映秀灣電站接地網系統短路電流實用計算

周 濟， 王 軍

(國網四川映秀灣發電廠，四川 都江堰 611830)

1 前 言

在電力系統中，接地網有效性是電網正常運行的重要部分，選擇合適的接地網，以及接地網工頻阻抗的大小，直接關系到電力系統能否可靠、安全的運行。映秀灣電站地處岷江上游峽谷地帶，地形地貌、巖石土壤結構比較復雜，在2008年“5·12”汶川大地震中，接地網受到較大破壞，在震后恢復重建中經過了完善修復，并對接地阻抗進行了多次測試。根據GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》，接地阻抗 應 滿 足R≤2 000/Ig，由于接地阻抗R具體數值沒有明確，需通過系統最大短路電流來進行計算，以取得接地阻抗要求的準確值，并驗證接觸電位差和跨步電位差是否在合格范圍之內。因此，計算接地網系統短路電流，是判斷映秀電站接地網的有效性和安全性的先決條件。

2 接地阻抗計算

2.1 映秀灣電站接地網條件

映秀灣電站接地網為長孔方形水平接地網，并鋪設有垂直接地極。接地網面積約為3 000 m2。

2.2 映秀灣電站運行概況

映秀灣電站裝機3×45.5 MW， 1號主變型號 SSP8-50000/110，2、3號主變型號SSP7-45 000/220。正常運行時，10 kVⅠ、Ⅱ段母線并聯運行，1、3號主變高壓側中性點直接接地運行，2號主變中性點不接地，系統主接線圖及設備參數見圖1。

2.3 入地短路電流計算

圖1 映秀灣電站主接線圖(部分)

接地網的有效性首先需要計算入地短路電流，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。根據系統運行方式及接地網規劃設計來合理的計算接地短路電流，是驗證接地網有效性的前提。

入地短路電流的計算公式為﹝1﹞：

Ig=(Imax-In)Sf1

(1)

Ig=InSf2

(2)

式中Imax為發電廠內發生接地故障時的最大接地故障對稱故障電流有效值(A)；In為發電廠內發生接地故障時流經設備中性點的電流(A)；Sf1、Sf2分別為發電廠內、外發生接地故障時的分流系數。

計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稱短路，通常采用對稱分量法進行計算[2]。計算后選取兩者中最大值作為Imax，即最大接地短路電流。

計算接地短路電流，具體步驟如下：

根據映秀灣電站主接線圖做出正序、負序、零序等值阻抗圖(假設SB=100 MVA)，如圖2、圖3所示。

圖2 系統正序、負序等值阻抗網絡圖

圖3 系統零序阻抗等值網絡圖

計算d點短路電流：為系統提供的短路電流和發電機提供的短路電流之和。

(1)系統提供短路電流：X正序=0.851 ，X負序=0.851，X零序=1.223，

計算單相接地短路電流，得合成阻抗值：X和=X正序+X負序+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)發電機提供的短路電流：X正序=1.37 ，X負序=1.37，X零序=0.633，

計算單相接地短路電流，得合成阻抗值：X和=X正序+X負序+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 接地中性點的短路電流In

如圖4所示，是映秀灣電站站內短路接地時電流分布圖，其中，A代表系統，B系統為水電站站內接地。

圖4 映秀灣水電站廠內接地時短路電流分布圖

從接地短路電流分布圖可以看出，接地中性點的短路電流是最大接地短路電流Imax流入地網后，從地網在流經主變中性點的那一部分電流。因此，將各個電源對短路點的阻抗，主變接地中性點對短路點的阻抗分別作出不同的支路，根據分布系數和短路接地電流，求出每回支路的電流，就可以得出接地中性點In的值[3]。

由圖2和圖3中，正序、負序和零序阻抗網絡圖，求出A系統1和A系統2及主變1、主變3的分布系數。

A系統正序、負序等效阻抗相同，XA11=XA12=2.172,XA21=XA22=1.417, A系統零序等效阻抗XA10=2.172,XA20= 2.8，求出分布系數kA1=0.151,kA2=0.098

根據分布系數，得：In=(0.151+0.098)×10.814=2.69 kA.

即中性點的短路電流In為2.69 kA。設計中通常考慮可能出現的最大短路電流情況，上式求出接地中性點短路電流是兩臺中性點接地主變的合計。

2.6 避雷線的工頻分流系數Sf1、 Sf2

Sf1、Sf2分別為發電廠內、外發生接地故障時避雷線的分流系數，這兩個系數可以通過計算得出，也 可 以 使 用 經 驗 數 值，Sf1=0.5 ，Sf2=0.18[4-5]。

2.7 入地短路電流Ig的計算

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GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》，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。根據目前電網發展的趨勢，電源點越多，電源容量越大，短路電流會越來越大，要求的接地阻抗會越來越小。根據GB50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》，如接地阻抗不能滿足要求，則需采取限制電位的措施，并驗算接觸電位差和跨步電位差。

接地網的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列公式計算的數值：

(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，ts為接地故障持續時間。

如接地裝置的接觸電位差和跨步電位差超過規定值，需采取下列補救措施：局部增設水平均壓帶、垂直接地極、鋪設礫石地面、瀝青地面等。

計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 論

綜上所述，針對不同的接地網，由于系統運行方式、設備參數的不同，所要求的最大接地阻抗值不同，簡單的對所有接地網最大接地阻抗值都以同樣的要求來考慮是不合適的。

根據最大短路電流計算出的最大接地阻抗值，以及根據式(4)、(5)計算出的最大接觸電位差和跨步電位差，為準確判斷映秀灣電站接地網的有效性提供了依據。

參考文獻：

[1] GB/T50065-2011.交流電氣裝置的接地設計規范[P].中國計劃出版社，2011年.

[2] 電力工程電氣一次設計手冊(電氣一次部分).中國電力出版社，1989年.

[3] 李長益.接地網入地短路電流的計算[J].江蘇電機工程，1999,18(1)：4-8.

[4] 曾永林.接地技術[M].北京：水利電力出版社，1999年.

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