側(cè))掛工作接地線2，短路電纜、接觸電阻分別為Rm2和Rn2，接地電阻為R2。

未掛工作接地線2前的三相短路電流按式(10)計(jì)算可得，掛工作接地線2后三相短路電流為

(22)

式中IfΣup為掛工作接地線2前的三相短路電流；Z12為2個(gè)工作接地線之間的線路阻抗。

以系統(tǒng)側(cè)三相來電為例，計(jì)算掛雙重工作接地線后的三相殘壓，參考式(18)右邊第1項(xiàng)，此時(shí)三相殘壓為

改用雙重工作接地線后單相殘壓的變化可表示為

(23)

式中Ia為掛工作接地線2前的單相接地電流；x為工作點(diǎn)距工作接地線1的距離。

由式(22)可得，在掛多重工作接地線后，三相短路電流減小到了原電流的(Rm2+Rn2)/(Z12+Rm1+Rn1+Rm2+Rn2)倍，因此，三相殘壓也會(huì)相應(yīng)減小。由式(23)可得，單相殘壓減小到了原單相殘壓的Zg1/(Zg1+Z12+Zg2)倍，也可以得到減小額外工作接地線的接地電阻和增大各工作接地線之間的線路長度，都能夠增加抑制殘壓的效果。

5 實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證

當(dāng)前，國內(nèi)外已經(jīng)涌現(xiàn)出一大批20 kV典型配電網(wǎng)，如：江蘇、青海、浙江等省的風(fēng)電、光伏較發(fā)達(dá)，均已形成了一定規(guī)模的20 kV典型有源配電網(wǎng)。浙江省共計(jì)800余條20 kV線路，接入DG的線路占比超過50%[24-26]。

以浙江電網(wǎng)20kV聞瀾C5332線為例，如圖6所示，其中，所接變電所尖山變的主變壓器額定容量為80 MV·A，采用ZN型接線方式；中性點(diǎn)經(jīng)電阻R1接地，R1=20 Ω；DG1～DG4均為20 kV光伏發(fā)電，容量分別為2.94、2.23、3.85、3.81 MW；三雷支線10#的配電變壓器容量為500 kV·A，f1處掛接地線檢修，f1與48#支線之間的距離為70 m。

圖6 20 kV聞瀾C5332線線路Figure 6 Circuit diagram of 20 kV Wenlan C5332 line

當(dāng)在f1處掛接工作接地線進(jìn)行檢修(中壓側(cè)檢修)時(shí)，根據(jù)文2中方法，計(jì)算短路電流，如表3所示；20 kV配電網(wǎng)中短路電流與各截面積耐受電流曲線對比如圖7所示。

圖7 短路電流與各截面積耐受電流曲線對比Figure 7 Comparison of short circuit current and withstand current curve of each cross section

結(jié)合表3、圖7分析可得，下游側(cè)只需使用16 mm2的工作接地線；對于上游側(cè)，當(dāng)斷電保護(hù)時(shí)間為0.5 s時(shí)，最大三相短路電流點(diǎn)位于實(shí)線與點(diǎn)實(shí)線之間，可得25 mm2的工作接地線能承載該配電網(wǎng)可能產(chǎn)生的最大短路電流；當(dāng)斷電保護(hù)時(shí)間為0.75 s時(shí)，最大三相短路電流點(diǎn)位于虛線與實(shí)線之間，此時(shí)只有35 mm2以上的工作接地線才能承載最大短路電流，取斷電保護(hù)為0.7 s。因此，在檢修工作中，上、下游初步選取截面積分別為35、16 mm2的工作接地線，能否投入使用，需對三相、單相殘壓進(jìn)一步計(jì)算。

表3 不同DG裝設(shè)位置下短路電流計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculation results of short circuit current under differentn positions of DG A

設(shè)ρ=50 Ω/m，工作點(diǎn)距工作接地線1 m，工作接地線的接地電阻Zg=8 Ω，工作接地線設(shè)為3 m。由文1可得上、下游工作接地線的短路電纜電阻Rm分別為1.68、3.72 mΩ，線夾接觸電阻Rn均為5 mΩ，殘壓計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 不同DG裝設(shè)位置下殘壓計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of residual pressure under differentn positions of DG V

由表4可得，下游側(cè)單相、三相殘壓均小于人體安全電壓，因此，16 mm2的工作接地線符合安全要求。而對于小電阻接地的系統(tǒng)側(cè)，三相殘壓的最大值為96.23 V，單相殘壓為4 845.93 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體安全電壓，此時(shí)若增加截面積，采用50 mm2的工作接地線，則Rm=1.2 mΩ；降低線夾接觸電阻至Rn=3 mΩ，計(jì)算可得三相殘壓仍有60 V，而單相殘壓幾乎沒有影響。

若繼續(xù)采用更大截面積的工作接地線，一方面降低三相殘壓的效果不明顯、攜帶不方便，另一方面線夾接觸電阻與接觸面的清潔程度、連接松緊有關(guān)，并不能保證取最小值。根據(jù)R=kρ/S(R為接地電阻，k為系數(shù)，ρ為土壤電阻率，S為接地極的有效表面積)，可以采用人工降低土壤電阻率或者增加臨時(shí)接地極與土壤的接觸面積，以減小接地電阻，或者采用多重接地線減小工作點(diǎn)附近的單相、三相殘壓，方法如下。

在距48#支線25 m處掛35 mm2的工作接地線3，短路電纜、接觸電阻分別為1.68、5 mΩ，如表5所示，計(jì)算結(jié)果表明，在檢修過程中，掛接多重接地線能有效降低單相、三相殘壓，而且，額外掛接的工作接地線的接地電阻越小、2個(gè)工作接地線之間的距離越長，則對殘壓的抑制效果更為有效。但是單相殘壓在降低后依舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體安全電壓，單相殘壓主要由單相故障電流和接地電阻決定。

表5 使用雙重接地線后的殘壓計(jì)算結(jié)果Table 5 Influence of double grounding wire on residual voltage

以上游突然來電為例，計(jì)算結(jié)果如圖8所示，可得工作點(diǎn)距離接地線越近，單相殘壓越?。唤拥鼐€的接地電阻越小，單相殘壓也越小。

注：*表示各曲線與人體安全電壓線的交叉坐標(biāo)點(diǎn)，從左至右依次為(0.250 6,36)、 (0.399 3,36)、(0.797 6,36)、(1.277 0,36)、(2.021 0,36)

對于接地電阻為30 Ω的情況，工作點(diǎn)與接地線的距離應(yīng)始終保持在0.25 m以內(nèi)，才能保證人身安全。但是此距離非常小，在實(shí)際檢修過程中很難保證，因此，應(yīng)盡可能地減小接地線的接地電阻。接地電阻由土壤的電阻率和接地極決定，正常情況下約為20 Ω左右，此時(shí)可以采用人工降低土壤電阻率或者增加臨時(shí)接地極與土壤的接觸面積，以減小接地電阻，從而降低單相殘壓，保證作業(yè)人員在檢修區(qū)域內(nèi)的人身安全。

6 結(jié)語

本文通過對有源中壓配電網(wǎng)檢修的相關(guān)安全技術(shù)進(jìn)行理論分析和實(shí)例計(jì)算，提出了一種有源配電網(wǎng)工作接地線截面積的校核方法。

1)計(jì)算有源配電網(wǎng)在工作接地線處可能產(chǎn)生的最大短路電流，基于奧迪道克公式形成不同截面積耐受電流時(shí)域關(guān)系圖，將最大短路電流與時(shí)域關(guān)系圖相結(jié)合，按照不熔斷的原則初選取工作接地線的截面積；

2)計(jì)算工作點(diǎn)附近可能產(chǎn)生的三相、單相殘壓，以人體安全電壓為閾值，評估所選取的工作接地線是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)，若不符合則重新選取較大截面積的工作接地線，直至殘壓水平低于人體安全電壓。

本文在傳統(tǒng)無源配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，從檢修作業(yè)安全性進(jìn)行考慮，取得了一定研究成果，為大規(guī)模分布式電源接入配電網(wǎng)檢修作業(yè)人身安全性評價(jià)具有一定指導(dǎo)意義。下一步，擬對分布式電源短路電流進(jìn)行進(jìn)一步估算。