一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法與流程

本申請涉及高壓電技術領域，尤其涉及一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法。

背景技術：

變電站接地網是埋在地下一定深度的多個金屬接地極、以及用于連接接地極與電氣設備接地部分的導線組成的網狀結構接地裝置。變電站接地網不僅為各種電氣設備提供一個公共的信號參考地，更重要的是能夠在系統發生故障時迅速排泄故障電流并降低地電位的升高，因而變電站接地網接地性能的優劣直接關系到電力系統工作人員的人身安全和各種電氣設備的安全及正常運行。近年來，由于我國用電需求高速增長，電力系統規模和容量迅速擴大，接地短路電流越來越大，從而對變電站接地網的安全、可靠性能提出了更高的要求。

目前，評估變電站接地網性能的方法主要是測量變電站的接地電阻。接地電阻是指當有電流由接地網流入土壤時，土壤中呈現的電阻。對接地電阻的測量普遍采用的測量方法是三極法。測量步驟為：首先，在接地裝置一定距離處設置一個電流輔助極與接地裝置形成電流回路；然后，在接地裝置一定距離處設置一個電壓輔助極作為測量接地裝置電壓的零電位參考點；最后，通過向接地裝置注入電流，測量接地裝置的電壓與電流，根據二者比值確定接地裝置的接地電阻。

然而，由于電流輔助極與接地裝置越近導致注入電流生成的電場畸變越大，電壓輔助極與接地裝置越近導致零電位參考點越不準確，因此，為提高接地電阻測量準確率，電壓輔助極和電流輔助極需要設置在離接地裝置較遠處，導致測量需鋪設長達數百米甚至數公里的電壓輔助極引線和電流輔助極引線，準備工作量大；同時，利用三級法進行測量時，還需對接地裝置、電壓輔助極和電流輔助極組成的測量區域的土壤結構及土壤電阻率進行測量，進而評估接地電阻，以減少誤差，測量工作量很大。另外，由于大電流試驗裝置成本特別貴，體積大，基本不具備現場實施的條件，因此，利用三級法進行測量時向接地裝置注入的電流往往是一個較小的電流，該電流遠小于實際短路故障的入地電流，無法真正發現接地網出現的缺陷。

技術實現要素：

本申請提供了一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，以解決變電站接地網性能評估復雜、可靠性低的問題。

本申請提供了一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，該方法包括：

在第一時間t1和第二時間t2分別將待評估變電站的一個測試桿塔上任一相線路與所述測試桿塔的塔身短接；

分別測量所述第一時間t1、第二時間t2對應的所述待評估變電站經所述測試桿塔的架空地線流入的總進站電流iw11、iw12，所述待評估變電站其他桿塔的架空地線流出的總出站電流iw21、iw22和所述待評估變電站的變壓器中性點電流in1、in2；

根據得到所述待評估變電站在所述第一時間t1下的接地網初次分流系數k1和在所述第二時間t2下的接地網再次分流系數k2；

判斷所述接地網再次分流系數k2相對所述接地網初次分流系數k1的變化率是否小于預設變化率閾值；

如果小于預設變化率閾值，則判定所述待評估變電站的接地網性能滿足接地要求；如果大于或等于預設變化率閾值，則判定所述待評估變電站的接地網性能不滿足接地要求。

優選地，所述預設閾值變化率p0的大小包括20％。

優選地，所述測試桿塔為距離所述待評估變電站最近的一個桿塔。

優選地，所述第一時間t1為所述待評估變電站正式投入使用前。

優選地，所述第二時間t2為所述待評估變電站投入使用后的任意評估時間。

本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法的有益效果包括：

本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，通過將待評估變電站的一個測試桿塔上一相線路與測試桿塔的塔身短接，實現模擬待評估變電站的短路故障，通過測量待評估變電站的總進站電流、總出站電流和待評估變電站的變壓器中性點電流，計算得到待評估變電站的接地網初次分流系數，通過再次模擬短路故障及相關測量計算，得到待評估變電站的接地網再次分流系數，通過對接地網初次分流系數和接地網再次分流系數進行對比計算，可獲得待評估變電站的短路故障電流分流能力變化情況，從而實現對待評估變電站接地網的性能評估；評估過程不需測量待評估變電站的接地電阻，從而避免了現有技術中測量接地電阻準備工作復雜、測量工作量很大的問題，本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，評估方法簡單、容易實現。進一步的，本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，由于模擬的是短路故障，因此，待評估變電站的總進站電流、總出站電流和待評估變電站的變壓器中性點電流大小與實際短路故障的相關電流大小相接近，對待評估變電站性能評估的可靠性高。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例提供的一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法的流程示意圖；

圖2為本申請實施例提供的一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估系統的結構示意圖；

符號表示為：

1-變壓器，2-變電站接地網，3-a相線，4-b相線，5-c相線，6-測試桿塔架空地線，7-其他桿塔架空地線，8-測試桿塔，9-龍門架，10-短接引線。

具體實施方式

參見圖1，為本申請實施例提供的一種基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法的流程示意圖，如圖1所示，本申請實施例提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，具體包括以下步驟：

步驟s110：在第一時間和第二時間分別將待評估變電站的一個測試桿塔上任一相線路與測試桿塔的塔身短接。

具體的，第一時間優選為待評估變電站投入使用前。在待評估變電站建成投入使用前對待評估變電站進行帶電測試時，在待評估變電站外進線進行人工短路實驗，即選擇屬于待評估變電站的一個桿塔作為測試桿塔，將測試桿塔上三相線路的其中一相線路與與測試桿塔的塔身短接，模擬單線對地短路故障。人工短路試驗進行后，測試桿塔上將產生短路電流，短路電流的一部分通過測試桿塔接地電阻入地，另一部分流入測試桿塔的架空地線，并通過測試桿塔的架空地線流入待評估變電站，流入待評估變電站的短路電流記為iw11。

第二時間優選為待評估變電站投入使用一段時間后。待評估變電站投入使用一段時間后，其接地網的接地性能可能出現下降，影響待評估變電站的安全運行以及變電站工作人員的人身安全，因此，在待評估變電站投入使用一段時間后，重新在待評估變電站外進線進行人工短路實驗，以實現與待評估變電站投入使用前的接地網性能評估進行對比，獲取待評估變電站在投入使用后與投入使用前的接地網性能變化。第二時間進行人工短路實驗的方法與第一時間進行人工短路實驗的方法相同，在此不再贅述。第二時間進行人工短路實驗后流入待評估變電站的短路電流記為iw12。

當然，第一時間和第二時間也可分別選擇其他時間，如第一時間還可選為待評估變電站投入使用1年后，第二時間可選擇待評估變電站投入使用3年后等等。

進一步的，本申請實施例中，為提高第一時間和第二時間進行的待評估變電站接地網性能變化對比的可靠性，優先選擇待評估變電站外同一個桿塔作為測試桿塔，且優先選擇測試桿塔上的同一相線與測試桿塔的塔身短接，而相線的選擇可根據三相線的排列情況確定，如三相線為水平排列，可選擇任意一條相線進行短接，如三相線為垂直排列，可選擇距離地面最近的相線進行短接，兩次短接位置也優選為相同位置。

步驟s120：分別測量第一時間、第二時間對應的待評估變電站經測試桿塔的架空地線流入的總進站電流iw11、iw12，待評估變電站其他桿塔的架空地線流出的總出站電流iw21、iw22和待評估變電站的變壓器中性點電流in1、in2。

具體的，第一時間對應的待評估變電站經測試桿塔的架空地線流入的總進站電流即為流入待評估變電站的短路電流iw11。流入待評估變電站的短路電流iw11的第一一部分經待評估變電站的接地網流入大地，這一部分電流記為接地網入地電流ig1；第二部分則流向待評估變電站其他桿塔上的架空地線，這一部分電流記為總出站電流iw21；第三部分則流向待評估變電站的變壓器，經變壓器的中性點流入大地，這一部分電流記為in1。由上述短路電流iw11的流向可見，接地網入地電流ig11的計算公式為ig1＝iw11-iw21-in1。

利用電流探頭分別測量總進站電流iw11、總出站電流iw21和變壓器中性點電流in1，并進一步計算出接地網入地電流ig1。

第二時間對應的總進站電流iw12、總出站電流iw22和變壓器中性點電流in2的測量方法與第一時間測量總進站電流iw11、總出站電流iw21和變壓器中性點電流in1的方法相同，計算對應的接地網入地電流ig2的方法與計算第一時間對應的接地網入地電流ig1的方法相同。

步驟s130：根據得到待評估變電站在第一時間下的接地網初次分流系數k1和在第二時間下的接地網再次分流系數k2。

具體的，接地網分流系數k(包括接地網初次分流系數k1和接地網再次分流系數k2)即為待評估變電站的接地網對于短路電流的分流占比，由步驟s120分析的短路電流流向可推出，待評估變電站在第一時間下的接地網初次分流系數k1的計算公式為待評估變電站在第二時間下的接地網再次分流系數k2的計算公式為

步驟s140：判斷接地網再次分流系數k2相對接地網初次分流系數k1的變化率是否小于預設變化率閾值。

具體的，根據步驟s130的接地網初次分流系數k1和接地網再次分流系數k2的計算過程可知，接地網分流系數k反應了待評估變電站的接地網對于短路電流的分流占比，因此，接地網分流系數k的變化(本申請實施例中指接地網初次分流系數k1和接地網再次分流系數k2的變化)可代表待評估變電站的接地網對于短路電流的分流能力的變化，從而可作為待評估變電站的接地網性能評估的重要指標。

將接地網再次分流系數k2相對接地網初次分流系數k1的變化率記為待評估變電站的接地網性能變化率p1，p1的計算公式為：

設置一個待評估變電站的預設變化率閾值p0。預設變化率閾值p0根據接地網接地要求進行設置，本申請實施例中，優選預設閾值變化率p0的大小為20％。在第一時間和第二時間對待評估變電站進行人工短路試驗和相關測量計算后，計算得到待評估變電站的接地網性能變化率p1，判斷p1是否小于p0。

步驟s150：如果小于預設變化率閾值，則判定所述待評估變電站的接地網性能滿足接地要求。

具體的，如果接地網性能變化率p1小于預設變化率閾值p0，則表明待評估變電站的接地網性能變化較小，從而判定待評估變電站的接地網性能滿足接地要求。

步驟s160：如果大于或等于預設變化率閾值，則判定所述待評估變電站的接地網性能滿足接地要求。

具體的，如果接地網性能變化率p1大于或等于預設變化率閾值p0，則表明待評估變電站的接地網性能變化較大，即待評估變電站在投入使用一段時間后的接地網性能與在投入使用前的接地網性能差距較大(通常為接地網性能下降幅度較大)，從而判定待評估變電站在第二時間的接地網性能已經不能滿足接地要求，需要進行檢修。

本申請實施例中，通過對待評估變電站進行人工短路實驗以及相關測量與計算，可實現對待評估變電站的接地網性能評估。參見圖2，為本申請實施例提供的一種變電站接地網性能評估系統的結構示意圖。如圖2所示，本申請實施例提供的變電站接地網性能評估系統，包括變壓器1、變電站接地網2、a相線3、b相線4、c相線5、測試桿塔8架空地線6、其他桿塔架空地線7、測試桿塔8、龍門架9以及短接引線10。

具體的，測試桿塔8架空地線6通過龍門架9與變電站接地網2連接，測試桿塔8上的a相線3、b相線4和c相線5分別連接變壓器1，測試桿塔8上的c相線5通過短接引線10與測試桿塔8的塔身短接。通過電流探頭c1測量測試桿塔8架空地線6上的電流iw1，通過電流探頭c2測量其他桿塔架空地線7上的總電流iw2，通過電流探頭c3測量變壓器1的變壓器1中性點電流in。其中，其他桿塔架空地線7包括多根架空地線，對應的電流探頭c2的數量為多個。

某變電站(待評估變電站)在投入使用前，進行人工短路實驗，得到總進站電流iw11為6.2ka，總出站電流iw21為0.8ka，變壓器中性點電流為0.9ka，則可計算得到通過接地網入地的電流ig1為4.5ka，接地網初始分流系數k1為72.6％。變電站運行5年后，重新進行人工短路試驗，得到總進站電流iw12為4.2ka，總出站電流iw22為1.2ka，變壓器中性點電流為1.9ka，則通過接地網入地的電流ig2為1.1ka，接地網再次分流系數為26.2％，遠小于變電站投運前的分流系數72.6％，計算得到變電站接地網性能變化率p1為63.9％，遠大于預設變化率閾值p0，因此可判斷該變電站接地網絡不滿足接地要求，甚至可能存在故障，需要對該變電站進行進一步檢修。

從上述實施例可以看出，本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，通過將待評估變電站的一個測試桿塔上一相線路與測試桿塔的塔身短接，實現模擬待評估變電站的短路故障，通過測量待評估變電站的總進站電流、總出站電流和待評估變電站的變壓器中性點電流，計算得到待評估變電站的接地網初次分流系數，通過再次模擬短路故障及相關測量計算，得到待評估變電站的接地網再次分流系數，通過對接地網初次分流系數和接地網再次分流系數進行對比計算，可獲得待評估變電站的短路故障電流分流能力變化情況，從而實現對待評估變電站接地網的性能評估；本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，評估過程不需測量待評估變電站的接地電阻，從而避免了現有技術中測量接地電阻準備工作復雜、測量工作量很大的問題，本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，評估方法簡單、容易實現。進一步的，本申請提供的基于人工短路實驗的變電站接地網性能評估方法，由于模擬的是短路故障，因此，待評估變電站的總進站電流、總出站電流和待評估變電站的變壓器中性點電流大小與實際短路故障的相關電流大小相接近，對待評估變電站性能評估的可靠性高。

以上所述的本發明實施方式并不構成對本發明保護范圍的限定。