刘巴足35 kV变电站接地网改造设计和仿真分析

孙亚宏(西山煤电集团 西铭矿，山西 太原 030053)

刘巴足35 kV变电站接地网改造设计和仿真分析

孙亚宏
(西山煤电集团 西铭矿，山西 太原 030053)

刘巴足35 kV变电站的接地网系统由于运行年长，接地网腐蚀情况严重，接地电阻值偏大，因此需要对接地网进行改造，改造施工前对35 kV变电站的土壤环境、接地电阻和接地网热稳定性进行了分析计算，最后运用电磁暂态仿真软件PSCAD构建了35 kV变电站的接地电阻仿真模型，模拟了变电站使用不同接地材料下接地电阻情况，通过分析计算35 kV变电站接地网各项数据和模拟接地网运行情况，有效保障了变电站接地网改造工程实施的可靠性，对变电站接地网合理布置和改造更换具有指导作用。

接地网；接地电阻；接地材料；仿真模拟

1 35 kV变电站概况和改造工程分析

刘巴足35 kV变电站位于太原西山地区，由于变电站位置处山区地带，又是含石砂土回填区内，所以变电站内土壤电阻率偏大，根据实际测量，平均土壤电阻率ρ=400 Ω·m，由于变电站接地网运行时间较长，主接地网接地电阻值由原来的1.9 Ω增加到10.7 Ω，说明35 kV变电站的接地网已经受土壤腐蚀严重，原来埋入的土壤降阻剂失效，甚至已经发生断裂，急需对变电站接地网进行改造更换。刘巴足35 kV变电站占地面积为110 m×95 m，经过土壤电阻率现场实地测试可得，变电站的东侧土壤电阻率高于西侧，同时由于下层土壤回填土是片石，土壤电阻率比上层土壤高，不宜采用深井式接地极降阻，因此在变电站接地网施工以及仿真建模过程中要有效利用变电站现场土壤特质。为了精确合理地设置35 kV变电站接地网的电阻值，在改造实施前，对该变电站进行了实际勘察和仿真建模，对不同材料的接地网电阻值进行了仿真分析。变电站由于运行时间较长，站内设备、建筑和道路的位置固定不变，在设计接地网位置时既要有效利用低土壤电阻率的区域又要合理避让站内设备和建筑。

2 35 kV变电站接地网改造设计和数据计算

2.1接地电阻比较分析和改造方法

在35 kV变电站中，若变电站内入接地网产生短路电流，根据GB/T 50065-2011此时变电站内避雷线工频分流系数参考取值Kf1=0.55；若在变电站接地网外产生短路电流时，此时变电站内避雷线工频分流系数参考取值Kf2=0.1；经过计算，刘巴足35 kV变电站的最大单相接地短路电流Imax=7.31 kA；主变的中性点接地短路电流Im=2.26 kA.

根据变电站入地短路电流公式：I=(Imax-Im)(1 -Kf1)或I=In(1 -Kf2)

因此：I=(Imax-Im)×(1-Kf1)=2 272 A或I=In(1-Kf2)=2 034 A

考虑到今后随着电网的发展会增大电网入地短路电流，因此流入接地网的电流按2 500 A取值。按GB/T 50065-2011规程要求计算接地网的接地电阻应满足公式R≤2 000/I

因此，R规=2 000/I=2 000/2 500=0.8 Ω

根据变电站现场土壤情况和接地网场地设置环境，变电站的接地电阻估算值为：

由于R估>R规及变电站现场土壤和场地环境限制，为了更好地降低接地网电阻值和保持长效降阻效果，需要对原来的接地网进行扩充将接地网延伸扩大到变电站场地外，受场地限制只能将变电站南侧向外接地网延伸30 m，同时为了降低土壤电阻率需要施加高效彭润石墨降阻剂。

2.2接地网主干线热稳定性计算校验

3 仿真计算变电站接地网

3.1变电站接地网建模设置

此次建模利用了电磁暂态仿真软件PSCAD对变电站接地网的降阻情况进行仿真模拟和计算，35 kV变电站的建模情况见图1.

图1 35 kV变电站场地建模示意图

在接地网材料选择设置上选取了新型接地材料纳米离子石墨棒和铜覆钢绞线为测试方案1，又选取了传统接地材料扁钢和铜棒作为测试方案2，分别对两种材质的接地网进行仿真测试，实验材料统计见表1.

3.2建模仿真计算变电站接地网电阻值

以有限元分析ANSYS 软件和电磁暂态仿真软件PSCAD为工具，对两组以不同接地材料组建的接地网，进行了接地电阻计算，接地网的仿真结果见图2.

表1 35 kV变电站接地网建模材料对照统计表

图2 35 kV变电站接地网建模仿真结果图

由图2可知，传统材料铜棒和扁铁组成的接地网因为扁铁受土壤腐蚀、土壤湿度和季节变化因素等影响，变电站接地网的电阻值产生很大波动，而由纳米离子石墨棒和铜覆钢绞线组成的新型接地网，电阻值稳定，幅度变化小且能够保持较低的接地电阻值。因此，在改造施工过程中优先选用耐腐蚀抗扰动的新型接地材料。

4 变电站接地网改造施工后效果

变电站改造施工完成后，对接地电阻值进行验收测量，其测量结果见表2.

表2 接地网改造前后接地电阻对照统计表

由表2可知，35 kV变电站在改造后接地电阻明显下降，符合设计计算预期效果。根据设计时的建模仿真结果，本次接地网改造选用了纳米离子石墨棒和铜覆钢绞线作为主要接地材料，使用后1年内每季度进行测量，接地网的每次测量接地电阻值仍旧保持在0.72 Ω，且开挖检查未发现有任何腐蚀锈斑点，说明新型接地材料其性状稳定能够长时间保持低阻值状态，符合设计时建模仿真测试结果预期。

5 结 论

通过对刘巴足35 kV变电站接地网改造设计的仿真分析，有效保障了变电站接地网改造工程实施的可靠性，对变电站今后施工和新材料应用方面提供了可行的分析及验算的方法，同时为今后同类型变电站接地网的设计和分析提供了参考。

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DesignandSimulationAnalysisonGroundingNetworkinLiubazu35kVPowerSubstation

SUNYahong

Due to the years operation, the grounding system in Liubazu 35 kV substation network has being corroded seriously, the Resistance became larger than permission, so the transformation work is critically needed for grounding network. Before the engineering, surrounding soil environment, grounding Resistance ratio and grounding heat stability are studied. The next step is to set up the simulation model with software of PSCAD, which simulates the grounding Resistance of the substation under different grounding materials. By analyzing and calculating the data, the transformation scheme is verified, which guarantee the reliability, and provide guidance in grounding grid transformation.

Grounding network; Grounding resistance; Grounding material; Simulation

·试验研究·

2017-07-21

孙亚宏(1987—)，女，河南商水人，2011年毕业于太原理工大学，主要从事电气运行管理工作，(E-mail)438232964@qq.com

TD612

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1672-0652(2017)10-0023-03