映秀湾电站接地网系统短路电流实用计算

周 济， 王 军

(国网四川映秀湾发电厂，四川 都江堰 611830)

1 前 言

在电力系统中，接地网有效性是电网正常运行的重要部分，选择合适的接地网，以及接地网工频阻抗的大小，直接关系到电力系统能否可靠、安全的运行。映秀湾电站地处岷江上游峡谷地带，地形地貌、岩石土壤结构比较复杂，在2008年“5·12”汶川大地震中，接地网受到较大破坏，在震后恢复重建中经过了完善修复，并对接地阻抗进行了多次测试。根据GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》，接地阻抗 应 满 足R≤2 000/Ig，由于接地阻抗R具体数值没有明确，需通过系统最大短路电流来进行计算，以取得接地阻抗要求的准确值，并验证接触电位差和跨步电位差是否在合格范围之内。因此，计算接地网系统短路电流，是判断映秀电站接地网的有效性和安全性的先决条件。

2 接地阻抗计算

2.1 映秀湾电站接地网条件

映秀湾电站接地网为长孔方形水平接地网，并铺设有垂直接地极。接地网面积约为3 000 m2。

2.2 映秀湾电站运行概况

映秀湾电站装机3×45.5 MW， 1号主变型号 SSP8-50000/110，2、3号主变型号SSP7-45 000/220。正常运行时，10 kVⅠ、Ⅱ段母线并联运行，1、3号主变高压侧中性点直接接地运行，2号主变中性点不接地，系统主接线图及设备参数见图1。

2.3 入地短路电流计算

图1 映秀湾电站主接线图(部分)

接地网的有效性首先需要计算入地短路电流，入地短路电流影响到接地阻抗要求值、跨步电位差和接触电位差。根据系统运行方式及接地网规划设计来合理的计算接地短路电流，是验证接地网有效性的前提。

入地短路电流的计算公式为﹝1﹞：

Ig=(Imax-In)Sf1

(1)

Ig=InSf2

(2)

式中Imax为发电厂内发生接地故障时的最大接地故障对称故障电流有效值(A)；In为发电厂内发生接地故障时流经设备中性点的电流(A)；Sf1、Sf2分别为发电厂内、外发生接地故障时的分流系数。

计算用入地短路电流取两式中较大的Ig值。

2.4 最大接地故障短路电流Imax

电力系统的接地短路形式包括单相接地短路和两相接地短路，由于接地短路属于不对称短路，通常采用对称分量法进行计算[2]。计算后选取两者中最大值作为Imax，即最大接地短路电流。

计算接地短路电流，具体步骤如下：

根据映秀湾电站主接线图做出正序、负序、零序等值阻抗图(假设SB=100 MVA)，如图2、图3所示。

图2 系统正序、负序等值阻抗网络图

图3 系统零序阻抗等值网络图

计算d点短路电流：为系统提供的短路电流和发电机提供的短路电流之和。

(1)系统提供短路电流：X正序=0.851 ，X负序=0.851，X零序=1.223，

计算单相接地短路电流，得合成阻抗值：X和=X正序+X负序+X零序=2.925，则单相短路电流为Id(1)=3×5.5/2.925=5.641 kA；

计算两相接地短路电流，Id(1，1)=1.732×0.87×5.5/1.353=6.13 kA;

(2)发电机提供的短路电流：X正序=1.37 ，X负序=1.37，X零序=0.633，

计算单相接地短路电流，得合成阻抗值：X和=X正序+X负序+X零序=3.37，则单相短路电流为Id(1)=3×5.5/3.37=4.896 kA；

计算两相接地短路电流，Id(1，1)=1.732×0.885×5.5/1.8=4.684 kA;

综上所述，单相接地 短 路 电 流 为 5.641+

4.896=10.537 kA，两相接地短路电流为6.13+4.684=10.814 kA，

所以，系统的两相短路接地电流是最大入地短路电流，即Imax=10.814 kA。

2.5 接地中性点的短路电流In

如图4所示，是映秀湾电站站内短路接地时电流分布图，其中，A代表系统，B系统为水电站站内接地。

图4 映秀湾水电站厂内接地时短路电流分布图

从接地短路电流分布图可以看出，接地中性点的短路电流是最大接地短路电流Imax流入地网后，从地网在流经主变中性点的那一部分电流。因此，将各个电源对短路点的阻抗，主变接地中性点对短路点的阻抗分别作出不同的支路，根据分布系数和短路接地电流，求出每回支路的电流，就可以得出接地中性点In的值[3]。

由图2和图3中，正序、负序和零序阻抗网络图，求出A系统1和A系统2及主变1、主变3的分布系数。

A系统正序、负序等效阻抗相同，XA11=XA12=2.172,XA21=XA22=1.417, A系统零序等效阻抗XA10=2.172,XA20= 2.8，求出分布系数kA1=0.151,kA2=0.098

根据分布系数，得：In=(0.151+0.098)×10.814=2.69 kA.

即中性点的短路电流In为2.69 kA。设计中通常考虑可能出现的最大短路电流情况，上式求出接地中性点短路电流是两台中性点接地主变的合计。

2.6 避雷线的工频分流系数Sf1、 Sf2

Sf1、Sf2分别为发电厂内、外发生接地故障时避雷线的分流系数，这两个系数可以通过计算得出，也 可 以 使 用 经 验 数 值，Sf1=0.5 ，Sf2=0.18[4-5]。

2.7 入地短路电流Ig的计算

由式(1)和(2)，可得Ig1=(Imax-In)Sf1=(10.814-2.69)×0.5=4.062 kA

Ig2=InSf2=2.69×0. 18=0.48 kA

取两者较大值，即可得入地短路电流为Ig=4.062 kA

2.8 映秀湾电站工频接地阻抗

根据GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》，映秀湾电站接地阻抗需满足下式：

R≤2 000/Ig=2 000/4 062=0.4928 Ω

(3)

式中Ig即为入地短路电流，

3 分析

由式(3)可以看出短路电流越大，接地阻抗的要求值越低。根据目前电网发展的趋势，电源点越多，电源容量越大，短路电流会越来越大，要求的接地阻抗会越来越小。根据GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》，如接地阻抗不能满足要求，则需采取限制电位的措施，并验算接触电位差和跨步电位差。

接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过下列公式计算的数值：

(4)

(5)

式中Ut为接触电位允许值，Us为跨步电位允许值，ρs为地表层的电阻率，cs为表层衰减系数，ts为接地故障持续时间。

如接地装置的接触电位差和跨步电位差超过规定值，需采取下列补救措施：局部增设水平均压带、垂直接地极、铺设砾石地面、沥青地面等。

计算映秀湾电站接触电位差和跨步电位差要求值：

取ρs为400 Ω·m,cs取为1，ts取为0.65 s,根据式(4)、(5)可得：

接触电位差的要求值为Ut=300.24 V

跨步电位差的要求值为Us=563.28 V

4 结 论

综上所述，针对不同的接地网，由于系统运行方式、设备参数的不同，所要求的最大接地阻抗值不同，简单的对所有接地网最大接地阻抗值都以同样的要求来考虑是不合适的。

根据最大短路电流计算出的最大接地阻抗值，以及根据式(4)、(5)计算出的最大接触电位差和跨步电位差，为准确判断映秀湾电站接地网的有效性提供了依据。

参考文献：

[1] GB/T50065-2011.交流电气装置的接地设计规范[P].中国计划出版社，2011年.

[2] 电力工程电气一次设计手册(电气一次部分).中国电力出版社，1989年.

[3] 李长益.接地网入地短路电流的计算[J].江苏电机工程，1999,18(1)：4-8.

[4] 曾永林.接地技术[M].北京：水利电力出版社，1999年.

[5] 李景禄，郑瑞臣，杨廷方.关于接地工程中相关参数取值的探讨[J].高压电器，2004,40(4)：264-266.