一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法与流程

本申请涉及高压电技术领域，尤其涉及一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法。

背景技术：

变电站接地网是埋在地下一定深度的多个金属接地极、以及用于连接接地极与电气设备接地部分的导线组成的网状结构接地装置。变电站接地网不仅为各种电气设备提供一个公共的信号参考地，更重要的是能够在系统发生故障时迅速排泄故障电流并降低地电位的升高，因而变电站接地网接地性能的优劣直接关系到电力系统工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运行。近年来，由于我国用电需求高速增长，电力系统规模和容量迅速扩大，接地短路电流越来越大，从而对变电站接地网的安全、可靠性能提出了更高的要求。

目前，评估变电站接地网性能的方法主要是测量变电站的接地电阻。接地电阻是指当有电流由接地网流入土壤时，土壤中呈现的电阻。对接地电阻的测量普遍采用的测量方法是三极法。测量步骤为：首先，在接地装置一定距离处设置一个电流辅助极与接地装置形成电流回路；然后，在接地装置一定距离处设置一个电压辅助极作为测量接地装置电压的零电位参考点；最后，通过向接地装置注入电流，测量接地装置的电压与电流，根据二者比值确定接地装置的接地电阻。

然而，由于电流辅助极与接地装置越近导致注入电流生成的电场畸变越大，电压辅助极与接地装置越近导致零电位参考点越不准确，因此，为提高接地电阻测量准确率，电压辅助极和电流辅助极需要设置在离接地装置较远处，导致测量需铺设长达数百米甚至数公里的电压辅助极引线和电流辅助极引线，准备工作量大；同时，利用三级法进行测量时，还需对接地装置、电压辅助极和电流辅助极组成的测量区域的土壤结构及土壤电阻率进行测量，进而评估接地电阻，以减少误差，测量工作量很大。另外，由于大电流试验装置成本特别贵，体积大，基本不具备现场实施的条件，因此，利用三级法进行测量时向接地装置注入的电流往往是一个较小的电流，该电流远小于实际短路故障的入地电流，无法真正发现接地网出现的缺陷。

技术实现要素：

本申请提供了一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，以解决变电站接地网性能评估复杂、可靠性低的问题。

本申请提供了一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，该方法包括：

在第一时间t1和第二时间t2分别将待评估变电站的一个测试杆塔上任一相线路与所述测试杆塔的塔身短接；

分别测量所述第一时间t1、第二时间t2对应的所述待评估变电站经所述测试杆塔的架空地线流入的总进站电流iw11、iw12，所述待评估变电站其他杆塔的架空地线流出的总出站电流iw21、iw22和所述待评估变电站的变压器中性点电流in1、in2；

根据得到所述待评估变电站在所述第一时间t1下的接地网初次分流系数k1和在所述第二时间t2下的接地网再次分流系数k2；

判断所述接地网再次分流系数k2相对所述接地网初次分流系数k1的变化率是否小于预设变化率阈值；

如果小于预设变化率阈值，则判定所述待评估变电站的接地网性能满足接地要求；如果大于或等于预设变化率阈值，则判定所述待评估变电站的接地网性能不满足接地要求。

优选地，所述预设阈值变化率p0的大小包括20％。

优选地，所述测试杆塔为距离所述待评估变电站最近的一个杆塔。

优选地，所述第一时间t1为所述待评估变电站正式投入使用前。

优选地，所述第二时间t2为所述待评估变电站投入使用后的任意评估时间。

本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法的有益效果包括：

本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，通过将待评估变电站的一个测试杆塔上一相线路与测试杆塔的塔身短接，实现模拟待评估变电站的短路故障，通过测量待评估变电站的总进站电流、总出站电流和待评估变电站的变压器中性点电流，计算得到待评估变电站的接地网初次分流系数，通过再次模拟短路故障及相关测量计算，得到待评估变电站的接地网再次分流系数，通过对接地网初次分流系数和接地网再次分流系数进行对比计算，可获得待评估变电站的短路故障电流分流能力变化情况，从而实现对待评估变电站接地网的性能评估；评估过程不需测量待评估变电站的接地电阻，从而避免了现有技术中测量接地电阻准备工作复杂、测量工作量很大的问题，本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，评估方法简单、容易实现。进一步的，本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，由于模拟的是短路故障，因此，待评估变电站的总进站电流、总出站电流和待评估变电站的变压器中性点电流大小与实际短路故障的相关电流大小相接近，对待评估变电站性能评估的可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估系统的结构示意图；

符号表示为：

1-变压器，2-变电站接地网，3-a相线，4-b相线，5-c相线，6-测试杆塔架空地线，7-其他杆塔架空地线，8-测试杆塔，9-龙门架，10-短接引线。

具体实施方式

参见图1，为本申请实施例提供的一种基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法的流程示意图，如图1所示，本申请实施例提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，具体包括以下步骤：

步骤s110：在第一时间和第二时间分别将待评估变电站的一个测试杆塔上任一相线路与测试杆塔的塔身短接。

具体的，第一时间优选为待评估变电站投入使用前。在待评估变电站建成投入使用前对待评估变电站进行带电测试时，在待评估变电站外进线进行人工短路实验，即选择属于待评估变电站的一个杆塔作为测试杆塔，将测试杆塔上三相线路的其中一相线路与与测试杆塔的塔身短接，模拟单线对地短路故障。人工短路试验进行后，测试杆塔上将产生短路电流，短路电流的一部分通过测试杆塔接地电阻入地，另一部分流入测试杆塔的架空地线，并通过测试杆塔的架空地线流入待评估变电站，流入待评估变电站的短路电流记为iw11。

第二时间优选为待评估变电站投入使用一段时间后。待评估变电站投入使用一段时间后，其接地网的接地性能可能出现下降，影响待评估变电站的安全运行以及变电站工作人员的人身安全，因此，在待评估变电站投入使用一段时间后，重新在待评估变电站外进线进行人工短路实验，以实现与待评估变电站投入使用前的接地网性能评估进行对比，获取待评估变电站在投入使用后与投入使用前的接地网性能变化。第二时间进行人工短路实验的方法与第一时间进行人工短路实验的方法相同，在此不再赘述。第二时间进行人工短路实验后流入待评估变电站的短路电流记为iw12。

当然，第一时间和第二时间也可分别选择其他时间，如第一时间还可选为待评估变电站投入使用1年后，第二时间可选择待评估变电站投入使用3年后等等。

进一步的，本申请实施例中，为提高第一时间和第二时间进行的待评估变电站接地网性能变化对比的可靠性，优先选择待评估变电站外同一个杆塔作为测试杆塔，且优先选择测试杆塔上的同一相线与测试杆塔的塔身短接，而相线的选择可根据三相线的排列情况确定，如三相线为水平排列，可选择任意一条相线进行短接，如三相线为垂直排列，可选择距离地面最近的相线进行短接，两次短接位置也优选为相同位置。

步骤s120：分别测量第一时间、第二时间对应的待评估变电站经测试杆塔的架空地线流入的总进站电流iw11、iw12，待评估变电站其他杆塔的架空地线流出的总出站电流iw21、iw22和待评估变电站的变压器中性点电流in1、in2。

具体的，第一时间对应的待评估变电站经测试杆塔的架空地线流入的总进站电流即为流入待评估变电站的短路电流iw11。流入待评估变电站的短路电流iw11的第一一部分经待评估变电站的接地网流入大地，这一部分电流记为接地网入地电流ig1；第二部分则流向待评估变电站其他杆塔上的架空地线，这一部分电流记为总出站电流iw21；第三部分则流向待评估变电站的变压器，经变压器的中性点流入大地，这一部分电流记为in1。由上述短路电流iw11的流向可见，接地网入地电流ig11的计算公式为ig1＝iw11-iw21-in1。

利用电流探头分别测量总进站电流iw11、总出站电流iw21和变压器中性点电流in1，并进一步计算出接地网入地电流ig1。

第二时间对应的总进站电流iw12、总出站电流iw22和变压器中性点电流in2的测量方法与第一时间测量总进站电流iw11、总出站电流iw21和变压器中性点电流in1的方法相同，计算对应的接地网入地电流ig2的方法与计算第一时间对应的接地网入地电流ig1的方法相同。

步骤s130：根据得到待评估变电站在第一时间下的接地网初次分流系数k1和在第二时间下的接地网再次分流系数k2。

具体的，接地网分流系数k(包括接地网初次分流系数k1和接地网再次分流系数k2)即为待评估变电站的接地网对于短路电流的分流占比，由步骤s120分析的短路电流流向可推出，待评估变电站在第一时间下的接地网初次分流系数k1的计算公式为待评估变电站在第二时间下的接地网再次分流系数k2的计算公式为

步骤s140：判断接地网再次分流系数k2相对接地网初次分流系数k1的变化率是否小于预设变化率阈值。

具体的，根据步骤s130的接地网初次分流系数k1和接地网再次分流系数k2的计算过程可知，接地网分流系数k反应了待评估变电站的接地网对于短路电流的分流占比，因此，接地网分流系数k的变化(本申请实施例中指接地网初次分流系数k1和接地网再次分流系数k2的变化)可代表待评估变电站的接地网对于短路电流的分流能力的变化，从而可作为待评估变电站的接地网性能评估的重要指标。

将接地网再次分流系数k2相对接地网初次分流系数k1的变化率记为待评估变电站的接地网性能变化率p1，p1的计算公式为：

设置一个待评估变电站的预设变化率阈值p0。预设变化率阈值p0根据接地网接地要求进行设置，本申请实施例中，优选预设阈值变化率p0的大小为20％。在第一时间和第二时间对待评估变电站进行人工短路试验和相关测量计算后，计算得到待评估变电站的接地网性能变化率p1，判断p1是否小于p0。

步骤s150：如果小于预设变化率阈值，则判定所述待评估变电站的接地网性能满足接地要求。

具体的，如果接地网性能变化率p1小于预设变化率阈值p0，则表明待评估变电站的接地网性能变化较小，从而判定待评估变电站的接地网性能满足接地要求。

步骤s160：如果大于或等于预设变化率阈值，则判定所述待评估变电站的接地网性能满足接地要求。

具体的，如果接地网性能变化率p1大于或等于预设变化率阈值p0，则表明待评估变电站的接地网性能变化较大，即待评估变电站在投入使用一段时间后的接地网性能与在投入使用前的接地网性能差距较大(通常为接地网性能下降幅度较大)，从而判定待评估变电站在第二时间的接地网性能已经不能满足接地要求，需要进行检修。

本申请实施例中，通过对待评估变电站进行人工短路实验以及相关测量与计算，可实现对待评估变电站的接地网性能评估。参见图2，为本申请实施例提供的一种变电站接地网性能评估系统的结构示意图。如图2所示，本申请实施例提供的变电站接地网性能评估系统，包括变压器1、变电站接地网2、a相线3、b相线4、c相线5、测试杆塔8架空地线6、其他杆塔架空地线7、测试杆塔8、龙门架9以及短接引线10。

具体的，测试杆塔8架空地线6通过龙门架9与变电站接地网2连接，测试杆塔8上的a相线3、b相线4和c相线5分别连接变压器1，测试杆塔8上的c相线5通过短接引线10与测试杆塔8的塔身短接。通过电流探头c1测量测试杆塔8架空地线6上的电流iw1，通过电流探头c2测量其他杆塔架空地线7上的总电流iw2，通过电流探头c3测量变压器1的变压器1中性点电流in。其中，其他杆塔架空地线7包括多根架空地线，对应的电流探头c2的数量为多个。

某变电站(待评估变电站)在投入使用前，进行人工短路实验，得到总进站电流iw11为6.2ka，总出站电流iw21为0.8ka，变压器中性点电流为0.9ka，则可计算得到通过接地网入地的电流ig1为4.5ka，接地网初始分流系数k1为72.6％。变电站运行5年后，重新进行人工短路试验，得到总进站电流iw12为4.2ka，总出站电流iw22为1.2ka，变压器中性点电流为1.9ka，则通过接地网入地的电流ig2为1.1ka，接地网再次分流系数为26.2％，远小于变电站投运前的分流系数72.6％，计算得到变电站接地网性能变化率p1为63.9％，远大于预设变化率阈值p0，因此可判断该变电站接地网络不满足接地要求，甚至可能存在故障，需要对该变电站进行进一步检修。

从上述实施例可以看出，本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，通过将待评估变电站的一个测试杆塔上一相线路与测试杆塔的塔身短接，实现模拟待评估变电站的短路故障，通过测量待评估变电站的总进站电流、总出站电流和待评估变电站的变压器中性点电流，计算得到待评估变电站的接地网初次分流系数，通过再次模拟短路故障及相关测量计算，得到待评估变电站的接地网再次分流系数，通过对接地网初次分流系数和接地网再次分流系数进行对比计算，可获得待评估变电站的短路故障电流分流能力变化情况，从而实现对待评估变电站接地网的性能评估；本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，评估过程不需测量待评估变电站的接地电阻，从而避免了现有技术中测量接地电阻准备工作复杂、测量工作量很大的问题，本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，评估方法简单、容易实现。进一步的，本申请提供的基于人工短路实验的变电站接地网性能评估方法，由于模拟的是短路故障，因此，待评估变电站的总进站电流、总出站电流和待评估变电站的变压器中性点电流大小与实际短路故障的相关电流大小相接近，对待评估变电站性能评估的可靠性高。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。