特高压变电站短路电流直流分量对接地网设计的影响

发布时间：2019-11-11 22:43

【摘要】：特高压变电站系统短路电流直流分量衰减时间常数较常规变电站大,使得短路电流中的直流分量衰减缓慢,从而影响接地网的设计。首先对衰减时间常数取值进行了研究,提出在接地设计时直流分量衰减时间常数应按150 ms考虑。在此基础上,采用公式计算和软件仿真方法研究了短路电流直流分量对接地网导体选择、人身安全校验及避雷器反击的影响。研究结果表明:当考虑直流分量时,接地导体截面将较不考虑直流分量时增加约20%,同时,由于故障入地电流中含有直流分量,使得地电位升高及电击机理不同,会导致等效电击电流增大1倍,大大增加运行人员触电危险。另外,直流分量导致的地电位升高还会增加站内低压避雷器反击概率,在极端情况下,10 kV低压避雷器反击时需要吸收的能量高达282 kJ,从而导致避雷器发生爆炸等严重事故。因此,在特高压变电站接地网设计时应充分考虑上述影响,根据可能出现的直流分量及其衰减时间改进接地网设计。
【图文】：

邹家勇，余波，包维瀚，等：特高压变电站短路电流直流分量对接地网设计的影响1623虑，直流分量起始值取最大值，可得短路时的电流波形如图1所示。由图1可知，在最严重工况出现短路时，直流分量起始值等于对称交流分量峰值，且由于衰减时间常数大，此时直流分离的衰减已非常缓慢。很显然，其在短路故障持续过程中所产生的影响不能忽略。2直流分量对接地导体选择的影响变电站内发生单相接地短路时，短路电流全部从设备接地引下线流过。由于短路时电流极大，会产生很大的热量，而短路持续时间很短，热量来不及向周围的介质扩散，因此短路时接地导体的温度会急剧升高。若接地体截面选择不合理，就会造成接地体熔断，从而带来安全隐患。设计单位在进行接地设计时，需根据流过接地体的短路电流及持续时间选择接地导体截面，设计规程推荐的截面计算式如式(1)所示。实际设计时，往往认为直流分量很快衰减，将式(1)中的Ig直接选为短路电流周期交流分量有效值。而由式(1)可知，当衰减常数较大时，直流分量的发热贡献不可忽略。因此，设计时正确的做法是参考IEEEStd80标准中的规定。定义f2ff0f1()dtIittt=∫(2)式中：if为非对称故障短路电流；If为非对称故障电流有效值；tf为短路电流持续时间。在进行热稳定校验时，应用式(1)中If替代短路电流对称分量有效值Ig。考虑最严重的情况，令式(1)中αθ=π/2，直流分量取最大值，并将式(1)代入式(2)，可得fff1(1exp(2/))aaTIItTt=+(3)按特高压变电站接地导体选择原则，短路电流持续时间tf=0.35s，，衰减时间Tα=150ms，代入(3)式可得If=1.194I，即短路时，考虑直流分量的影响，等效电流增大约20%，按GB/T50065选择导体

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