變電站入地短路電流的計算探討

任冠民　周　正　李　娟（.國網南陽供電公司，河南 南陽 473000；.國網河南省電力公司經濟技術研究院，河南 南陽 473000）

變電站入地短路電流的計算探討

任冠民1周正2李娟1
（1.國網南陽供電公司，河南 南陽 473000；2.國網河南省電力公司經濟技術研究院，河南 南陽 473000）

變電站接地短路電流當經過地網發生流散時，對于接地電位、跨步電勢、局部電位差、轉移電勢等有著直接的影響，同時，對于接地引線以及均壓導體截面的選擇具有重要的影響，因此非常重要。本文對入地短路電流進行了介紹，闡述了短路電流計算的原則，對變電站入地短路電流的計算進行了探討。

變電站；入地短路電流；計算

短路電流指的是電力系統在運行過程中，在相和相之間以及相和地之間出現了非正常連接的時候，流過的電流。在電力系統的計算中，短路電流的計算是非常重要的，通過對短路電流的計算，是確定電氣的接線方式、選擇合適的電氣設備、整定繼電保護以及校核繼電保護的前提。當前，電網規模越來越大，而電網容量也在不斷增加，造成了短路電流不斷增加，對于電力系統而言，通過接地系統能夠確保電力系統的可靠安全運行，對于電氣設備以及人員的安全具有保護作用。因此，對于入地短路電流進行計算，是接地網設計的前提。

一、入地短路電流概述

入地短路電流指的是當發生了短路故障的時候，經過地網向地中流散的電流，這部分電流造成了地網的電位升高。如果電網中出現了接地短路電流故障，同時，接地短路故障電流只是一部分電流經過地網入地，而不是全部的短路電流都經過地網入地。入地這部分電流通過地網流散時，一方面使得接地電位升高，同時對于接觸電勢、轉移電勢、跨步電勢以及局部的電位差的大小都有著非常大的影響，另外一方面，對于接地引線以及均壓導體截面的選擇有著重要的影響。因此，對于入地電流進行計算是非常重要的。這是因為，當入地電流計算結果過小，那么就會造成接地網的電阻不能滿足需要，當發生了短路故障時，非常有可能出現安全危險的問題。有調查顯示，我國發生很多起因為接地系統接觸電阻沒有滿足需要出現的事故以及事故擴大的問題。如果當入地電流計算過大時，就會降阻方法，從而使得資源浪費。所以，進行接地電網設計時，對于入地短路故障電流要從經濟角度與安全角度進行全面考慮。

二、短路電流計算的原則

短路電流計算過程中，要遵循一定的原則：

1 通過短路電流的計算，對電器以及導體開斷電流進行驗算，對于電器以及導體的熱穩定與動穩定進行驗算的過程中，需要工程的計劃內容進行計算。通常按照最大的運行方式下，三相短路電流作為基礎，例如，對于變電所通常利用兩臺或者是三臺的主變壓器的容量進行計算，同時，要對電網的長期規劃進行考慮；

2 短路電流進行計算的時候，需要基于有可能發生的最大的短路電流正常接線形式計算。對于短路點的選擇，應該是短路電流最大的點。對于某一電壓等級的短路電流計算的時候，應該使用平均電壓。

3 通常通過三相短路電流對導體以及電器的開斷電流、動穩定以及熱穩定進行驗算。

三、變電站入地短路電流的計算

1 計算避雷線的工頻分流系數

根據相關的規范對于工頻分流系數進行計算，220kV線路在經過架空輸電時，平均土壤的電阻率一般取值為500Ωm，電源的頻率為50Hz。變電站電力線的型號是LGJ-185；避雷線的型號是GJ-50；采用兩根避雷線，桿塔之間的平均的距離是350m。①計算避雷線對地等價鏡像距離；②計算避雷線對于導線的幾何平均距離，經計算可得為7.26m；③計算架空輸電線路導線和避雷線之間的平均的檔距零序感抗為0.33ej81.92°；④計算等價避雷線幾何平均半徑為8.6×10-7m；⑤計算基桿塔避雷線間平均自序感抗為2.04ej36.98°；⑥發生變電站短路時，計算避雷線工頻分流系數為0.4026；⑦當電流外發生短路時，計算避雷線的工頻分流系數為0.159。通過上述計算發現，當變電站發生了短路故障電流，那么短路故障電流發生在變電站內時，避雷線的分流系數是0.4026；短路故障電流發生在變電站外時，避雷線的分流系數是0.159。

2 計算變電站的入地短路電流

假設變電站內的最大的短路電視是20kA，由于返回變壓器的中性點短路電流是變電站內最大短路電流的15%，因此，變壓器中性點的短路電壓是20kA的15%，也就是3000A。基于我國電力行業的標準《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997對于接地短路故障電流按照以下公式進行計算：

I=（Imax-In）（1-kf1）

I=1n（1-kf2）

將上面公式中計算得到的較大的結果，當做是變電站入地短路電流。

其中，I表示的是節點電流，研究是經過地網散流的電流；Imax表示的是變電站的最大的短路電流；In表示的是返回變壓器的中性點的短路的電流，這個數值通常是繼電保護部門提供的。Kf1表示的是變電站內發生短路時，和變電站接地網連接的避雷線的工頻分流的系數；Kf2表示的是變電站外發生短路時，和變電站接地網連接的避雷線的工頻分流的系數。

因此，計算該變電站的接地短路電流：

I=（Imax-In）（1-kf1）

=（200000-3000） ×（1-0.4026）

=10161A

3 計算接地體的截面積

基于熱穩定條件，當不對腐蝕進行考慮的時候，接地體最小的截面應該滿足：

其中，S表示的是接地線最小的截面面積；t表示的是接地故障發生時短路電流持續的時間，選擇0.65s；I表示的是經過接地線的短路電流穩定的數值，通過上文的計算，I=10161A；C表示的是接地材料熱穩定性的系數，基于材料的種類、材料的性能、材料允許的最高的溫度，同時與短路之前的接地線的初始溫度共同確定C值。對于鋼材來說，其C=70。在上面的計算中，沒有考慮腐蝕的影響，鋼材截面積最小應該是116mm2，因為實際中存在腐蝕，考慮接地網60年使用壽命，必須要大于上面計算的數值。

結語

隨著我國經濟的迅猛發展，電力需求越來越大。變電站的升級以及擴容改造已經成為當前電力部門的重要工作。因為變電站的改造使得網絡結構改變，而網絡結構的改變又影響到變電站的短路電流。因此，對于變電站的短路電流進行計算，對于電網的穩定安全運行具有非常重要的意義。通過變電站接地短路電流的計算，使得短路電流方案能夠合理確定，從而獲得經濟可靠的接線方案。

[1]向鐵元，舒乃秋.短路電流計算的分析研究[J].湖北電力，2011，25（04）：11-13.

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