變電站入地短路電流的計算

李梓豐

摘 ? ?要：我國的經濟正在如火如荼的快速發展之中，變電站入地短路電流的問題關系著變電站的安全，引起了相關設計人員的重視，變電站的入地短路電流作為接地電流的設計基礎，其接地網的電壓、接地的引線等都與短路電流息息相關。變電站導入電流的計算問題關系著變電站的電氣設計，如果計算出現失誤，引發短路故障，則會使電流超出負荷，引起溫度上升，絕緣層發生破壞引起電動力較強，從而破壞設備，造成財產經濟損失。因此，本文將結合實例，對變電站的入地短路電流的計算做出探討。

關鍵詞：變電站;短路電流;入地短路電流

1 ?前言

變電站接地網設計的目的是保障人們的生命財產以及設備安全，在進行變電站的地網設計方案優化中，變短站入地短路電流的計算時接地網的設計基礎，其中主變中性點電流、避雷線分流系數在規劃時也存在明確的計算方法，在工程設計中常常用估算的方法，導致接地設計的計算誤差較大，引發安全隱患，對此，在接地計算時應該考慮均壓問題，確定接地計算的詳細布置方案，并展開對接地網材料的選擇，找出最適合工程的最優接地設計方案。所以，作為變電站設計的基本內容，值得引起相關設計人員的重視。短路電流一般是指電力系統在正常運行時出現了異常，如相和相、地與地的異常連接，設計人員對短路電流的計算就顯得尤為重要，其能幫助確定電路的連接方式以及保護整個繼電系統。隨著我國電網規模的不斷擴大，電網的容量也在不斷上升，所以經常會發生短路電流的故障。為了保障電力系統的安全運行，保護電氣設備的相關工作人員免受傷害，必須在接地網設計時進行入地短路電流的計算，其也是接地網設計的前提。

2 ?入地短路電流的概念

入地短路電流就是由短路故障引起的電流向土壤中擴散，導致電位升高的現象。值得注意的是短路電流只有一小部分電流入地，而不是全部的電流入地。這種現象的發生不僅導致了接地電位升高影響了電位差，而且對地面的引線和導體都造成破壞。所以，計算入地短路電流非常重要。如果計算出來的結果相對較小，就說明了地網電阻無法滿足需求，短路故障的發生就會導致造成安全隱患。如果計算結果偏大，就說明電網的設計造成了資源浪費。據研究，我國曾經發生過多起類似事故。所以對于變電站的電氣設計應該考慮全面。在入地故障電流結果地網流散時，不僅會對接地電位、轉移電勢以及局部電位差的大小造成影響，還將影響接地引線與均壓導體截面的選擇。從安全、經濟的角度來說要準確計算入地短路故障電流，變電站和發電廠發生接地短路電流時，按照分流系數與故障的計算原則，按單相短路電流最大的等級電壓接出線來計算相應的分流系數以及入地故障電流。

3 ?變電站入地短路電流的計算

3.1 ?短路電流的計算原則

在對變電站入地電流進行計算時，不能盲目行事，需要遵守以下原則：（1）對短路電流進行計算時，應該先計算電氣的開斷電流，有計劃的對工程具體內容進行核算，通常還要計算電氣的熱、動穩定以及主變壓器的容量，在計算過程中應該考慮到變電站電網的長期發展進行合理設計。（2）對短路電流最大點的正常接線形式的計算，在選擇短路電流的計算點時，應該選擇電流的最大點，這樣有利于預測最有可能發生短路電流的接線形式。而對電壓等級進行計算時，要選擇平均電壓。（3）一般來說三相短路電流是發電站最大運行時的基本表現形式，所以要通過其對電氣的動、熱穩定進行計算。

3.2 ?入地短路電流的計算

由上文可知入地短路電流是指系統發生短路故障后由地網散流，導致地網電流不斷升高的現象。短路發生之后電流其中一部分入地，另一部分由地網連接著的避雷線導入地，以220KV的變電站為例，根據我國制定的相關標準，其短路電流計算公式為：

（1）I=（Imax-In）（1-Ke1） ?（2）I=In（1-Ke1）

在此公式中，取數值大的作為變電站入地短路電流，I指的就是入地短路電流;Imax代表了變電站最大的入地短路電流;In代表了短路時的變電站中性點的接地短路電流;Ke1為變電站內短路發生時分往避雷設備的電流系數。Ke2即為站外短路分往避雷設備的電流系數。短路電流達到峰值的接地短路是不對稱的，所以在計算最大接地短路時要根據具體情況設計計算。值得注意的是，在進行計算時一般取接地網內的短路電流系數為0.5，接地網外的電流系數為0.1。由于不同的取值對計算結果的影響較大，所以在施工之前的圖紙上就要用專用軟件進行精確計算。

4 ?地網的優化設計

地網一般有水平和垂直地極組成，水平地級有兩種布置方法，（1）等間距的布置方法。這種方法會使電位的分布不均勻，無法滿足需求，容易造成安全隱患。（2）不等間距的布置方法。這種方法也有分配不均的現象，使得兩邊的散流比中間的要強，但是在節約資源和成本的角度來看，不等間距設計方案比較有優勢。所以在地網的安裝上要根據實際情況進行設計。比如說220kV的變電在進行地網設計時，要綜合考慮變電站的實際電網面積和土地的電阻率，假設地網面積為96[×]60m2，土壤的電阻率為35Ω?m左右時，水平接地極采用-80[×]6的扁鋼，當等間距布置無法滿足電壓要求時，從安全和材料節約的角度考慮要采用不等間距的方案有更多的優勢。

5 ?接地材料的選擇

當前變電站在接地設計中選擇的材料主要有三種類型，包括熱鍍鋅扁鋼、銅覆鋼和鋼材。熱鍍鋅鋼鋼材材料的熱穩定系數最低為70，根據熱穩定的計算公式，最小截面面積為283mm2，銅的熱穩定系數最高為210，最小截面面積為94mm2，考慮到腐蝕現象，三種接地材料有有一定的裕度，按照全壽命周期理論，展開對三種材料的經濟性分析，能夠發現銅覆鋼既有著銅材耐腐蝕性的優勢，還能節約銅材材料，降低經濟成本，主要技術指標介于銅材與鍍鋅鋼材之間，且比鍍鋅鋼材有較大優勢，最為接地材料，銅覆鋼在初期的投資中雖然相對于鍍鋅鋼材更高，但是從全壽命周期來說看，銅覆鋼的經濟性更強，能夠有效保障接地材料性質的同時，降低成本，提高經濟價值。

6 ?小結

綜上所述，我國的經濟發展勢頭迅猛，無論是經濟發展的要求上，還是人們的生活需要上，電力需要越來越大，變電站作為提供電力的主要設備，其在不斷升級和改造中滿足這經濟發展的需要。以此同時變電站的改造影響了電氣系統的結構和入地短路電流。對于變電站入地電流的計算關系著電網的穩定運行，同時也關系著電網的運行安全，對接地短路電流的計算不僅能夠確定變電站電氣系統的設計方法，還能作為保護和校驗電氣設備的重要依據，從而影響到對電氣設備的選擇和繼電器的校驗。通過對接地短路電流的計算能夠使得設計人員制定合理的接線方案，從而促進我國電網結構的發展。

參考文獻：

[1] 張智勇，常鵬，李陽，余金，赫沖.變電站短路電流計算及應用[J].電氣時代，2018（6）：80～82.

[2] 昝晶晶，韓曉罡.接地網入地短路電流計算分析[J].科技創新導報，2018（10）：78～80+82.

[3] 楊凌霜，鄒家勇，余波.福州特高壓變電站短路電流分流系數計算與分析[J].四川電力技術，2017（5）：22～26+72.