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大型变电站接地网工频接地参数的数值计算

大型变电站接地网工频接地参数的数值计算

点击数:7785 次   录入时间:03-04 11:53:18   整理:http://www.55dianzi.com   电工技术
W·m相对磁导率636,导体半径0.009m。频率为50Hz短路电流由地网边角入地。① 土壤模型同算例1,即水平双层,上层土壤电阻率25 W·m,厚度16m,下层土壤电阻率366 W·m,本文计算的接地阻抗为Z1=0.290+j0.113=0.311∠21.29º W,CDEGS的计算结果为Z2=0.284+j0.100=0.301∠19.39º W;② 土壤模型为均匀土壤,土壤电阻率为100 W·m,本文计算的接地阻抗为Z1=0.199+ j0.124=0.234∠31.93º W,CDEGS的计算结果为Z2= 0.196+j0.109=0.224∠29.08º W;③ 土壤模型为水平双层,上层土壤电阻率100 W·m,厚度10m,下层土壤电阻率33.33 W·m。本文计算的接地阻抗为Z1=0.146+j0.112=0.184∠37.46º W,CDEGS的计算结果为Z2=0.141+j0.101=0.173∠35.74º W。所以,本文的计算结果与CDEGS的计算结果比较吻合。
4 大型地网工频接地参数计算结果分析
4.1  接地阻抗和接地电阻的差异
    采用本文软件分析了大型接地网的工频接地阻抗,并结合湖北省双河变电站分析了铜材和钢材接地网的接地阻抗和网内电位差。
    图2为地网接地阻抗Z与地网等电位时计算出接地电阻R的比值随土壤电阻率变化的关系。计算参数为:地网400m×400m,20×20网孔,导体半径0.009m,导体电阻率1.7×10-7 W·m,相对磁导率636。50Hz的工频短路电流分别由地网边角和中心注入。由图2可见:接地阻抗与接地电阻明显不同的是接地阻抗和短路电流入地点有很大关系,由边角入地时的接地阻抗高于由中心入地时的接地阻抗;此外,本节所述地网在土壤电阻率为100 W·m的条件下,电流由边角注入和中心注入所得的接地阻抗分别为地网等电位接地电阻的2.13倍和1.31倍,感性分量已不能被忽略。

       一般来讲,接地阻抗总可以写成R+jwL的形式。结合算例2可知:① 在频率和导体磁导率一定的条件下,感性分量和土壤结构及其参数关系不大,主要取决于地网的大小和短路电流入地点的位置。同算例2中的均匀土壤计算结果比较,若电流由地网中心入地,接地阻抗为Z1=0.124+j0.038= 0.130∠17.04º W。接地网越大,短路电流入地点越接近地网边缘,短路电流全部流入大地前,在导体中流动的路径就越长,感性分量越大;② 土壤结构和土壤参数主要影响阻性部分,当土壤电阻率较低时,阻性部分较小,感性部分相对较大,这就是大型地网在低电阻率地区,感性分量不能被忽略的原因。
4.2  铜材和钢材接地网的接地阻抗和网内电位差
    早在20世纪80年代初期,国内开始兴建500kV变电站时,接地网不等电位问题已得到工程技术人员的高度重视。湖北省双河变电站曾在系统调试中进行单相短路接地试验(见表2),变电站地网的地电位升高中,站内部分占总电位升高的46%[12]。表2中V1为地网导体上接地点对2km处的电位升高,V2为地网导体上接地点对地网边缘(地网上电位最低点)的电位升高。在地网导体上,V1的电位值最高,V1与短路电流的比值就是接地阻抗测量值,V2是地网导体上电位最高点与电位最低点之间的电位差,即网内电位差。V2 /V1为网内电位差占地网总电位升高的比例。由于V1比接地点对无穷远处的电位升低,所以接地阻抗测量值比真实接地阻抗值略低。V11为按下述接地网尺寸,将接地网等值成圆盘,并采用文献[13]的方法,推算出的接地点对无穷远处的电位升。令DV=V2/V11,则DV是实际的网内电位差占地网上接地点对无穷远处总电位升高的比例,地网真实接地阻抗ZV11与短路电流的比值。

    根据1982年中南电力设计院《500千伏双河变电所工程接地设计总结》,双河变电站土壤电阻率60 W·m,面积104283m2,接地带长度12075m,地网为正方形,水平接地带用40×5扁钢,埋深0.6m。为计算方便,本文将接地网简化为:324m×324m,18×18网孔,导体半径0.008m。电流由地网中心注入。
    实际上,由于接地网所用钢材的相对磁导率mr本身具有一定的分散性,其值一般在数百至数千之间。表3给出了双河变电站接地网mr变化时,相应的接地阻抗Z和网内电位差DV的变化情况。并约定mr=0和mr=1分别为等电位接地网和铜材接地网的计算结果,铜和钢的电阻率同前。

    由表3可见:① 短路电流流入接地网时,铜材接地网基本为等电位,此时的接地阻抗已小于0.1W,但接地阻抗仅比地网等电位的接地电阻高1%,感性分量可以被忽略,所以文献[4]中简单地认为接地阻抗小于0.5 W即需计算感性分量的结论是不正确的。钢材接地网存在较大的网内电位差,其值随mr的增大而增大;② 地网接地阻抗随mr的增大而增大。mr的增大不仅使接地网的感性分量加大,而且使阻性分量加大,这是因为随着感性分量加大,地网不等电位问题严重,离开接地点较远的导体电位较低,散流减弱;③ mr取文献[7]给出的636,接地阻抗的计算值为0.121∠16.18º W,网内电位差DV的计算值为0.42,表2给出的接地阻抗实测值经换算后为0.115 W~0.116 W,网内电位差实测值经换算后为0.42~0.43,所以本文计算的接地阻抗比实测值约高4.7%,计算的网内电位差与实测值基本相同。
5 结论
    本文提出了一种新的接地网接地参数数值计算方法。通过与国际著名的接地分析软件包CDEGS的比较分析,验证了该方法的有效性。本文的计算结果同500kV双河变电站的实测结果吻合,验证了本文方法的实用价值。

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