接地網(wǎng)工頻短路時最大允許地電位升的確定

1、接地網(wǎng)工頻短路時最大允許地電位升的確定The Ascertainment of Limited GPR of Grounding NetDuring Frequency ShortCircuitCUI Shao-qing（Huainan Power Supply Company , Huainan Anhui 232001,China）:In order to make the substation system safetyoperation , the potential difference between the core wire and shielding lay is calcu

2、lated by the use of the method in the equivalent circuit. The intrinsic relevance between the potential difference and GPRis discovered by studying the potential difference , the current and proportional relationship The ratio of the potential difference and ground potential rise is lower than forty

3、 percent The conclusion is that the limited ground potential rise can be increased to 5 000 V.接地系統(tǒng)的安全性包括兩方面內(nèi)容，一是確保地電位升（注入接 地系統(tǒng)的短路電流及雷電等暫態(tài)電流在接地系統(tǒng)上產(chǎn)生的相對于無窮遠的 零電位點的電壓）小于允許值，以確保發(fā)變電站 設(shè)備（主要指二次電 纜和二次設(shè)備）的安全1-3 ；二是確保接觸電壓和跨步電壓滿足 人身安全的要求。另外，由于設(shè)備外殼都與地網(wǎng)相聯(lián)，高的地電位升加 在設(shè)備外殼上，會產(chǎn)生反擊事故，危及設(shè)備安全。還有可能因反擊使得二 次設(shè)備的絕緣遭到破壞，高壓竄入控

4、制室，輕則導(dǎo)致監(jiān)測或控制設(shè)備發(fā) 生誤動或拒動，重則破壞監(jiān)測設(shè)備而擴大事故，帶來巨大的經(jīng)濟損失和 社會影響。因此，對接地系統(tǒng)的安全性，包括安全性指標(biāo)及其限值、改善接地 系統(tǒng)安全性的措施等，開展系統(tǒng)的研究，對確保發(fā)變電站安全穩(wěn)定運行 具有重要的意義4。1芯皮電位差的求解1. 1分布參數(shù)方程的建立單項單芯二次電纜是由芯線（R）、金屬管狀屏蔽層（D）、金 屬 管狀護層（M）、外界媒質(zhì)（E）以及各同心圓柱導(dǎo)體之間F D D-M M-E的絕緣介質(zhì)層組成。為了便于和同軸電纜的電磁場分析建 立聯(lián)系，將 這一系統(tǒng)看成三個回路（見圖1）?；芈芬挥蓪?dǎo)芯和屏蔽層組成； 回路二由屏蔽層和護層組成；回路三由護層與大地組成

5、，并且分別具有 回路電流il, i2和i3 o圖1中u, i是指各局部回路中的壓降和電流，將其改成以大地為 參考點的回路壓降和各導(dǎo)體層中實際通過的電流，才適合 線路方程的需 要。設(shè)uR、0uM各表示電纜導(dǎo)芯、屏蔽層、護層的對地電壓，iR、 iD、iM?U鞅硼駒詰夾盡簾尾恪11.廳、関型u ?的電流。沿電纜軸向回路壓降在頻域中的方程為？才？1.2初值求解在計算接有電纜的接地網(wǎng)參數(shù)時，通過戴維南等效原理5,先求無電纜連接時接地網(wǎng)的參數(shù)，再由此求得有電纜的接地網(wǎng)參 數(shù)和電纜 中的電壓、電流。對于兩端接地的電纜，如果不考慮流經(jīng)地網(wǎng)導(dǎo)體的電流通過 電磁藕 合對電纜的影響，則電流注入地網(wǎng)時，對于電纜來說接

6、地系統(tǒng)相當(dāng)于含 有內(nèi)阻的電壓源(見圖2),因而得到該電壓源的電壓和內(nèi)阻之后， 就可以將該電壓源的電壓和內(nèi)阻加在電纜的屏蔽 層上進一步分析電纜的響 應(yīng)。圖2接地系統(tǒng)在電纜兩端的等效電路 首先計算沒有電纜時電纜的兩個接地點之間的電位差，也即求得圖2的V。然后，設(shè)接地系統(tǒng)沒有故障或雷電流流入，在電纜的一個接地點向接地網(wǎng)注入單位電流，同時在電纜的另一個接 地點從接地網(wǎng)抽岀單位電流,計算電纜的兩個接地點之間的電位 差，由該電位差除以單位電流便可得到圖2中的接地網(wǎng)等效阻抗。在得到接地系統(tǒng)的等效電壓源及其內(nèi)阻后,就可以計算岀初值。1.3電位差解值將初值代入式(6),求岀UR UD UM ?6屹耍？芯皮電位差

7、 為？ 才？2芯皮電位差與地電位升的關(guān)系在求解初值時需要求解接地系統(tǒng)的 等效電壓源及其內(nèi)阻，而它們要受到土壤電阻率，地網(wǎng)邊長，地網(wǎng)導(dǎo)體 間距，短路電流大 小，電流注入點的影響，故這些因素也影響芯皮電位 差；二次電纜的長度，埋深對二次電纜的分布參數(shù)造成影響故也影響著芯 皮 電位差。地網(wǎng)及變電站二次電纜的布置方式如圖3所示。圖3二次電纜及接地網(wǎng)布置圖2. 1各種因素對電位差的影響1）土壤電阻率的影響。當(dāng)改變故障電流注入點與電纜的距離時，電 纜芯皮電位差與土壤電阻率的關(guān)系如圖4所示。在相同電纜布置和電流 注入情況下，芯皮電位差隨土壤電阻率的增加而 微微增大。這是由于當(dāng) 土壤電阻率增大時，泄漏電流減小

8、軸向電流略微增加的緣故。土壤電阻率/Q m1. C點注入；2. E點注入；3. D點注入圖4 土壤電阻率與芯皮電位差的關(guān)系曲線2）地網(wǎng)邊長影響。地網(wǎng)的大小對芯皮電位差有著十分重要 的影響。在相同電纜布置和電流注入情況下，地網(wǎng)邊長增大，芯 皮電位差呈非線性 增大的趨勢（見圖5）。地網(wǎng)邊長越大，在相同布置的情況下，二次電 纜接與電網(wǎng)上兩點的開路電位的增長速度，要遠遠的高于電纜的內(nèi)阻抗的 增長速度，此時屏蔽層電流隨地網(wǎng)規(guī)模的增大而增加，屏蔽層電流越大 對二次電纜的電磁干擾也就越大。故芯皮電位差也就越大。地網(wǎng)邊長/m1. D點注入；2. C點注入；3. E點注入圖5地網(wǎng)邊長與芯皮電位差的關(guān)系3）地網(wǎng)導(dǎo)

9、體間距影響。在相同電纜布置（電纜長度與接地網(wǎng)邊 長相等）和電流注入情況下，導(dǎo)體間距增大，芯皮電位差 幾乎呈線 性增大（見圖6）。地網(wǎng)導(dǎo)體的間距越大造成泄漏電流越 小軸向電流 越大，屏蔽層電流也就越大，因此芯皮電位差也越大。地網(wǎng)間距/m1- 0 m ；2- 5 m ；3- 10 m圖6地網(wǎng)間距與芯皮電位差的關(guān)系4）電纜埋設(shè)深度的影響。在相同電纜布置和電流注入情況 下，改變 電纜的埋設(shè)深度，芯皮電位差幾乎沒有變化。改變電纜埋深時，對雙端 接地的二次電纜的皮電流影響很小，而電纜芯線的感應(yīng)電位主要是由電 纜皮電流確定的，而附近與二次電纜平行的導(dǎo)體流過的電流對電纜芯線 電位影響很小。另外改變二次電纜的埋

10、設(shè)深度，對接地網(wǎng)導(dǎo)體流過的電 流影響也很小。因此，盡管由于地網(wǎng)導(dǎo)體與電纜相對位置改變了，但總 體上電纜芯皮電位差 變化很小。5）短路電流大小的影響。在相同電纜布置和電流注入點 情況 下，注入電流大小與芯皮電位差近似成正比例關(guān)系（見圖7）由于導(dǎo)體 中的電流分布基本與注入電流成正比，因此電纜芯皮電位也近似與注入 電流大小成正比。I/kA1. D點注入；2. C點注入；3. E點注入圖7注入點電流與芯皮電位差的關(guān)系6）電流注入點的影響。在相同電纜布置和地網(wǎng)條件下，隨電流注入點遠離電纜，電纜芯皮電位差逐 漸減小，即當(dāng)電流注入點為相鄰的接地導(dǎo)體時，電位差達到最大值（見圖8） o注入點與電纜的距離/m1

11、100 Q m 2 500 Q m 圖8注入點和電纜的間距與芯皮電位差的關(guān)系7）在相同電纜布置和電流注入情況下，電纜長度增大，芯 皮電位差增大。當(dāng)電流注入點距電 纜接地點較遠時（與電纜長度相比），芯皮電位差與電纜長度近似成線性關(guān)系；當(dāng)電流注入點距電纜 接地點較近時，芯皮電位差與電纜長度成非線性關(guān)系。由于邊界效應(yīng)的 存在，芯皮電位差增大并不與電纜長度成正比（見圖9）。電纜長度/m1. C點注入；2. D點注入圖9電纜長度與芯皮電位差的關(guān)系2.2芯皮電位差與地電位升的關(guān)系通過分析可以發(fā)現(xiàn)，電纜埋深對電纜芯皮電位差和地電位升 都沒有 影響，注入電流大小雖然對兩者有影響，但兩者與注入電流大小都是成 正

12、比例關(guān)系，因此注入電流大小對兩者之間的關(guān)系 也沒有影響。二次電 纜的長度和電流注入點的選取只對電纜芯皮 電位差有影響，而對地電位升 的影響是可忽略的。地網(wǎng)導(dǎo)體間距的情況與電纜長度和電流注入點的情況有些類似，盡 管地網(wǎng)導(dǎo)體間距對電纜芯皮電位差和地電位升都有影響，地網(wǎng)導(dǎo)體間距對 電纜芯皮電位差的影響要遠大于對地電位升的影響。因此地網(wǎng)邊長和土壤 電阻率兩個因素則同時對電纜芯皮電位差和地電位升產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)土壤電阻率和地網(wǎng)邊長發(fā)生變化時，通過程序計算所得芯皮電位差與地電位升的比例關(guān)系如表1所示。表1電纜芯皮電位差占地電位升的比例3結(jié)語按照傳統(tǒng)思維二次電纜和二次設(shè)備只有2 kV的絕緣耐壓，即芯皮 電位差是2 kV時，當(dāng)芯皮電位比例與地電位的比例為40%時，得出最 大允許地電位升為2 000 /(40 %) =5 00