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深圳地区变电站接地电阻计算中分流系数的探讨

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/21 15:03:36   

 关键词:  变压器 接地电阻 变电站

摘 要:深圳地区变电站的特点是系统短路电流大,占地面积小,大多数变电站没有外引接地网的条件,接地电阻不能满足有关技术标准的要求。要解决这个问题,就要充分利用避雷线和进线电缆外护套的工频分流作用,减小在接地故障时接地网的入地电流。为此,阐述了入地电流的概念,对输电线路架空避雷线、电缆线路及架空电缆混合供电线路的分流系数进行了探讨和计算。最后,提出了设计上选取分流系数的方法和工程上应采取的措施。
  关键词:
变电站;接地电阻;入地电流;分流系数
Discussiononshuntcoefficientforcalculatingearthresistance
ofsubstationsinShenzhenarea

ZHENGWei1,ZHANGDeyi2

(1.ShenzhenPowerSupplyBranch,GPG,Shenzhen,Guangdong518001,China;
2.ShenzhenPowerSupplyPlanningDesignInstitute,Shenzhen,
Guangdong519054,China)


Abstract:ThesubstationsinShenzhenareaarecharacterizedbyhighsystemshortcircuitcurrentandsmallfloorspace,manyofwhichhavenoconditionsforexteriorgroundnetworkandcannotfulfilrelevantstandardsrequirementsonearthresistance.Tosolvethisproblem,thepowerfrequencyshuntfunctionoftheoverheadgroundwireandtheleadincablejacketcanbeusedtoreducetheearthshortcircuitcurrent.Thispaperexpatiatesontheconceptofearthshortcircuitcurrent,discussingandcomputingtheshuntcoefficientofoverheadgroundwires,cablelinesandhybridoverheadcablelines.Selectionofshuntcoefficientduringdesignandmeasurestobetakeninengineeringpracticearepresentedatlast.
  Keywords:
substation;earthresistance;earthcurrent;shuntcoefficient


在变电站设计中,通常采用两种措施使接地网的设计满足规程要求。一种常用的办法是尽量降低接地电阻,另一种办法是充分利用避雷线和进线电缆外护套的工频分流作用,减小接地故障时接地网入地电流。在实际工程应用中,分流系数随系统运行方式和变电站接地电阻的不同而变化很大。本文以深圳地区电网为例,对变电站接地电阻计算中的分流系数进行了探讨。

1深圳地区变电站的特点
1.1系统短路电流大

  深圳地区电网单相接地故障电流2010年预测值为:110kV变电站110kV母线为12~22kA;220kV变电站220kV母线为13~35kA;500kV变电站220kV母线26~48kA,500kV母线23~42kA。
1.2变电站占地面积小
  深圳地区变电站普遍占地面积小(特别是GIS变电站):110kV站面积一般为3000~5000m2,个别小至2000m2,按地网电阻0.5Ω计,对应要求土壤电阻率为55~70Ω·m,2000m2时为45Ω·m;220kV站面积一般为10000~20000m2,个别小至6000m2。按地网电阻0.5Ω计,对应要求土壤电阻率为100~141Ω·m,6000m2时为77Ω·m。
1.3大多数变电站接地电阻不能满足要求
  深圳地区大多数变电站接地网大都埋设在建筑物和道路下,且大多数没有外引接地网的条件,大多数变电站均不能满足DL/T621—1997《交流电气装置的接地》中关于接地电阻的要求。

2分流系数
  分流系数的定义:接地故障时,流经架空地线或电缆线路外护套的故障电流,与没有架空地线或电缆线路外护套作用时流经地网电流之比。
2.1入地短路电流概念
  入地短路电流是经接地网流入大地的电流。根据系统运行方式和接地故障发生地点位于站内和站外等不同情况,入地短路电流可分别按下式计算:
 

式中:Ig——入地短路电流;
   Isc——接地短路时的最大接地短路电流;
   IN——发生最大接地短路电流时,流经变电站接地中性点的最大接地短路电流;
   kf1——变电站站内短路时,避雷线的工频分流系数;
   kf2——变电站站外短路时,避雷线的工频分流系数。
  根据变电站主变压器中性点运行方式,接地短路电流的组成情况,详见图1、图2、图3

  要降低入地短路电流值,有两种途径:首先途径是控制接地短路电流值,对一个已形成的电网,可调整运行方式来降低接地短路电流,但作用是有限的;另一途径是充分利用避雷线和进线电缆外护套的工频分流作用,减小接地网入地电流。


2.2分流系数
  笔者对深圳地区不同的线路情况分别进行了详尽的分流系数计算(由于篇幅所限,本文未能一一列出,对此感兴趣者,请向笔者联系),以便于工程设计时选取。
2.2.1输电线路架空避雷线分流系数
  根据深圳地区110kV和220kV单回、同塔双回和同塔四回等典型架空输电线路杆塔参数,按线路通过地带土壤电阻率500Ω·m和1kΩ·m,新建变电站接地网接地电阻取5Ω,4Ω,3Ω,2Ω,1Ω,0.5Ω,0.25Ω,0.1Ω,分别计算出110kV和220kV架空线的分流系数。
  设计时,根据本变电站的预估接地电阻值,选取对应的分流系数。
2.2.2电缆线路分流系数
  由于在电缆工程中,其外护套两端均与变电站的接地网相连,无论是变电站内或变电站外接地短路,其外护套都能较好地作为回流线,减少接地短路入地电流,因而,我们分别计算了截面积为800mm2的110kV电缆分流系数(电缆水平排列、间距为200mm,对侧站接网电阻0.5Ω)以及截面积为1200mm2的220kV电缆分流系数(电缆水平排列,间距500mm,对侧站接地网电阻按0.5Ω),以供设计时选取。
2.2.3架空电缆混合供电线路
  架空电缆混合线路为减少电缆外护套工频感应电流对输电能力的影响,电缆外护套两端不同时接地,而往往采用一端接地,另一端经保护器接地。这类工程,接地电流不能很好地回流,全部经大地流回短路点。为减少入地短路电流,降低接地短路时变电站的地电位,必须随电缆敷设专用回流线,或利用均压线作回流线,线径应按热稳定选取。
  设计中分流系数原则上按架空线选取。

3工程应用
3.1设计取值
  接地设计中,初步估算分流系数一般为:站内短路取0.5,站外短路取0.1。
  工程设计时,应根据实际工程具体计算选取,并适当选取安全裕度:对架空线路,特别是接地电阻小于0.5Ω时,站内短路的分流系数小于0.5;对电缆线路,应根据电缆线路度,敷设方式,有无回流线,对侧站接地电阻等进行计算后选取;对多进线线路,分流系数应取其最小值,其他线路的接地应作为安全裕度。
3.2工程中应采取的措施
  根据前述入地电流的概念,确保电气通路,实际工程中应注意以下几点:
  a)对架空进线,所有架空地线在末端杆塔必须可靠与变电站接地网相连。
  b)对短电缆线路和架空电缆混合线路,为提高线路输送能力,其外护套一端直接接地,另一端经保护器接地。此时应敷设专用回流线,并按热稳定选取回流线。
  c)对多进线线路,架空地线应尽可能分别与变电站接地网相连,故障线路架空地线作为分流线分流,而其他架空地线作为变电站电网的延伸,起分担入地电流作用。
  d)对有条件的电缆线路,应全线敷设回流线,减小回流电阻,增大分流系数,减少入地电流。

4结束语
  根据深圳地区变电站自然地质条件和输电线路实际参数,本文以计算数据为依据,论述了变电站接地设计应如何根据具体情况,选取不同的分流系数,并论述了为充分利用输电线路的分流系数,在实际工程中应采取的措施。这对于其他不同条件地区的工程,在如何充分利用避雷线和进线电缆外护套的工频分流作用,减小接地故障时接地网入地电流,有一定的借鉴作用。

来源:未知
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