简析110kV变电站跨步电压和接触电势校验时间选择

简析110kV变电站跨步电压和接触电势校验时间选择

摘要：目前电力系统110kV电压等级采用中性点直接接地系统，当系统发生接地短路故障时，流经变电站接地网的入地电流引起接地网的对地电位升高，且接地网内部电位也是不等的。当运行维护人员等在系统故障时，手触及带电的构架，手—脚的接触电压就会使其遭到电击；相应的当人两脚不在一起时，脚—脚的跨步电压也会导致人受到打击。那么受到电击的人是否会有致死的危险，是人们普遍关注的问题。下文分别从接触电位差、跨步电位差的校验时间“”和接地装置热稳定校验时间“”两方面分析如何计算和选择。

关键词：跨步电位差；接触电位差；校验时间。

一、跨步电位差、接触电位差允许值计算式中的

1.概念

人体跨步电压（两脚之间所受实际电压）、接触电压（手和脚之间所受实际电压）与跨步电位差( 无人时地面对应两点间电压)、接触电位差( 无人时接触时对应两点间电压)之间的关系：

（1）

（2）

—人体电阻；

—脚与土壤的接触电阻;

—表层衰减系数。

人体接触电位差、跨步电位差与跨步电压、接触电压的关系为

（3）

（4）

人体接触电位差、跨步电位差的允许值与人体安全电流的关系为

早期美国人达尔基尔提出人体安全电流（50kg体重），我国1979年规程为：

—电流通过人体的时间

取人体电阻，按式（3）、（4），求得允许的接触电位差、跨步电位差：

（5）

（6）

后来（我国1984年规程规定）人体安全电流为

（7）

将式（7）代人式（3）、（4），求得允许的接触电位差、跨步电位差：

（8）

（9）

—电流通过人体的时间。对于大接地短路电流系统，若发生接地短路时人已在变电所内，则短路电流通过人体的时间，就是短路持续时间。所以为短路电流持续时间。也就是保护动作时间加上断路器全断开时间。

2.选择

保护动作时间+断路器全断开时间有三种可能：

（1）主保护动作时间+断路器全断开时间

（2）主保护动作时间+断路器失灵保护动作时间+断路器全断开时间

（3）后备保护动作时间+断路器全断开时间

侧重于安全性考虑，选大些；（允许值小）

从经济性考虑，选小些（允许值大，节省材料）

主张将选小些，选择（1）主保护动作时间+断路器全断开时间。

理由如下：

（1）在选择人体安全电流时已经考虑了安全性，人体安全电流为

由改为。

（2）在计算接地装置的接地电位（U=IR）时，选用不考虑瞬变短路电流周期的衰减的最大短路电流周期分量起始有效值。且计算短路电流时未考虑各部分电阻的限流作用。这又一次偏于安全性。

如果过多地考虑安全性，势必造成过大的经济负担。

主张按“（1）主保护动作时间+断路器全断开时间”选择的理论根据：

（1）《电力工程电气设计手册1》P919明确指出：“以上两式是按人体通过电流允许值为（A）和人体电阻为导出的。接地短路电流持续时间采用主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。”

（2）普通高等教育规划教材《发电厂电气部分》P335指出：“接地短路电流持续时间一般采用主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。”

（3）《江苏省电力公司变电所铜质接地网应用导则》指出：

1. 我省乃至全国在220kV接地网设计的接触电势和跨步电势的校核计算中，该时间一般均小于0.2秒。国内至今没有因接触电势和跨步电势过高而导致变电所值班人员人身事故的报道。

2. 按照DL/T621-1997《交流电气装置的接地》要求考虑的几种不利因素（最大运行方式时发生故障，故障发生在变电站内，主保护拒动由后备保护切除故障或断路器失灵由失灵保护切除故障，故障发生时有人接触接地设备并处在接触电势或跨步电势最大的地点）同时发生的概率极低，这样设计出来接地网的经济性能差。由于变电所值班人员在进行人工操作时，要求戴上绝缘手套，耐受的接触电势或跨步电势要提高不少。因此，导则考虑了最大运行方式下发生站内接地故障，此时运行人员接触接地设备（典型例子为带电合接地刀闸），但不考虑断路器失灵。

3．我省电力系统目前使用的断路器均为SF6断路器，性能很好；系统继电保护配置时考虑了多重后备，主保护均能可靠动作。

二、接地装置热稳定校验计算式中的

1.概念

接地线的最小截面为

此公式是由《发电厂电气部分》中导体发热计算推得。短路电流可周期分量

及费周期分量两个分量。它们分别产生热效应，、

我们把短路电流产生的热效应用短路电流周期分量的稳态值（也就是短路电流的稳态值）表示，即

—短路持续时间（短路切除时间）；

—短路等效持续时间。

按短路热稳定校验导体截面公式为

可见，短路等效持续时间是用短路电流的稳态值表示短路电流产生的热效应的等效时间。短路等效持续时间不等于短路持续时间

注意

2.选择

a)发电厂、变电站的继电保护装置配置有2套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸时，te可按式(5)取值

(6-6)

式中：——主保护动作时间，s；

——断路器失灵保护动作时间，s；

——断路器开断时间s。

b)配有1套速动主保护、近或远(或远近结合的)后备保护和自动重合闸，有或无断路器失灵保护时，te可按式(C3)取值

(6-7)

式中：——第一级后备保护的动作时间，s。

参考文献

[1]交流电气装置的接地设计规范GB/T 50065-2011

[2]交流电气装置的接地DL/T 621-1997

[3]解广润. 电力系统接地技术. 中国电力出版社，1991