变电站入地短路电流的计算探讨

任冠民　周　正　李　娟（.国网南阳供电公司，河南 南阳 473000；.国网河南省电力公司经济技术研究院，河南 南阳 473000）

变电站入地短路电流的计算探讨

任冠民1周正2李娟1
（1.国网南阳供电公司，河南 南阳 473000；2.国网河南省电力公司经济技术研究院，河南 南阳 473000）

变电站接地短路电流当经过地网发生流散时，对于接地电位、跨步电势、局部电位差、转移电势等有着直接的影响，同时，对于接地引线以及均压导体截面的选择具有重要的影响，因此非常重要。本文对入地短路电流进行了介绍，阐述了短路电流计算的原则，对变电站入地短路电流的计算进行了探讨。

变电站；入地短路电流；计算

短路电流指的是电力系统在运行过程中，在相和相之间以及相和地之间出现了非正常连接的时候，流过的电流。在电力系统的计算中，短路电流的计算是非常重要的，通过对短路电流的计算，是确定电气的接线方式、选择合适的电气设备、整定继电保护以及校核继电保护的前提。当前，电网规模越来越大，而电网容量也在不断增加，造成了短路电流不断增加，对于电力系统而言，通过接地系统能够确保电力系统的可靠安全运行，对于电气设备以及人员的安全具有保护作用。因此，对于入地短路电流进行计算，是接地网设计的前提。

一、入地短路电流概述

入地短路电流指的是当发生了短路故障的时候，经过地网向地中流散的电流，这部分电流造成了地网的电位升高。如果电网中出现了接地短路电流故障，同时，接地短路故障电流只是一部分电流经过地网入地，而不是全部的短路电流都经过地网入地。入地这部分电流通过地网流散时，一方面使得接地电位升高，同时对于接触电势、转移电势、跨步电势以及局部的电位差的大小都有着非常大的影响，另外一方面，对于接地引线以及均压导体截面的选择有着重要的影响。因此，对于入地电流进行计算是非常重要的。这是因为，当入地电流计算结果过小，那么就会造成接地网的电阻不能满足需要，当发生了短路故障时，非常有可能出现安全危险的问题。有调查显示，我国发生很多起因为接地系统接触电阻没有满足需要出现的事故以及事故扩大的问题。如果当入地电流计算过大时，就会降阻方法，从而使得资源浪费。所以，进行接地电网设计时，对于入地短路故障电流要从经济角度与安全角度进行全面考虑。

二、短路电流计算的原则

短路电流计算过程中，要遵循一定的原则：

1 通过短路电流的计算，对电器以及导体开断电流进行验算，对于电器以及导体的热稳定与动稳定进行验算的过程中，需要工程的计划内容进行计算。通常按照最大的运行方式下，三相短路电流作为基础，例如，对于变电所通常利用两台或者是三台的主变压器的容量进行计算，同时，要对电网的长期规划进行考虑；

2 短路电流进行计算的时候，需要基于有可能发生的最大的短路电流正常接线形式计算。对于短路点的选择，应该是短路电流最大的点。对于某一电压等级的短路电流计算的时候，应该使用平均电压。

3 通常通过三相短路电流对导体以及电器的开断电流、动稳定以及热稳定进行验算。

三、变电站入地短路电流的计算

1 计算避雷线的工频分流系数

根据相关的规范对于工频分流系数进行计算，220kV线路在经过架空输电时，平均土壤的电阻率一般取值为500Ωm，电源的频率为50Hz。变电站电力线的型号是LGJ-185；避雷线的型号是GJ-50；采用两根避雷线，杆塔之间的平均的距离是350m。①计算避雷线对地等价镜像距离；②计算避雷线对于导线的几何平均距离，经计算可得为7.26m；③计算架空输电线路导线和避雷线之间的平均的档距零序感抗为0.33ej81.92°；④计算等价避雷线几何平均半径为8.6×10-7m；⑤计算基杆塔避雷线间平均自序感抗为2.04ej36.98°；⑥发生变电站短路时，计算避雷线工频分流系数为0.4026；⑦当电流外发生短路时，计算避雷线的工频分流系数为0.159。通过上述计算发现，当变电站发生了短路故障电流，那么短路故障电流发生在变电站内时，避雷线的分流系数是0.4026；短路故障电流发生在变电站外时，避雷线的分流系数是0.159。

2 计算变电站的入地短路电流

假设变电站内的最大的短路电视是20kA，由于返回变压器的中性点短路电流是变电站内最大短路电流的15%，因此，变压器中性点的短路电压是20kA的15%，也就是3000A。基于我国电力行业的标准《交流电气装置的接地》DL/T621-1997对于接地短路故障电流按照以下公式进行计算：

I=（Imax-In）（1-kf1）

I=1n（1-kf2）

将上面公式中计算得到的较大的结果，当做是变电站入地短路电流。

其中，I表示的是节点电流，研究是经过地网散流的电流；Imax表示的是变电站的最大的短路电流；In表示的是返回变压器的中性点的短路的电流，这个数值通常是继电保护部门提供的。Kf1表示的是变电站内发生短路时，和变电站接地网连接的避雷线的工频分流的系数；Kf2表示的是变电站外发生短路时，和变电站接地网连接的避雷线的工频分流的系数。

因此，计算该变电站的接地短路电流：

I=（Imax-In）（1-kf1）

=（200000-3000） ×（1-0.4026）

=10161A

3 计算接地体的截面积

基于热稳定条件，当不对腐蚀进行考虑的时候，接地体最小的截面应该满足：

其中，S表示的是接地线最小的截面面积；t表示的是接地故障发生时短路电流持续的时间，选择0.65s；I表示的是经过接地线的短路电流稳定的数值，通过上文的计算，I=10161A；C表示的是接地材料热稳定性的系数，基于材料的种类、材料的性能、材料允许的最高的温度，同时与短路之前的接地线的初始温度共同确定C值。对于钢材来说，其C=70。在上面的计算中，没有考虑腐蚀的影响，钢材截面积最小应该是116mm2，因为实际中存在腐蚀，考虑接地网60年使用寿命，必须要大于上面计算的数值。

结语

随着我国经济的迅猛发展，电力需求越来越大。变电站的升级以及扩容改造已经成为当前电力部门的重要工作。因为变电站的改造使得网络结构改变，而网络结构的改变又影响到变电站的短路电流。因此，对于变电站的短路电流进行计算，对于电网的稳定安全运行具有非常重要的意义。通过变电站接地短路电流的计算，使得短路电流方案能够合理确定，从而获得经济可靠的接线方案。

[1]向铁元，舒乃秋.短路电流计算的分析研究[J].湖北电力，2011，25（04）：11-13.

TM73

A