关键词：变电站；短路故障；短路电流；分流系数
变电站的良好接地是电力系统安全运行的根本保障。随着现代大电网向超高压、大容量和远距离方向的发展，系统发生短路时的故障电流越来越大，对于电力系统安全、稳定及经济运行的提出了更高的要求。电力系统中，短路故障一般分为变电站站内短路和站外短路两种类型。与站外短路相比，站内短路对变电站安全运行有更大的危害，更容易引起事故。
1、分流系数定义
变电站站内短路时，电流分布如图1所示。图1中变压器左侧连接架空线，右侧连接电缆，设在右侧发生站内单相对地短路故障，短路电流为Io。该电流由两侧的远方电源提供。根据基尔霍夫定律，这些短路电流终将流回两侧的电源。由于是站内短路，因此部分电流Ig会直接通过接地系统由大地流向无穷远端的电源；同时，部分电流会沿着左侧架空地线和右侧电缆金属护层流回电源，这2部分电流分别为Iw和I0 , IN为通过变压器中性点流出接地网的电流。这部分电流一般比较小，一般可以忽略不计I0。
定义接地网的分流系数K，定义中Ig、Io均为电流的有效值。本文中分流系数如不加说明均采用这种定义。
在实际工程中，入地电流IR对变电站的安全运行造成较大威胁。不仅接地系统接地电阻的安全限定值由Ig决定，网孔电压、地电位升、接触电压、跨步电压等也与入地故障电流成正比。
2、分流系数计算的原理
电力系统中存在着变压器、电源及线路等电气元件，只要解得整个系统的电流分布，就可以求得分流系数。因此分流系数计算的木质即为求解电路问题。
文章采用了一种基于相分量的传统回路电流法，其主要思路是: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，进一步反解得到各个回路上的电流I，并最终得到分流系数K,。准确计算分流系数的前提和基础是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，在此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，该矩阵不是阻抗矩阵，但存在与阻抗矩阵类似的结构，也可用于回路电流法。至此，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。
3、实例检测分析
3.1为考核实际变电站内发生单相短路接地故障后的短路电流分布情况，在某220 kV变电站进行了一次人工单相短路接地试验，测量了短路故障电流分布情况，获得了地线分流系数。
被测220 kV变电站占地26 134 m2，共有220,110和lOkV3个电压等级。220 kV侧有2条同塔双回线路，分别为A甲乙线、B甲乙线；110 kV侧有1条同塔双回线路，为C甲乙线；10 kV侧无出线。
在220 kV侧，A甲乙线有3条架空地线与该侧门型构架相连，其中1条是光纤复合架空地线(OPGW)，另2条是普通地线；B甲乙线情况与A甲乙线相同。在110 kV侧}C甲乙线有2条架空地线与该侧门型构架相连，且都是OPGW地线。由于接入变电站的地线较多，为测量方便，节约试验仪器，在试验前解开了所有普通地线与变电站构架之问的连接，仅测量4条OPGW地线上的分流电流。由于在出线的第1级杆塔上，OPGW与普通地线通过杆塔相连，且OPGW地线电阻小于普通地线，因此测试结果仍然可以反映实际地线分流的特性。
短路试验涉及的设备为220 kV侧1M母线、母联2012开关及A甲线开关。人工单相短路试验点设在220 kV侧A甲线42864刀闸靠A相CT侧的A相触头处。短路试验所涉设备接线情况如图2所示，其中虚线部分为短路电流流向示意。
整个试验过程中，站内各变压器、A甲线以及110 kV侧出线均不带电。短路试验前先将A乙线、B甲线和B乙线倒至2M母线运行，试验开始时合上母联2012开关和4286开关产生人工单相短路接地故障，短路故障最后由母联2012开关和A甲线线路开关过流保护切除。
3.2实际测量结果
本次短路试验中，由于变压器不在运行状态，不用测量其中性点电流，只需分别对短路故障总电流和4条架空地线上的分流电流进行测量，得到各电流波形如图3所示，各波形参数汇总如表1所示。
2.3测量结果分析
设总短路电流为lo, A甲乙线OPGW地线电流为Iwl, B甲乙线OPGW地线电流为Iw2, C甲乙线第1条OPGW地线电流为Iw3, C甲乙线第2条OPGW地线电流为Iw4，由于变压器未投入运行，中性点电流IN=0 A。可得地线分流系数为
式中地线总电流为各地线电流波形相加后的结果，而不是单纯的幅值相加。
可以看到，在本次人工短路接地试验中，地线分流系数较大，达到了59.15%;靠近故障侧(220 kV侧)地线分流电流较多，对侧(110 kV侧)分流较少，两者相比相差4倍以上。
5结论
本文实际测量了某变电站内人工单相短路接地试验中的短路电流分布情况，获得了地线分流系数。测量结果表明，短路故障中短路电流为21.462 kA，地线分流系数为59.15%。同时，使用PSCAD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。
结果表明:
1)变电站接地电阻和出线数量的变化对分流系数影响较大，而短路故障位置的变化对分流系数的影响较小；
2)地线分流系数随着变电站接地电阻的增加而增加；
3)地线分流系数随着出线数量增加而减小。
参考文献
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论文作者:何佳美
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/7
标签：电流论文; 地线论文; 系数论文; 变电站论文; 站内论文; 故障论文; 单相论文; 《电力设备》2018年第3期论文;