变电站入地短路电流的计算

李梓丰

摘    要：我国的经济正在如火如荼的快速发展之中，变电站入地短路电流的问题关系着变电站的安全，引起了相关设计人员的重视，变电站的入地短路电流作为接地电流的设计基础，其接地网的电压、接地的引线等都与短路电流息息相关。变电站导入电流的计算问题关系着变电站的电气设计，如果计算出现失误，引发短路故障，则会使电流超出负荷，引起温度上升，绝缘层发生破坏引起电动力较强，从而破坏设备，造成财产经济损失。因此，本文将结合实例，对变电站的入地短路电流的计算做出探讨。

关键词：变电站;短路电流;入地短路电流

1  前言

变电站接地网设计的目的是保障人们的生命财产以及设备安全，在进行变电站的地网设计方案优化中，变短站入地短路电流的计算时接地网的设计基础，其中主变中性点电流、避雷线分流系数在规划时也存在明确的计算方法，在工程设计中常常用估算的方法，导致接地设计的计算误差较大，引发安全隐患，对此，在接地计算时应该考虑均压问题，确定接地计算的详细布置方案，并展开对接地网材料的选择，找出最适合工程的最优接地设计方案。所以，作为变电站设计的基本内容，值得引起相关设计人员的重视。短路电流一般是指电力系统在正常运行时出现了异常，如相和相、地与地的异常连接，设计人员对短路电流的计算就显得尤为重要，其能帮助确定电路的连接方式以及保护整个继电系统。随着我国电网规模的不断扩大，电网的容量也在不断上升，所以经常会发生短路电流的故障。为了保障电力系统的安全运行，保护电气设备的相关工作人员免受伤害，必须在接地网设计时进行入地短路电流的计算，其也是接地网设计的前提。

2  入地短路电流的概念

入地短路电流就是由短路故障引起的电流向土壤中扩散，导致电位升高的现象。值得注意的是短路电流只有一小部分电流入地，而不是全部的电流入地。这种现象的发生不仅导致了接地电位升高影响了电位差，而且对地面的引线和导体都造成破坏。所以，计算入地短路电流非常重要。如果计算出来的结果相对较小，就说明了地网电阻无法满足需求，短路故障的发生就会导致造成安全隐患。如果计算结果偏大，就说明电网的设计造成了资源浪费。据研究，我国曾经发生过多起类似事故。所以对于变电站的电气设计应该考虑全面。在入地故障电流结果地网流散时，不仅会对接地电位、转移电势以及局部电位差的大小造成影响，还将影响接地引线与均压导体截面的选择。从安全、经济的角度来说要准确计算入地短路故障电流，变电站和发电厂发生接地短路电流时，按照分流系数与故障的计算原则，按单相短路电流最大的等级电压接出线来计算相应的分流系数以及入地故障电流。

3  变电站入地短路电流的计算

3.1  短路电流的计算原则

在对变电站入地电流进行计算时，不能盲目行事，需要遵守以下原则：（1）对短路电流进行计算时，应该先计算电气的开断电流，有计划的对工程具体内容进行核算，通常还要计算电气的热、动稳定以及主变压器的容量，在计算过程中应该考虑到变电站电网的长期发展进行合理设计。（2）对短路电流最大点的正常接线形式的计算，在选择短路电流的计算点时，应该选择电流的最大点，这样有利于预测最有可能发生短路电流的接线形式。而对电压等级进行计算时，要选择平均电压。（3）一般来说三相短路电流是发电站最大运行时的基本表现形式，所以要通过其对电气的动、热稳定进行计算。

3.2  入地短路电流的计算

由上文可知入地短路电流是指系统发生短路故障后由地网散流，导致地网电流不断升高的现象。短路发生之后电流其中一部分入地，另一部分由地网连接着的避雷线导入地，以220KV的变电站为例，根据我国制定的相关标准，其短路电流计算公式为：

（1）I=（Imax-In）（1-Ke1）  （2）I=In（1-Ke1）

在此公式中，取數值大的作为变电站入地短路电流，I指的就是入地短路电流;Imax代表了变电站最大的入地短路电流;In代表了短路时的变电站中性点的接地短路电流;Ke1为变电站内短路发生时分往避雷设备的电流系数。Ke2即为站外短路分往避雷设备的电流系数。短路电流达到峰值的接地短路是不对称的，所以在计算最大接地短路时要根据具体情况设计计算。值得注意的是，在进行计算时一般取接地网内的短路电流系数为0.5，接地网外的电流系数为0.1。由于不同的取值对计算结果的影响较大，所以在施工之前的图纸上就要用专用软件进行精确计算。

4  地网的优化设计

地网一般有水平和垂直地极组成，水平地级有两种布置方法，（1）等间距的布置方法。这种方法会使电位的分布不均匀，无法满足需求，容易造成安全隐患。（2）不等间距的布置方法。这种方法也有分配不均的现象，使得两边的散流比中间的要强，但是在节约资源和成本的角度来看，不等间距设计方案比较有优势。所以在地网的安装上要根据实际情况进行设计。比如说220kV的变电在进行地网设计时，要综合考虑变电站的实际电网面积和土地的电阻率，假设地网面积为96[×]60m2，土壤的电阻率为35Ω?m左右时，水平接地极采用-80[×]6的扁钢，当等间距布置无法满足电压要求时，从安全和材料节约的角度考虑要采用不等间距的方案有更多的优势。

5  接地材料的选择

当前变电站在接地设计中选择的材料主要有三种类型，包括热镀锌扁钢、铜覆钢和钢材。热镀锌钢钢材材料的热稳定系数最低为70，根据热稳定的计算公式，最小截面面积为283mm2，铜的热稳定系数最高为210，最小截面面积为94mm2，考虑到腐蚀现象，三种接地材料有有一定的裕度，按照全寿命周期理论，展开对三种材料的经济性分析，能够发现铜覆钢既有着铜材耐腐蚀性的优势，还能节约铜材材料，降低经济成本，主要技术指标介于铜材与镀锌钢材之间，且比镀锌钢材有较大优势，最为接地材料，铜覆钢在初期的投资中虽然相对于镀锌钢材更高，但是从全寿命周期来说看，铜覆钢的经济性更强，能够有效保障接地材料性质的同时，降低成本，提高经济价值。

6  小结

综上所述，我国的经济发展势头迅猛，无论是经济发展的要求上，还是人们的生活需要上，电力需要越来越大，变电站作为提供电力的主要设备，其在不断升级和改造中满足这经济发展的需要。以此同时变电站的改造影响了电气系统的结构和入地短路电流。对于变电站入地电流的计算关系着电网的稳定运行，同时也关系着电网的运行安全，对接地短路电流的计算不仅能够确定变电站电气系统的设计方法，还能作为保护和校验电气设备的重要依据，从而影响到对电气设备的选择和继电器的校验。通过对接地短路电流的计算能够使得设计人员制定合理的接线方案，从而促进我国电网结构的发展。

参考文献：

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