CN112684273A - 一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法 - Google Patents

一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，本发明分流系数表征了接地网或架空地线对故障电流的分流能力，可以用于分析短路电流的分布情况，模拟计算可以用于分析变电站内发生短路故障时的地线分流系数，应用该方法分析影响地线分流系数的主要因素和影响规律，当变电站接地电阻较大或出线数量较少时，地线分流系数较大，110kV全电缆出线的变电站发生接地短路时，电缆接地的金属外皮能够分流，确定其分流原理、模型及分流系数的取值范围，对于城市变电站接地网设计将大有帮助，可以在保证安全的情况下，降低接地短路时入地电流的计算值，从而提高变电站接地网接地电阻的允许值，减少降阻措施及费用。

Description

一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流 方法
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体为一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法。
背景技术
对于出线设置避雷线的110kV架空输电线路，变电站内外发生接地短路时，避雷线具有分流作用，导致入地电流变小，分流系数的模型、计算公式和经验取值在电气一次设计手册及相应的标准规范中均有描述；而对于全电缆出线的变电站，电缆屏蔽层也进行了接地，其具不具有分流效果，如果能分流，分流系数如何取值成了困扰设计人员的一大难题，在城市110kV变电站的接地网设计中，由于进出线均为电缆，在不考虑电缆金属外皮分流作用时，接地短路时入地电流较大，导致接地网的接地电阻允许值较小，但城市变电站占地面积小，接地网范围小，因此接地电阻大，要达到规范要求的允许值，只能采用较多离子接地极、接地模块、接地深井等，不仅投入资金巨大，很多时候降阻也不太理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，模拟计算可以用于分析变电站内发生短路故障时的地线分流系数，应用该方法分析了影响地线分流系数的主要因素和影响规律，当变电站接地电阻较大或出线数量较少时，地线分流系数较大，通过降低接地短路时入地电流的计算值，从而提高变电站接地网接地电阻的允许值，减少降阻措施及费用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，操作步骤如下：
S1:根据系统各个元件的电气模型及其之间的连接关系，求取各元件的阻抗矩阵，利用回路电流法，列写各个回路基于相分量的电流方程，根据已形成电压向量和阻抗矩阵，反解得到各个回路上的电流，得到分流系数；
S2:根据分流系数建立各元件基于相分量的阻抗矩阵，电源、线路的建模较为简单；而变压器的建模相对复杂，且不存在阻抗模型，建立基于相分量的变压器导纳矩阵；
S3:在此S的基础上考虑变压器外部的连接关系，建立基于相分量的变压器矩阵，再考虑各元件的组合关系，即可建立整个系统的阻抗矩阵在变电站短路电流分布测量；
S4:建立变电站电缆出线故障仿真模型，根据变电站电缆出线及配网模型建立变电站电缆出线故障仿真模型，变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障；
S5:通过测量获得了地线分流系数，测量出短路故障中短路电流，地线分流系数，对变电站内单相短路接地故障下的分流系数的主要影响因素及其影响规律进行了仿真分析，在分析过，通过可调配分流装置对线路进行改造。
作为本发明进一步的方案：所述S4中，出线线路采用三芯结构，电缆线路的金属屏蔽层双端直接接地的方式，并且架空线路的末端悬空。
作为本发明进一步的方案：所述S4中，所述线路故障包括电缆主绝缘故障、电缆线路与架空线路连接处金属性接地故障和架空线路金属性接地故障。
作为本发明进一步的方案：所述可调配分流装置包括分流箱、连接端子、分流板、导电棒、限位板、气动杆、气缸和指示灯，所述分流箱的一侧箱壁上设置有多个连接端子，所述分流箱的内部设置有多个分流板，所述连接端子安装在分流板上，所述分流箱的顶部端口处设置有限位板，所述限位板的内部开设有滑孔，所述气缸安装在分流箱的另一侧箱壁上，所述气动杆安装在气缸的作用端部，所述导电棒的底端固定在气动杆的一端，所述指示灯安装在限位板的一端顶侧。
作为本发明进一步的方案：所述导电棒的底端圆周面与分流板的侧面相切。
作为本发明进一步的方案：每个所述分流板对应设置有三个导电棒，所述导电棒与指示灯通过导线串联。
本发明的有益效果：
本发明分流系数表征了接地网或架空地线对故障电流的分流能力，可以用于分析短路电流的分布情况，模拟计算可以用于分析变电站内发生短路故障时的地线分流系数，应用该方法分析了影响地线分流系数的主要因素和影响规律，当变电站接地电阻较大或出线数量较少时，地线分流系数较大，110kV全电缆出线的变电站发生接地短路时，电缆接地的金属外皮能够分流，确定其分流原理、模型及分流系数的取值范围，对于城市变电站接地网设计将大有帮助，可以在保证安全的情况下，降低接地短路时入地电流的计算值，从而提高变电站接地网接地电阻的允许值，减少降阻措施及费用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法的正视立体结构示意图；
图2为一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法的俯视立体结构示意图；
图3为一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法的俯视平面结构示意图；
图中：1、加热箱；2、电机架；3、搅拌电机；4、固定板；5、搅拌杆；6、螺杆；7、进料斗；8、活塞；9、电热板；10、排料管；11、底座；12、进气孔；13、复位弹簧；14、进气管；15、限位筒；16、限位球；17、风筒；18、电热丝；19、风机。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，操作步骤如下：
S1:根据系统各个元件的电气模型及其之间的连接关系，求取各元件的阻抗矩阵，利用回路电流法，列写各个回路基于相分量的电流方程，根据已形成电压向量和阻抗矩阵，反解得到各个回路上的电流，得到分流系数；
S2:根据分流系数建立各元件基于相分量的阻抗矩阵，电源、线路的建模较为简单；而变压器的建模相对复杂，且不存在阻抗模型，建立基于相分量的变压器导纳矩阵；
S3:在此S2的基础上考虑变压器外部的连接关系，建立基于相分量的变压器矩阵，再考虑各元件的组合关系，即可建立整个系统的阻抗矩阵在变电站短路电流分布测量；
S4:建立变电站电缆出线故障仿真模型，根据变电站电缆出线及配网模型建立变电站电缆出线故障仿真模型，变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障，出线线路采用三芯结构，电缆线路的金属屏蔽层双端直接接地的方式，并且架空线路的末端悬空，所述线路故障包括电缆主绝缘故障、电缆线路与架空线路连接处金属性接地故障和架空线路金属性接地故障。
S5:通过测量获得了地线分流系数，测量出短路故障中短路电流，地线分流系数，对变电站内单相短路接地故障下的分流系数的主要影响因素及其影响规律进行了仿真分析，在分析过，通过可调配分流装置对线路进行改造。
作为本发明的一种实施方式，所述可调配分流装置包括分流箱1、连接端子2、分流板3、导电棒4、限位板5、气动杆6、气缸7和指示灯8，所述分流箱1的一侧箱壁上设置有多个连接端子2，所述分流箱1的内部设置有多个分流板3，所述连接端子2安装在分流板3上，所述分流箱1的顶部端口处设置有限位板5，所述限位板5的内部开设有滑孔，所述气缸7安装在分流箱1的另一侧箱壁上，所述气动杆6安装在气缸7的作用端部，所述导电棒4的底端固定在气动杆6的一端，所述指示灯8安装在限位板5的一端顶侧。
作为本发明的一种实施方式，所述导电棒4的底端圆周面与分流板3的侧面相切。
作为本发明的一种实施方式，每个所述分流板3对应设置有三个导电棒4，所述导电棒4与指示灯8通过导线串联。
本发明的工作原理：变电站内发生单相短路接地故障后，引发安全问题的是入地电流部分，入地电流部分所占比重越大，引发的安全问题也更严重，分流系数表征了接地网或架空地线对故障电流的分流能力，可以用于分析短路电流的分布情况，模拟计算可以用于分析变电站内发生短路故障时的地线分流系数，为工程实际提供参考，应用该算法分析了影响地线分流系数的主要因素和影响规律，结果表明，当变电站接地电阻较大或出线数量较少时，地线分流系数较大，如果110kV全电缆出线的变电站发生接地短路时，电缆接地的金属外皮能够分流，确定其分流原理、模型及分流系数的取值范围，对于城市变电站接地网设计将大有帮助，这可以在保证安全的情况下，降低接地短路时入地电流的计算值，从而提高变电站接地网接地电阻的允许值，减少降阻措施及费用，在分流作业过程中，通过改变7的作业状态，调整4与3的连接状态，通过8能够判定4和3的连接状态，能够实现多线路分流，提高接地的电阻，能够达到对回路的保护效果。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，其特征在于，操作步骤如下：
S1:根据系统各个元件的电气模型及其之间的连接关系，求取各元件的阻抗矩阵，利用回路电流法，列写各个回路基于相分量的电流方程，根据已形成电压向量和阻抗矩阵，反解得到各个回路上的电流，得到分流系数；
S2:根据分流系数建立各元件基于相分量的阻抗矩阵，电源、线路的建模较为简单；而变压器的建模相对复杂，且不存在阻抗模型，建立基于相分量的变压器导纳矩阵；
S3:在此S2的基础上考虑变压器外部的连接关系，建立基于相分量的变压器矩阵，再考虑各元件的组合关系，即可建立整个系统的阻抗矩阵在变电站短路电流分布测量；
S4:建立变电站电缆出线故障仿真模型，根据变电站电缆出线及配网模型建立变电站电缆出线故障仿真模型，变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障；
S5:通过测量获得了地线分流系数，测量出短路故障中短路电流，地线分流系数，对变电站内单相短路接地故障下的分流系数的主要影响因素及其影响规律进行了仿真分析，在分析过，通过可调配分流装置对线路进行改造。
2.根据权利要求1所述的110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，其特征在于，所述S4中，出线线路采用三芯结构，电缆线路的金属屏蔽层双端直接接地的方式，并且架空线路的末端悬空。
3.根据权利要求1所述的110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，其特征在于，所述S4中，所述线路故障包括电缆主绝缘故障、电缆线路与架空线路连接处金属性接地故障和架空线路金属性接地故障。
4.根据权利要求1所述的110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，其特征在于，所述可调配分流装置包括分流箱(1)、连接端子(2)、分流板(3)、导电棒(4)、限位板(5)、气动杆(6)、气缸(7)和指示灯(8)，所述分流箱(1)的一侧箱壁上设置有多个连接端子(2)，所述分流箱(1)的内部设置有多个分流板(3)，所述连接端子(2)安装在分流板(3)上，所述分流箱(1)的顶部端口处设置有限位板(5)，所述限位板(5)的内部开设有滑孔，所述气缸(7)安装在分流箱(1)的另一侧箱壁上，所述气动杆(6)安装在气缸(7)的作用端部，所述导电棒(4)的底端固定在气动杆(6)的一端，所述指示灯(8)安装在限位板(5)的一端顶侧。
5.根据权利要求4所述的110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，其特征在于，所述导电棒(4)的底端圆周面与分流板(3)的侧面相切。
6.根据权利要求4所述的110kV全电缆出线变电站接地短路故障入地电流分流方法，其特征在于，每个所述分流板(3)对应设置有三个导电棒(4)，所述导电棒(4)与指示灯(8)通过导线串联。
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