降低变电站接触电势的措施分析及应用

2014-02-07单蒙

机电工程技术 2014年6期

单蒙

（广东天联电力设计有限公司，广东广州 510600）

0 引言

电气装置接地是电力工程设计中的重要内容，它关系到电力设备能否正常运行及变电站内工作人员的生命安全。随着国家对土地资源使用的限制，变电站的用地面积逐渐缩小，而电网规模、系统容量逐年扩大，系统发生短路故障后，变电站内入地短路电流不断增加，使变电站内跨步电势及接触电势很难满足允许值的要求，尤其是接触电势。如何有效地将跨步电势及接触电势控制在允许范围内成为目前变电站接地装置设计急需解决的问题。

1 措施分析

在110 kV及以上有效接地系统发生单相接地或两点同时接地时，变电站接地装置的接触电势

Us——跨步电势允许值，V；

Ut——接触电势允许值，V；

ρf——人脚站立处地表面的土壤电阻率，Ω⋅m。

变电站接地装置除利用自然接地极外，通常采用水平接地极为主，垂直接地极为辅的复合接地网，接地网的工频接地电阻近似按下式计算：

和跨步电势不应超过下列数值[1-3]：

ρ——土壤电阻率，Ω⋅m；

S——接地网面积，m2。

接地网地表面的最大接触电势为Utmax=Ktmax⋅I⋅R，接地网地表面的最大跨步电势为Usmax=Ksmax⋅I⋅R。式中I为计算用入地短路电流。

十多年前，当斯普金斯还是丹娜-法伯癌症研究所的研究员的时候，她曾接触过急性淋巴细胞白血病患者。急性淋巴细胞白血病是一种血液癌症，癌细胞很容易转移到大脑和脊椎，因此所有该病的患者都要接受脊髓液化疗。

变电站接地装置是否满足要求的判据如下：

（1） Ut≥Utmax并且 Us≥Usmax。

（2）有效接地系统和低电阻接地系统中变电所电气装置保护接地的接地电阻但实际工程验收时通常要求R≤0.5 Ω。

由上述判据可见，满足变电站内跨步电势及接触电势的要求可以从以下两个方面入手，一方面，提高电势的允许值；另一方面，降低接地网地表面的最大电势。在工程实施时提高电势的允许值的方法有：1）提高人脚站立处地表面的土壤电阻率；2）缩短断路器动作时间。降低接地网地表面的最大电势的方法有：1）减少系统短路后入地短路电流；2）增大接地网面积；3）变电站站址选在土壤电阻率低的地方。

本文通过工程实例分析在接地电阻符合工程验收的条件下，如何降低变电站内的接触电势。

2 案例分析

2.1 变电站现状描述

某500 kV变电站采用复合双层接地网，测得站内接地电阻为0.113 1 Ω，人脚站立处地表面的土壤电阻率为125Ω⋅m，电气设备接地引下线与主地网可靠连接，现存接地网完整。经计算，站内接触电势及跨步电势的允许值分别为：330 V和442 V。根据电科院提供的《基于CDEGS软件的变电站接地网状态数值评估》得知，当220 kV配电装置发生单相短路接地故障时，站内接触电势最大值为367.54 V，跨步电势最大值为179.94 V，接触电势不满足允许值的要求。

2.2 解决方案

结合该站接地现状，建议通过增加人脚站立处地表面的土壤电阻率的方法解决接触电势超标的问题。在全站配电装置区域的绿化带内，铺设高电阻率特性的砾石路面，厚度不小于200 mm，此时，地表电阻率可达到2 500 Ω·m。系统单相接地短路（故障）电流持续时间t=0.35 s，计算得接触电势允许值为1 012.49 V，由此可见，站内的接触电势满足要求。

2.3 方案校验

选取Sb=100 MVA，Vb=525 kV、230 kV，站内500 kV及220 kV母线短路电流计算结果见表1。

表1 短路电流计算结果表

本站500 kV母线处系统等值阻抗标么值：（不含本站主变压器）正（负）序电抗： X1=0.001 952 1；零序电抗：X0=0.002 556。本站220 kV母线处系统等值阻抗标么值：（不含本站主变压器）正（负）序电抗：X1=0.021 731；零序电抗：X0=0.006 855 4。

本站3台主变压器均采用自耦变压器，根据自耦变压器的结构特点，220 kV母线发生单相接地短路故障时，流过主变中性点稳态短路电流（有效值）为500 kV和220 kV单相接地短路电流之差，保守估算，此处不计入分流影响。在出线构架上带着500 kV、220 kV避雷线和OPGW光纤地线的运行状态下，采用CDEGS模拟计算，架空地线分流系数为59.1%。

根据DL/T621—1997《交流电气装置的接地》中推荐的入地电流公式I=(Imax-In)(1 -Ke1)，当220 kV母线发生单相接地短路故障时，I=19.19 kA。接触电压计算结果见表2。