攜帶型短路接地線截面積選擇與熱穩定校核

陳 敏

（國家能源集團江西電力有限公司萬安水力發電廠，江西 吉安 343800）

1 引言

攜帶型短路接地線是將已停電設備臨時短路接地用的一種安全用具，其作為保障檢修人員作業安全的一道安全屏障，應正確選擇并經檢驗合格。攜帶型短路接地線應根據電力系統實際較大短路容量選擇，根據《電業安全工作規程》（發電廠和變電所電氣部分）第7.3.10 條規定：“接地線應用多股軟裸銅線，其截面應符合短路電流的要求，但不得小于25 mm2。”

攜帶型短路接地線應能承受懸掛點的最大短路電流，而不致對工作人員造成傷害，在發電廠現場使用時，因不同的接地線裝設點其最大運方下最大短路電流也會有所不同，所選取的攜帶型短路接地線也會有差別。

本文選取我廠2 個短路接地懸掛點為例，通過懸掛點處最大短路電流計算核算選擇短路接地線截面，并對所選接地線熱穩定進行校核，僅供同行參考。

2 短路電流計算

在電力系統中，可能發生的短路類型有三相短路、兩相短路和單相接地短路等；根據電路系統運行經驗表明，在各種類型的短路中，單相接地故障占大多數，三相短路最少，但三相短路的情況最嚴重；因此，我們通常采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設備的穩定性。

下面以3 號主變高低壓側兩側三相短路為例。

2.1 3 號主變低壓側支路三相短路電流

圖1 所示為3 號主變低壓側支路三相短路阻抗等效電路，因為系統容量遠大于機組容量，在進行短路計算時，忽略機端廠變支路電抗，此簡化對計算精度影響很小，Xs 取最大運方下系統歸算至220 kV母線電抗值。

圖1 3 號主變低壓側支路三相短路阻抗等效電路

通常，電力系統中會存在多級電壓，在短路計算時，為方便計算，需統一基準，常采用標幺值進行計算，一般取基準容量100 MVA，220 kV 母線基準電壓230 kV，機端基準電壓15.75 kV，考慮到短路計算過程的復雜和準確性，在短路計算中使用Excel 表格公式計算是個不錯的方法。

相關銘牌參數及計算參數見表1。

表1 3 號主變低壓側三相短路相關參數

根據上表計算結果，發電機提供的三相短路電流Ik1=Ik1*×IB=18.113 6 kA，主變提供三相短路電流Ik2=Ik2*×IB=26.331 8 kA。

當3 號主變低壓側支路發生三相短路時，三相短路電流約為44.45 kA。

2.2 3 號主變高壓側三相短路電流

圖2 所示為3 號主變高壓側三相短路阻抗等效電路，3 號主變高壓側最大三相短路電流，即母線三相短路電流為各機組運行，系統最大運方情況下，母線短路時最大三相短路電流；因涉及支路較多，下面以3 號主變支路為例計算Ik1，其它支路計算過程類似。

圖2 3 號主變高壓側三相短路阻抗等效電路

相關銘牌參數及計算參數見表2。

表2 3 號主變高壓側三相短路相關參數

假設等效電路圖中2 號主變中壓測所在支路總阻抗為XA，2 號主變低壓側所在支路總阻抗為XB；2 號主變支路阻抗X（2B）=XA//XB+Xt（2B高）；

式中：XA=Xd"（1F）+Xt（1B）+Xt（2B中）；

XB=Xd"（2F）+Xt（2B低）。

則XA//XB=（XA×XB）/（XA+XB）=0.1367，

X（2B）=0.149 7

根據上表計算結果，2 號主變提供的三相短路電流Ik1=Ik1*×IB=1.677 4 kA。

各支路計算過程類似，略過，其他支路計算結果見表3。

表3 3 號主變高壓側三相短路各支路電流

以上計算按各支路分別計算，也可計算總的等效阻抗，對于3 個及以上支路并聯電路，為了方便計算，可引入導納Y計算，，具體計算情況見表4。

表4 3 號主變高壓側三相短路總阻抗計算

3 短路接地線截面積選擇

根據《攜帶型短路接地線標準技術》附錄A 內容，短路接地線截面、熔化電流、承受時間之間關系可用奧迪道克(I.E.Ondendonks)公式闡述：

式中：Im——熔化電流值，A；

A——接地線截面，圓密爾，將A（圓密爾）換算為S（mm2），A=1 973.53S；

Tm——金屬的熔化溫度，銅制接地線取1 083 ℃；

Ta——環境溫度，此處取40 ℃；

t——承受電流的時間，s。

上式可簡化為：

理論上，為充分考慮裕度，以額定短路電流I乘以系數確定熔化電流，并以此來估算攜帶型短路接地線需要的截面積，系數取1.08～1.15。考慮最小短路接地截面，取下限值1.08，則：

短路接地線截面的選擇與接地點最大短路電流和承受此短路電流的時間有關，下面還是以3 號主變高低壓側兩個短路線裝設點為例計算其應選擇的接地線截面積。

根據主保護動作時間及開關分閘時間確定接地線承受短路電流時間可取80 ms，3 主號變低壓側最小應選用50 mm2的接地線，對于3 號主變高壓側使用16 mm2就可以滿足使用需求。

各短路電流承受時間下的計算結果見表5。

表5 3 號主變高低壓側接地線截面積計算單位：mm2

根據規程規定，16 mm2只用于500 V 以下的線路和絕緣架空線上，發電廠用攜帶型短路接地線最小應選用25 mm2軟裸銅線，而我廠使用的接地線均為三組35 mm2攜帶型短路接地線（105 mm2），滿足使用要求。

4 接地線（裝置）熱穩定校核

攜帶型短路接地線截面積選擇和校核可利用奧迪道克公式校核，另外DL/T 621《交流電氣裝置的接地》也對接地裝置的熱穩定校驗給出了方法，根據《交流電氣裝置的接地》附錄C 接地裝置的熱穩定校驗，同樣也可以驗證我們選擇的接地線是否符合現場實際。

根據熱穩定條件，接地線（裝置）完好，不考慮腐蝕情況，接地最小截面積應符合下式要求，即:

式中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的最大接地故障不對稱電流有效值，A；

C——接地導體材料的熱穩定系數，鋼材料取70，銅材料取249；

te——接地故障的等效持續時間（te≥tm+tf+to，式中tm為主保護動作時間，40 ms 左右；tf斷路器失靈保護動作時間，0.5 s；to斷路器開斷時間30 ms）。

此處Ig取接地點單相接地短路電流，這里以220 kV 母線單相接地故障敘述短路計算過程，通過計算，判斷目前選用的攜帶型短路接地線和接地裝置熱穩定是否合格。

各序等效電路參考圖2，正序阻抗結果參照表4結果；發電機負序阻抗取1.22Xd"（參考《電力系統短路》蘇聯C.A.烏里揚洛夫 著，張鐘俊 譯）；變壓器負序阻抗等于正序阻抗；發電機零序阻抗為零，變壓器零序阻抗取0.9Xt（參考《變壓器零序阻抗工程計算法》李文平,《變壓器》1998 年第11 期）。

根據表6 中220 kV 單相接地短路各序分量計算值，繪制其復合序網圖，如圖3 所示。

表6 220 kV 單相接地短路各序分量單位：Ω

圖3 220 kV 單相接地短路復合序網圖

實際我廠運行過程中1 號、2 號、3 號主變中性點直接接地，4 號主變中性點間隙接地，這里計算結果未剔除4 號主變零序分量，因為其對計算結果影響較小，則：

I1*=I2*=I0*=1/(∑X1+∑X2+∑X0)=18.386 1

此時計算值還為標幺值，所以

Ik=3I0=3I*IB=13.85 kA，220 kV 基 準 電 壓IB=0.251 0 kA；

式中，te時間小于1 s，這里充分考慮裕度，取1 s計算。

我廠使用的接地線均為三組35 mm2攜帶型短路接地線（105 mm2），所以滿足使用要求;同樣也能驗證我廠220 kV 開關站內接地引下線(6×60 mm2鋼材料),計算最小截面要求為200 mm2，也是滿足要求的。

5 結語

攜帶型短路接地線作為是一項重要的電氣安全技術措施，是保護檢修人員的一道安全屏障，其性能對接地系統的可靠性具有重要意義，通過熱穩定計算，讓運行管理人員掌握其運行性能，有效避免隱患發生，在地區短路容量發生變化時，應及時對接地線（裝置）的熱穩定進行校核。

參考文獻：

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[3] 李瑞榮．短路電流實用計算[M]．北京：中國電力出版社，2003．

[4] 李文平．變壓器零序阻抗工程計算法[J]．變壓器，1998（11）．

[5] 烏里揚洛夫C A．電力系統短路[M]．張鐘俊，譯．北京：中國工業出版社，1963．