敖日格乐 杨璐
内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020
摘要：变电站良好的接地是电力系统安全运行的根本保证。变电站内发生短路接地故障时，短路电流入地会引起地电位升、网孔电位差、跨步电压、接触电压以及二次骚扰电压等安全问题，对站内的二次设备以及工作人员的安全构成威胁。由于电力系统中储能元件的存在，短路电流在故障初期会存在暂态振荡过程，该过程会持续几到十几个工频周期，且拥有比稳态更高的暂态峰值，所以它带来的接地安全问题将更严峻。
关键词：变电站短路电流暂态；影响因素；
前言：电站内发生短路接地故障时，短路电流进入地网后会引发一系列的安全问题。由于电力系统内储能元件的作用，短路电流在故障初期存在暂态峰值较高的暂态振荡过程，会对站内人身和设备的安全带来更大的威胁。随着变电站出线数量的增加，暂态持续时间、短路电流暂态峰值和稳态峰值均增加，但是衰减系数逐渐减小。
一、短路电流暂态过程分析
在电力系统中，存在较多电感、电容等储能元件。当短路故障发生时，这些储能元件的状态将决定短路电流的暂态过程特性。暂态过程的主要作用在于通过阻性元件将系统状态改变时储能元件的原有储能衰减掉，从而迎来新的稳态。电力系统短路故障分为对称短路故障和非对称短路故障这2类，其中单相短路接地故障作为非对称短路故障的1种，是所有短路故障中发生率最高的，单相短路接地故障的短路电流包括次暂态、暂态和稳态交流分量以及直流偏移电流分量。假设交流分量不随时间而衰减，这样非对称短路故障的短路电流将主要分为不衰减的稳态交流分量。为系统等效导纳；卯为系统角频率为时间口为电流起始时的电压相位角为电流相位角为直流分量的时间常数，其中X和尺分别为系统次暂态故障阻抗的虚部和实部。短路电流的暂态过程主要是由衰减直流分量造成的，该分量初始值越大，导致的暂态过程将有更大的暂态峰值和更长的持续时间，从而对变电站内带来更大的安全威胁。将短路电流暂态峰值与短路电流稳态峰值之比定义为衰减系数研，用来衡量暂态过程的强度。
二、影响因素
1.非对称短路故障的短路电流是常量对于短路电流的衰减系数和暂态持续时间而言不起作用故障相电流在短路故障发生时的相角即短路相角，它决定了暂态峰值直流分量的衰减时间常数，它决定了直流分量的衰减快慢。可见，对短路电流暂态过程起作用的主要是短路相角和衰减时间常数。短路相角由短路发生时间决定；衰减时间常数由系统电阻和电抗决定，后者主要包括线路阻抗、发变电站接地电阻以及系统源内阻等。主要考虑变电站内发生短路接地故障时的短路电流暂态过程特性，而对于变电站而言，其外部系统参数往往是固定的，在设计变电站接地系统时，存在变化的主要是变电站的接地电阻值和出线数量。因此，下面将短路相角、变电站接地电阻以及变电站出线数量作为短路电流暂态过程的主要影响因素，仿真分析这些参数变化时对短路电流暂态过程的影响规律。。实际运行的变电站，如果能在事先就对站内短路电流暂态过程的参数特性和变化规律有清晰的认识，那么在接地设计和危险预防等方面都将起到很好的指导作用，从而进一步保障站内人身和设备的安全。
2.短路相角对短路电流暂态过程的影响选在220 kV侧，变电站接地电阻取为不同短路相角下的短路电流波形体现短路电流暂态过程的主要参数是暂态持续时间和衰减系数。短路故障发生之后，短路电流峰值(不论是波峰还是波谷)设短路故障发生时刻则有暂态持续时间将不同短路相角下的短路电流暂态参数进行汇总，如不同短路相角下，短路电流稳态峰值不受影响；短路电流波形关于时问轴对称，暂态参数基本相同。
当短路故障在短路故障相电流的峰(谷)值时刻发生时，由于系统初始状态储存在储能元件中的能量较大，衰减直流分量的初始值会比较大，且在相同的系统阻尼条件下，会花费更长的时间去消耗这些能量，所以会产生更大的短路电流暂态峰值和更长的暂态持续时间；而当短路故障在短路故障相电流的过零时刻发生时，由于系统初始状态储存在储能元件中的能量几乎为零，所以它产生的暂态峰值很小并且暂态持续时间很短。
3.接地电阻对短路电流暂态过程的影响短路相角取为900。短路故障选在220 kV侧，随着变电站接地电阻的增大，衰减系数、短路电流暂态峰值和稳态峰值均逐渐减小，而暂态持续时间基本不变，只在接地电阻达到5 Q时有所减小，这可能是因为变电站接地电阻在系统阻抗中所占比例不大，所以接地电阻在5 Q以下变化时对暂态持续时间的影响并不明显，而在5 Q以上后其影响才有明显体现短路故障。
三、降低策略
1.设置临时接地点。因为变电站内出现短路故障时，会出现短路电流涌进地网的情况，引发安全问题，当入地后，会造成地电位升、二次骚扰电压、跨步电压等问题，会给变电站内部的二次设备造成影响，甚至会给人员造成安全威胁。避雷线的使用，能够实现短路电流分流，会给变电站地网入地电流、接地安全造成极大的影响。当架设避雷线绝缘后，为了能够降低变电站短路故障地网分流系数，则可采取布置临时接地点的施。通常情况下，在输电线路段，以不同距离间隔大小为主，设置临时接地点，对变电站地网分流系数的影响比较小。若在变电站出口位置处，布置临时接地点，则极大程度上能够减少变电站地网分流系数。从实际应用效果来说，短接塔杆数量控制在6-8基最佳，地网分流系数可有效降低，至少能够降低18%左右。从现有的研究来看，短路点位置以及变压器铭牌参数等的变化，对变电站接地网与地线相对分流，几乎不存在影响，所以对接地网分流系数的影响也不大。基于此，在计算变电站短路电流分流系数时，对选定容量的变压器，在结构、参数输入等方面，可以简化处理，适当的放宽精准度要求。考虑变压器的存在，但是不考虑计算值降低的情况，获得的结果更加贴合工程实际。基于此，在计算分流系数模型中，要考虑变压器的存在。
2.合理控制其它因素。首先，控制杆塔档距、档数、接地电阻、地线类型等因素。因为上述因素的存在，对变电站地线与接地网分流，有着不同程度的影响。基于此，给变电站接地网分流系数，造成了极大的影响，因此在进行分流系数计算时，要重点考虑此问题。其次，设计变电站降阻。因为变电站接地电阻增大，会使得分流系数减小，增加地电位升。基于此，合理设计变电站降阻，有着极大的必要性。最后，杆塔塔型、多回路等因素可以适当放宽控制。因为上述因素变化范围较为有限，或者受到其它因素的影响，几乎不会影响变电站接地网与地线相对分流能力。基于此，其对接地网分流系数变化的影响不大，因此可以不必过多考虑。变电站一侧出线数量固定时，随着另一侧出线数量的增加，暂态持续时间、短路电流暂态峰值和稳态峰值均增加，但是衰减系数逐渐减小。
结束语：对于短路电流暂态特性的研究虽然已出现一些理论分析但主要还是停留在算法分析以及理论模拟上，在短路电流暂态过程的实际以及影响因素分析方面还存在较大空白。随着变电站接地电阻的减小以及出线数量的增多，短路电流暂态峰值和稳态峰值均增大。
参考文献：
[1]田明明,曹晓斌,高竹青,杜俊乐.避雷线绝缘架设对变电站地网分流系数影响的研究[J].电工电能新技术,2016.35(12):26-31
[2]李谦,张波,蒋愉宽,肖磊石.变电站内短路电流暂态过程及其影响因素[J].高电压技术,2017.40(07):1986-1993
[3]吴锦鹏，张波，蒋愉宽，等．基于相分量模型的变电站短路电流分流系数计算[J]中国电机工程学报，2019，32(1)：122—130．