涉网发变组及变电站接地装置热稳定性校验分析

徐大鹏 王磊 陈波 张建英

摘  要：近年来，随着电力系统容量的不断扩大，系统阻抗变小，若发生接地短路故障，故障电流将显著变大，因而部分早期建成的地下接地体截面积存在不能完全满足热稳定要求的状况。为确保电力系统的稳定安全运行，有必要对涉网发变组及变电站接地装置进行热稳定校核。根据GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》以及《华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程（2008年版）》要求，以内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司为例，计算了流过接地网的最大短路电流，并依据接地网热稳定校验公式对接地网进行了热稳定校验。校验结果表明，内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司接地装置满足热稳定性要求。

关键词：变电站;接地装置;短路电流、热稳定性;校验

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：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

在電力系统的运行过程中，经常会发生短路故障，短路电流由于远大于正常工作电流，通过电气设备的导体时将产生巨大的热量，其热效应向周围介质散发时将导致导体或其绝缘的损坏[1-4]。因此，当发生电力系统短路故障时，涉网发变组及变电站的接地装置应具有足够的热稳定度，以保证人身、设备和系统的安全[5-9]。

由于近年来，随着电网结构的改变，电力系统容量的不断扩大，系统阻抗变小，若发生接地短路故障，故障电流将显著变大，因而早期建成的地下接地体截面积可能存在不满足热稳定要求的状况。以内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司（简称呼蓄电站）为例，呼蓄电站的装机容量为4×330MW，升压站为500kV，该厂在基建设计期曾进行过接地故障短路电流计算，并对电气设备接地装置的热稳定度进行了校核。但由于多年来系统结构变化，为确保该厂电气设备的安全稳定运行，有必要再次对该厂进行接地装置的热稳定性校核分析。

本文根据GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》以及《华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程（2008年版）》要求[10-12]，计算了流过呼蓄电站接地网的最大短路电流，并依据接地网热稳定校验公式对该厂接地网进行了热稳定校验。

1 系统参数

呼蓄电站短路计算主接线图如图1所示。该厂安装有型号为SFD300/320-12/5970东方电机厂生产的4台334MVA发电机组，型号为SSP-360000/500保定天威保变电气股份有限公司生产的4台500kV容量为360MVA双绕组主变压器，型号为SC10-6300/20海南金盘电气生产的4台容量为6.3MVA的双绕组厂用变压器，型号为XKGKL-18-400-4的2台18kV容量166.3kVA的电抗器。500kV系统的正序阻抗为0.005824，零序阻抗为0.010557。

2 短路计算

2.1 阻抗计算

在进行短路电流计算时，由于电气接线图中的主设备如发电机、主变压器、厂用变压器及系统阻抗参数均是以其额定值为基准值，因此需将各电气设备的阻抗值换算为统一的基准值[13]。短路计算点应取在升压站的500kV母线上，此时流过接地装置的短路电流最大。基准值取Sj=100MVA，UB=550kV。绘制阻抗图，将阻抗图简化为以短路点为中心的辐射形等值图，求出各电源与短路点之间的电抗。分别绘出呼蓄电站短路计算正序、负序、零序阻抗图见图2-图4，计算得出其正序、负序、零序阻抗如表1-表3。

2.2 网络变换

将图2呼蓄电站短路计算正序阻抗图进行化简，各支路电抗串、并联简化后得到正序网络变换图，如图5所示，由公式1得到综合正序电抗标幺值X1？撞=0.004785。同理，将图3化简得到负序网络变换图，如图6所示，由公式2得到综合负序电抗标幺值X2？撞=0.004785。将图4化简得到负序网络变换图，如图7所示，由公式3得到综合零序电抗标幺值X0？撞=0.005226。

2.3 接地短路电流计算

电力系统短路故障类型基本分单相短路接地、两相短路、两相短路接地和三相短路4种。根据GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》以及《华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程（2008年版）》要求，接地装置的热稳定校核应按最严重的情况考虑，即计算单相接地短路和三相短路两种故障类型流入接地网中的短路电流，通过比较，得出流过接地装置的最大短路电流，作为接地装置热稳定校核的依据[14-15]。由公式4计算得出短路点电流基准值I"j=0.11

2.3.1 单相短路电流

2.3.2 三相短路电流

3 接地装置的热稳定校验

内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司的主干接地线采用80×6的扁钢，则接地线的截面为Sg1=80×6=480mm2，接地材料的热稳定系数C1=70。由前面计算可知，流过接地装置的最大短路电流热稳定值I=22.99kA。内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司继电保护主保护动作无延时，断路器分闸时间t0为40ms，断路器失灵保护动作时间tf为300ms。由前面热稳定校验公式可知，接地引线截面与时间的开方成正比，时间越长所需要的引线截面会越大，计算中考虑到留有一定裕度，因此te取0.56s。将各值带入式（14），可得S=245.77mm2。在未考虑腐蚀时，本厂接地装置满足Sg1>S，即接地装置满足热稳定要求。

4 结束语

本文根据内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司所提供的参数进行短路计算分析，对其接地装置进行了热稳定校验。校验结果该厂的接地装置热稳定满足要求。该研究可为内蒙古地区涉网发变组及变电站接地体装置热稳定性设计与校验提供参考。

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