劉巴足35 kV變電站接地網改造設計和仿真分析

孫亞宏(西山煤電集團 西銘礦，山西 太原 030053)

劉巴足35 kV變電站接地網改造設計和仿真分析

孫亞宏
(西山煤電集團 西銘礦，山西 太原 030053)

劉巴足35 kV變電站的接地網系統由于運行年長，接地網腐蝕情況嚴重，接地電阻值偏大，因此需要對接地網進行改造，改造施工前對35 kV變電站的土壤環境、接地電阻和接地網熱穩定性進行了分析計算，最后運用電磁暫態仿真軟件PSCAD構建了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，通過分析計算35 kV變電站接地網各項數據和模擬接地網運行情況，有效保障了變電站接地網改造工程實施的可靠性，對變電站接地網合理布置和改造更換具有指導作用。

接地網；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，由于變電站位置處山區地帶，又是含石砂土回填區內，所以變電站內土壤電阻率偏大，根據實際測量，平均土壤電阻率ρ=400 Ω·m，由于變電站接地網運行時間較長，主接地網接地電阻值由原來的1.9 Ω增加到10.7 Ω，說明35 kV變電站的接地網已經受土壤腐蝕嚴重，原來埋入的土壤降阻劑失效，甚至已經發生斷裂，急需對變電站接地網進行改造更換。劉巴足35 kV變電站占地面積為110 m×95 m，經過土壤電阻率現場實地測試可得，變電站的東側土壤電阻率高于西側，同時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施工以及仿真建模過程中要有效利用變電站現場土壤特質。為了精確合理地設置35 kV變電站接地網的電阻值，在改造實施前，對該變電站進行了實際勘察和仿真建模，對不同材料的接地網電阻值進行了仿真分析。變電站由于運行時間較長，站內設備、建筑和道路的位置固定不變，在設計接地網位置時既要有效利用低土壤電阻率的區域又要合理避讓站內設備和建筑。

2 35 kV變電站接地網改造設計和數據計算

2.1接地電阻比較分析和改造方法

在35 kV變電站中，若變電站內入接地網產生短路電流，根據GB/T 50065-2011此時變電站內避雷線工頻分流系數參考取值Kf1=0.55；若在變電站接地網外產生短路電流時，此時變電站內避雷線工頻分流系數參考取值Kf2=0.1；經過計算，劉巴足35 kV變電站的最大單相接地短路電流Imax=7.31 kA；主變的中性點接地短路電流Im=2.26 kA.

根據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的發展會增大電網入地短路電流，因此流入接地網的電流按2 500 A取值。按GB/T 50065-2011規程要求計算接地網的接地電阻應滿足公式R≤2 000/I

因此，R規=2 000/I=2 000/2 500=0.8 Ω

根據變電站現場土壤情況和接地網場地設置環境，變電站的接地電阻估算值為：

由于R估>R規及變電站現場土壤和場地環境限制，為了更好地降低接地網電阻值和保持長效降阻效果，需要對原來的接地網進行擴充將接地網延伸擴大到變電站場地外，受場地限制只能將變電站南側向外接地網延伸30 m，同時為了降低土壤電阻率需要施加高效彭潤石墨降阻劑。

2.2接地網主干線熱穩定性計算校驗

3 仿真計算變電站接地網

3.1變電站接地網建模設置

此次建模利用了電磁暫態仿真軟件PSCAD對變電站接地網的降阻情況進行仿真模擬和計算，35 kV變電站的建模情況見圖1.

圖1 35 kV變電站場地建模示意圖

在接地網材料選擇設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試方案1，又選取了傳統接地材料扁鋼和銅棒作為測試方案2，分別對兩種材質的接地網進行仿真測試，實驗材料統計見表1.

3.2建模仿真計算變電站接地網電阻值

以有限元分析ANSYS 軟件和電磁暫態仿真軟件PSCAD為工具，對兩組以不同接地材料組建的接地網，進行了接地電阻計算，接地網的仿真結果見圖2.

表1 35 kV變電站接地網建模材料對照統計表

圖2 35 kV變電站接地網建模仿真結果圖

由圖2可知，傳統材料銅棒和扁鐵組成的接地網因為扁鐵受土壤腐蝕、土壤濕度和季節變化因素等影響，變電站接地網的電阻值產生很大波動，而由納米離子石墨棒和銅覆鋼絞線組成的新型接地網，電阻值穩定，幅度變化小且能夠保持較低的接地電阻值。因此，在改造施工過程中優先選用耐腐蝕抗擾動的新型接地材料。

4 變電站接地網改造施工后效果

變電站改造施工完成后，對接地電阻值進行驗收測量，其測量結果見表2.

表2 接地網改造前后接地電阻對照統計表

由表2可知，35 kV變電站在改造后接地電阻明顯下降，符合設計計算預期效果。根據設計時的建模仿真結果，本次接地網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年內每季度進行測量，接地網的每次測量接地電阻值仍舊保持在0.72 Ω，且開挖檢查未發現有任何腐蝕銹斑點，說明新型接地材料其性狀穩定能夠長時間保持低阻值狀態，符合設計時建模仿真測試結果預期。

5 結 論

通過對劉巴足35 kV變電站接地網改造設計的仿真分析，有效保障了變電站接地網改造工程實施的可靠性，對變電站今后施工和新材料應用方面提供了可行的分析及驗算的方法，同時為今后同類型變電站接地網的設計和分析提供了參考。

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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

·試驗研究·

2017-07-21

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

TD612

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1672-0652(2017)10-0023-03