携带型短路接地线截面积选择与热稳定校核

陈 敏

（国家能源集团江西电力有限公司万安水力发电厂，江西 吉安 343800）

1 引言

携带型短路接地线是将已停电设备临时短路接地用的一种安全用具，其作为保障检修人员作业安全的一道安全屏障，应正确选择并经检验合格。携带型短路接地线应根据电力系统实际较大短路容量选择，根据《电业安全工作规程》（发电厂和变电所电气部分）第7.3.10 条规定：“接地线应用多股软裸铜线，其截面应符合短路电流的要求，但不得小于25 mm2。”

携带型短路接地线应能承受悬挂点的最大短路电流，而不致对工作人员造成伤害，在发电厂现场使用时，因不同的接地线装设点其最大运方下最大短路电流也会有所不同，所选取的携带型短路接地线也会有差别。

本文选取我厂2 个短路接地悬挂点为例，通过悬挂点处最大短路电流计算核算选择短路接地线截面，并对所选接地线热稳定进行校核，仅供同行参考。

2 短路电流计算

在电力系统中，可能发生的短路类型有三相短路、两相短路和单相接地短路等；根据电路系统运行经验表明，在各种类型的短路中，单相接地故障占大多数，三相短路最少，但三相短路的情况最严重；因此，我们通常采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

下面以3 号主变高低压侧两侧三相短路为例。

2.1 3 号主变低压侧支路三相短路电流

图1 所示为3 号主变低压侧支路三相短路阻抗等效电路，因为系统容量远大于机组容量，在进行短路计算时，忽略机端厂变支路电抗，此简化对计算精度影响很小，Xs 取最大运方下系统归算至220 kV母线电抗值。

图1 3 号主变低压侧支路三相短路阻抗等效电路

通常，电力系统中会存在多级电压，在短路计算时，为方便计算，需统一基准，常采用标幺值进行计算，一般取基准容量100 MVA，220 kV 母线基准电压230 kV，机端基准电压15.75 kV，考虑到短路计算过程的复杂和准确性，在短路计算中使用Excel 表格公式计算是个不错的方法。

相关铭牌参数及计算参数见表1。

表1 3 号主变低压侧三相短路相关参数

根据上表计算结果，发电机提供的三相短路电流Ik1=Ik1*×IB=18.113 6 kA，主变提供三相短路电流Ik2=Ik2*×IB=26.331 8 kA。

当3 号主变低压侧支路发生三相短路时，三相短路电流约为44.45 kA。

2.2 3 号主变高压侧三相短路电流

图2 所示为3 号主变高压侧三相短路阻抗等效电路，3 号主变高压侧最大三相短路电流，即母线三相短路电流为各机组运行，系统最大运方情况下，母线短路时最大三相短路电流；因涉及支路较多，下面以3 号主变支路为例计算Ik1，其它支路计算过程类似。

图2 3 号主变高压侧三相短路阻抗等效电路

相关铭牌参数及计算参数见表2。

表2 3 号主变高压侧三相短路相关参数

假设等效电路图中2 号主变中压测所在支路总阻抗为XA，2 号主变低压侧所在支路总阻抗为XB；2 号主变支路阻抗X（2B）=XA//XB+Xt（2B高）；

式中：XA=Xd"（1F）+Xt（1B）+Xt（2B中）；

XB=Xd"（2F）+Xt（2B低）。

则XA//XB=（XA×XB）/（XA+XB）=0.1367，

X（2B）=0.149 7

根据上表计算结果，2 号主变提供的三相短路电流Ik1=Ik1*×IB=1.677 4 kA。

各支路计算过程类似，略过，其他支路计算结果见表3。

表3 3 号主变高压侧三相短路各支路电流

以上计算按各支路分别计算，也可计算总的等效阻抗，对于3 个及以上支路并联电路，为了方便计算，可引入导纳Y计算，，具体计算情况见表4。

表4 3 号主变高压侧三相短路总阻抗计算

3 短路接地线截面积选择

根据《携带型短路接地线标准技术》附录A 内容，短路接地线截面、熔化电流、承受时间之间关系可用奥迪道克(I.E.Ondendonks)公式阐述：

式中：Im——熔化电流值，A；

A——接地线截面，圆密尔，将A（圆密尔）换算为S（mm2），A=1 973.53S；

Tm——金属的熔化温度，铜制接地线取1 083 ℃；

Ta——环境温度，此处取40 ℃；

t——承受电流的时间，s。

上式可简化为：

理论上，为充分考虑裕度，以额定短路电流I乘以系数确定熔化电流，并以此来估算携带型短路接地线需要的截面积，系数取1.08～1.15。考虑最小短路接地截面，取下限值1.08，则：

短路接地线截面的选择与接地点最大短路电流和承受此短路电流的时间有关，下面还是以3 号主变高低压侧两个短路线装设点为例计算其应选择的接地线截面积。

根据主保护动作时间及开关分闸时间确定接地线承受短路电流时间可取80 ms，3 主号变低压侧最小应选用50 mm2的接地线，对于3 号主变高压侧使用16 mm2就可以满足使用需求。

各短路电流承受时间下的计算结果见表5。

表5 3 号主变高低压侧接地线截面积计算单位：mm2

根据规程规定，16 mm2只用于500 V 以下的线路和绝缘架空线上，发电厂用携带型短路接地线最小应选用25 mm2软裸铜线，而我厂使用的接地线均为三组35 mm2携带型短路接地线（105 mm2），满足使用要求。

4 接地线（装置）热稳定校核

携带型短路接地线截面积选择和校核可利用奥迪道克公式校核，另外DL/T 621《交流电气装置的接地》也对接地装置的热稳定校验给出了方法，根据《交流电气装置的接地》附录C 接地装置的热稳定校验，同样也可以验证我们选择的接地线是否符合现场实际。

根据热稳定条件，接地线（装置）完好，不考虑腐蚀情况，接地最小截面积应符合下式要求，即:

式中：Sg——接地线的最小截面，mm2；

Ig——流过接地线的最大接地故障不对称电流有效值，A；

C——接地导体材料的热稳定系数，钢材料取70，铜材料取249；

te——接地故障的等效持续时间（te≥tm+tf+to，式中tm为主保护动作时间，40 ms 左右；tf断路器失灵保护动作时间，0.5 s；to断路器开断时间30 ms）。

此处Ig取接地点单相接地短路电流，这里以220 kV 母线单相接地故障叙述短路计算过程，通过计算，判断目前选用的携带型短路接地线和接地装置热稳定是否合格。

各序等效电路参考图2，正序阻抗结果参照表4结果；发电机负序阻抗取1.22Xd"（参考《电力系统短路》苏联C.A.乌里扬洛夫 著，张钟俊 译）；变压器负序阻抗等于正序阻抗；发电机零序阻抗为零，变压器零序阻抗取0.9Xt（参考《变压器零序阻抗工程计算法》李文平,《变压器》1998 年第11 期）。

根据表6 中220 kV 单相接地短路各序分量计算值，绘制其复合序网图，如图3 所示。

表6 220 kV 单相接地短路各序分量单位：Ω

图3 220 kV 单相接地短路复合序网图

实际我厂运行过程中1 号、2 号、3 号主变中性点直接接地，4 号主变中性点间隙接地，这里计算结果未剔除4 号主变零序分量，因为其对计算结果影响较小，则：

I1*=I2*=I0*=1/(∑X1+∑X2+∑X0)=18.386 1

此时计算值还为标幺值，所以

Ik=3I0=3I*IB=13.85 kA，220 kV 基 准 电 压IB=0.251 0 kA；

式中，te时间小于1 s，这里充分考虑裕度，取1 s计算。

我厂使用的接地线均为三组35 mm2携带型短路接地线（105 mm2），所以满足使用要求;同样也能验证我厂220 kV 开关站内接地引下线(6×60 mm2钢材料),计算最小截面要求为200 mm2，也是满足要求的。

5 结语

携带型短路接地线作为是一项重要的电气安全技术措施，是保护检修人员的一道安全屏障，其性能对接地系统的可靠性具有重要意义，通过热稳定计算，让运行管理人员掌握其运行性能，有效避免隐患发生，在地区短路容量发生变化时，应及时对接地线（装置）的热稳定进行校核。

参考文献：

[1] 中华人民共和国电力工业部．交流电气装置的接地：DL/T 621-1997[S] ，1997．

[2] 中华人民共和国能源部．携带型短路接地线标准技术：SD 332-89[S] ，1989．

[3] 李瑞荣．短路电流实用计算[M]．北京：中国电力出版社，2003．

[4] 李文平．变压器零序阻抗工程计算法[J]．变压器，1998（11）．

[5] 乌里扬洛夫C A．电力系统短路[M]．张钟俊，译．北京：中国工业出版社，1963．