变电二次常用计算及二次接地分析

变电二次常用计算及二次接地分析

郭必揄

郭必揄

身份证：360802198212XXXX13，深圳市达能电力技术有限公司

1、前言

当前，变电站二次系统已经成为整个电力工业变电站控制、测量的主要系统，只有提高回路的安全性、准确性，才能确保变电站以及电力系统的安全稳定运行。因此，对于一线设计人员来说，熟料掌握变电站二次设计相关规范、尤其是常用的计算及二次接地原理的掌握，显得尤为重要。比如《PT二次绕组准确级选择及二次容量核算》、《CT绕组二次参数较验计算》、《直流系统设计计算》以及二次接地原理分析。

1.1、PT二次绕组准确级选择及二次容量核算。

选择合适的电压互感器，既要满足测量精度也要满足电压互感器的容量，变电站电压互感器计量、保护（测量）用准确级一般分别为0.2、3P(0.5)，二次容量核算见下表。

1.2、CT二次容量简易计算。

电流互感器二次参数正确选择对电网安全稳定运行至关重要，主要包括准确级、准确限值系数、二次容量。电流互感器选择验算应按符合下列规定：

1、准确级，变电站电流互感器计量、测量、保护用准确级一般分别为0.2S、0.5S、P级。

2、准确限值系数，额定准确限值一次电流大于1.25倍保护校验故障电流，即准确限值系数大于1.25倍的保护校验故障电流与额定一次电流之比（取最小变比值）；考虑到CT暂态饱和的影响，准确限值系数应大于暂态系数与保护校验系数之积（暂态系数取2）。

3、二次负荷，电流互感器额定二次负荷大于实际二次负荷，实际二次负荷计算过程具体如下：

1.3、直流系统设计计算。

直流系统计算包括：直流系统设计要求、直流负荷统计、蓄电池组计算、充电装置选择、高频开关电源模块配置和数量。

1、直流系统设计要求：包括直流系统电压【Un=110V或220V】、浮充电运行母线电压【Ue=1.05Un】、均衡充电单体电池最高电压【控制负荷：Uc≤1.10Un/n、动力负荷：Uc≤1.125Un/n、控制与动力混合：Uc≤1.1Un/n）、事故放电末期直流母线及单体电池最低电压（Un=110V或220V】、浮充电运行母线电压【Ue=1.05Un】、均衡充电单体电池最高电压【控制负荷：Um≥0.85Un/n、动力负荷：Um≥0.875Un/n、控制与动力混合：Um≥0.875Un/n】、蓄电池组母线电压【UD=nUd，Ud】、系统配置要求：【双充双蓄】。

2、直流负荷统计：包括信号指示灯及位置继电器【负荷系数0.6】、保护装置和控制操作箱及监控系统装置【负荷系数0.6】、断路器跳闸【负荷系数0.6】、恢复供电断路器合闸【负荷系数1】、交流不停电电源【负荷系数0.6】、事故照明【负荷系数1】。

3、蓄电池组计算：包括蓄电池数量【n=1.05Un/Uf】、蓄电池容量【公式1：容量合计CΣ=二次容量Cc+通信容量Cc；公式2：Cc≥（Kk*Cs.x）/Kcc；Kk可靠系数固定取1.4；Kcc容量换算系数根据放电时间、放电终止电压及蓄电池组类型查容量换算系数表；Cs.x：继保专业按2小时考虑统计、通信专业按8小时考虑统计】、按电压水平蓄电池容量校验UD＞Um【按事故放电初期（1min），蓄电池突然承受放电电流电压水平验算：公式Kcho=Kk*Icho/I10；按事故放电末期，蓄电池再承受冲击负荷时的电压水平验算：公式1Km.x=KkCs.x/(tI10)，公式2Kchm=Kk*Ichm/I10】、按任意事故放电阶段末期，蓄电池所能保持的电压水平验算UD＞Um【按事故放电1h末期，蓄电池所能保持的电压水平验算：公式Km.x=KkCs.x/(tI10)；按事故放电0.5h末期，蓄电池所能保持的电压水平验算：公式Km.x=KkCs.x/(tI10)】。

4、充电装置选择：包括充电设备额定电流Ir【满足浮充电要求：Ir=0.01I10+Ijc；满足初充电要求：Ir=1.0～1.25I10；满足均衡充电要求：Ir=(1.0～1.25I10)+Ijc】、充电设备输出额定电压【Ur=nUcm】。

5、高频开关电源模块配置和数量【n=n1+n2；n1=Ir/Ime；n2=1（当n1≤6）；n2=2（n1≥7）】

1.4、二次接地原理分析。

变电站接地网地电位升高直接与二次系统的安全性相关。一次系统发生接地故障时，地电位升高的同时电流注入接地网，接地网中流动的电流，将在二次电缆的芯线—屏蔽层之间、或二次设备的控制信号线或电源线与地之间产生电位差，当此电位差超过二次电缆或二次设备绝缘的工频耐受电压时，二次电缆或设备将会发生绝缘破坏。因此，必须将极限电位升高控制在二次系统安全值之内。

一般二次电缆2s工频耐受电压较高（≥5kV），而二次设备，如综合自动化设备，其工频绝缘耐受电压为2kV、1min。从安全出发，二次系统绝缘耐受电压取2kV。

二次系统在接地故障时承受的电位差及电流，还取决于二次电缆屏蔽层的接地方式，具体如下：

二次电缆屏蔽层单端接地时，电缆屏蔽层中没有电流流过，接地故障时二次电缆芯线上的感应电位很小，而电缆屏蔽层电位随地电位升高至很高，二次电缆芯—屏蔽层的电位差即为地电位升高值。该电位差施加在二次电缆绝缘上，造成二次电缆被击穿。

二次电缆两侧屏蔽层接地，接地故障电流注入接地网会有部分电流从电缆的屏蔽层中流过，将在二次电缆的芯线上感应较高的电位，从而使作用在二次电缆的芯—屏蔽层电位差减小，而流过二次电缆屏蔽层的电流超过一定值，造成二次电缆被烧毁。

综合考虑，为了不使二次电缆被击穿或被烧毁，选择二次电缆两侧屏蔽层接地的同时延电缆敷设路径上平行布置一根扁铜或铜绞线，室内外所有扁铜或铜绞线联络在一起就形成了专用二次接地网，二次电缆屏蔽层两端与二次专用接地网可靠连接。这样接地故障时，由于扁铜的阻抗比二次电缆屏蔽层的阻抗小得多，因此故障电流主要从扁铜中流过，而流过二次电缆的屏蔽层的电流较小，从而消除屏蔽层双端接地时可能烧毁二次电缆的危险。

另外，原先主控室二次屏柜设有二次绝缘铜排及非绝缘铜排，绝缘铜排用于工作接地，工作接地包括装置逻辑接地（主机电源接地）、信号回路接地，屏蔽层接地；非绝缘铜排用于保护接地，保护接地即为外壳接地。根据《南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编（2014年）》条文‘二次地网不要求绝缘’的释义得知，电缆沟及电缆层二次接地网铜排敷设不需要用绝缘子与一次地网隔离，二次屏柜、端子箱、机构箱内二次铜排也不需要用绝缘子与一次地网隔离。

2、结语

本文针对当前变电二次设计常用的计算及二次接地问题进行原理分析，对目前刚毕业工作年限不久或理论知识欠缺的设计人员来说，可以起到很大帮助，当然，要想做好变电二次设计，还需要通过日常的工作不断积累经验，发现并改进。

参考文献

[1]《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》DL/T866-2015.

[2]《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065-2011.

[3]DLT5044-2014电力工程直流电源系统设计技术规程.

[4]《南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编（2014年）》.