涉網發變組及變電站接地裝置熱穩定性校驗分析

徐大鵬 王磊 陳波 張建英

摘? 要：近年來，隨著電力系統容量的不斷擴大，系統阻抗變小，若發生接地短路故障，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定要求的狀況。為確保電力系統的穩定安全運行，有必要對涉網發變組及變電站接地裝置進行熱穩定校核。根據GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》以及《華北電網有限公司電力設備交接和預防性試驗規程（2008年版）》要求，以內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司為例，計算了流過接地網的最大短路電流，并依據接地網熱穩定校驗公式對接地網進行了熱穩定校驗。校驗結果表明，內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司接地裝置滿足熱穩定性要求。

關鍵詞：變電站;接地裝置;短路電流、熱穩定性;校驗

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：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

在電力系統的運行過程中，經常會發生短路故障，短路電流由于遠大于正常工作電流，通過電氣設備的導體時將產生巨大的熱量，其熱效應向周圍介質散發時將導致導體或其絕緣的損壞[1-4]。因此，當發生電力系統短路故障時，涉網發變組及變電站的接地裝置應具有足夠的熱穩定度，以保證人身、設備和系統的安全[5-9]。

由于近年來，隨著電網結構的改變，電力系統容量的不斷擴大，系統阻抗變小，若發生接地短路故障，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定要求的狀況。以內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司（簡稱呼蓄電站）為例，呼蓄電站的裝機容量為4×330MW，升壓站為500kV，該廠在基建設計期曾進行過接地故障短路電流計算，并對電氣設備接地裝置的熱穩定度進行了校核。但由于多年來系統結構變化，為確保該廠電氣設備的安全穩定運行，有必要再次對該廠進行接地裝置的熱穩定性校核分析。

本文根據GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》以及《華北電網有限公司電力設備交接和預防性試驗規程（2008年版）》要求[10-12]，計算了流過呼蓄電站接地網的最大短路電流，并依據接地網熱穩定校驗公式對該廠接地網進行了熱穩定校驗。

1 系統參數

呼蓄電站短路計算主接線圖如圖1所示。該廠安裝有型號為SFD300/320-12/5970東方電機廠生產的4臺334MVA發電機組，型號為SSP-360000/500保定天威保變電氣股份有限公司生產的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系統的正序阻抗為0.005824，零序阻抗為0.010557。

2 短路計算

2.1 阻抗計算

在進行短路電流計算時，由于電氣接線圖中的主設備如發電機、主變壓器、廠用變壓器及系統阻抗參數均是以其額定值為基準值，因此需將各電氣設備的阻抗值換算為統一的基準值[13]。短路計算點應取在升壓站的500kV母線上，此時流過接地裝置的短路電流最大?；鶞手等j=100MVA，UB=550kV。繪制阻抗圖，將阻抗圖簡化為以短路點為中心的輻射形等值圖，求出各電源與短路點之間的電抗。分別繪出呼蓄電站短路計算正序、負序、零序阻抗圖見圖2-圖4，計算得出其正序、負序、零序阻抗如表1-表3。

2.2 網絡變換

將圖2呼蓄電站短路計算正序阻抗圖進行化簡，各支路電抗串、并聯簡化后得到正序網絡變換圖，如圖5所示，由公式1得到綜合正序電抗標幺值X1？撞=0.004785。同理，將圖3化簡得到負序網絡變換圖，如圖6所示，由公式2得到綜合負序電抗標幺值X2？撞=0.004785。將圖4化簡得到負序網絡變換圖，如圖7所示，由公式3得到綜合零序電抗標幺值X0？撞=0.005226。

2.3 接地短路電流計算

電力系統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GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》以及《華北電網有限公司電力設備交接和預防性試驗規程（2008年版）》要求，接地裝置的熱穩定校核應按最嚴重的情況考慮，即計算單相接地短路和三相短路兩種故障類型流入接地網中的短路電流，通過比較，得出流過接地裝置的最大短路電流，作為接地裝置熱穩定校核的依據[14-15]。由公式4計算得出短路點電流基準值I"j=0.11

2.3.1 單相短路電流

2.3.2 三相短路電流

3 接地裝置的熱穩定校驗

內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責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，接地材料的熱穩定系數C1=70。由前面計算可知，流過接地裝置的最大短路電流熱穩定值I=22.99kA。內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司繼電保護主保護動作無延時，斷路器分閘時間t0為40ms，斷路器失靈保護動作時間tf為300ms。由前面熱穩定校驗公式可知，接地引線截面與時間的開方成正比，時間越長所需要的引線截面會越大，計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，本廠接地裝置滿足Sg1>S，即接地裝置滿足熱穩定要求。

4 結束語

本文根據內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司所提供的參數進行短路計算分析，對其接地裝置進行了熱穩定校驗。校驗結果該廠的接地裝置熱穩定滿足要求。該研究可為內蒙古地區涉網發變組及變電站接地體裝置熱穩定性設計與校驗提供參考。

參考文獻：

[1]劉鐵男.小負荷供電中低壓短路電流的計算與校驗[J].現代建筑電氣，2019，10（09）：1-4+8.

[2]黃旭，鄭孝剛，陳學明.淺析變壓器低壓側出線電纜短路熱穩定校驗[J].現代建筑電氣，2019，10（07）：19-22+33.

[3]慎建軍，潘世全，王立，等.低壓配電斷路器額定分斷能力選擇與電纜熱穩定校驗[J].河南建材，2019（02）：236-237.

[4]李祥憲.輸電線路架空地線短路熱穩定校驗方法探索[J].安徽電力，2018，35（04）：18-22.

[5]趙鵬.基于COMSOL仿真的高壓直流交聯聚乙烯（XLPE）電纜附件設計[D].中國電力科學研究院，2018.

[6]王旅.絕熱狀態下導體的熱穩定校驗[J].電工技術，2018（02）：65-66+69.

[7]趙勇軍，任妮，劉偉，等.避雷線分流和導體腐蝕對接地裝置熱穩定校驗的影響[J].電工技術，2017（06）：149-150.

[8]楊穎.異物存在時GIS內部電場分布的研究[D].華北電力大學（北京），2017.

[9]仲留寄.氣體絕緣金屬封閉輸電線路的仿真與試驗研究[D].蘇州大學，2016.

[10]劉正華，王兢，杜海英.基于COMSOL Multiphysics的靜電紡絲電場分析[J].鄭州大學學報（工學版），2016，37（03）：44-47.

[11]楊惠源.短路母線動穩定校驗的研究[D].武漢理工大學，2016.

[12]李鵬.短路電流的效應和穩定度校驗[J].黑龍江科技信息，2015（29）：72.

[13]梁寒光，楊澤恒，張旭.高壓電器和導體的短路穩定校驗[J].產業與科技論壇，2015，14（07）：72-73.

[14]朱紅平.近尾洲水電廠接地裝置熱穩定校驗計算[J].湖南水利水電，2014（04）：98-99.

[15]楊蕾，朱肖晶.關于10kV變電所電氣設備選擇及校驗的研究[J].科技與企業，2012（22）：165.

[16]李鵬飛，王濱.短路熱穩定校驗計算方法分析[J].智能建筑電氣技術，2011，5（01）：93-94.