﻿ 基于IEEE Std 80-2013的400 kV开关站接地计算及仿真研究
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 应用科技  2018, Vol. 45 Issue (5): 67-70  DOI: 10.11991/yykj.201712008 0

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SU Xiulan. Calculation and simulation of the ground grid of 400 kV substation based on IEEE Std 80-2013[J]. Applied Science and Technology, 2018, 45(5), 67-70. DOI: 10.11991/yykj.201712008.

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1. 成都英华科技有限公司，四川 成都 610041;
2. 四川兴元电力设计有限公司，四川 成都 610021

Calculation and simulation of the ground grid of 400 kV substation based on IEEE Std 80-2013
SU Xiulan1,2
1. Chengdu Yinghua Technology Co., Ltd., Chengdu 610041, China;
2. Sichuan Xingyuan Electric Power Design Limited Company, Chengdu 610021, China
Abstract: In order to investigate whether the grounding resistance and safety performance parameters of the ground grid of the 400 kV switch station meet the design requirements, the CDEGS software and IEEE Std 80-2013 are used to calculate them; and then analyze and compare their differences in many aspects such as data sorting and analysis of soil resistivity, ground potential rise, contact voltage and step voltage etc. The results show that these two kinds of analysis results of CDEGS software and IEEE Std 80-2013 are coincident basically.
Keywords: grounding grid    earthing resistance    touch voltage    step voltage    ground potential rise    powerstation    ground grid model    ground grid parameter    IEEE Std 80-2013

1 工程概况

2 开关站土壤电阻率数据分析 2.1 IEEE Std 80-2013计算方法

2.2 CDEGS软件建模仿真

3 开关站地网最大允许接触电压和跨步电压

1)可承受的最大跨步电压值(体重50 kg)：

 ${{E}}_{{\rm{step}}}^{} = {\rm{(1 \; 000}} + {6{C_s}} \cdot {{\rm{\rho }}_{\rm{s}}}{\rm{)}}\frac{{{\rm{0}}{\rm{.116}}}}{{\sqrt {{{{t}}_{{s}}}} }}$

2)可承受的最大接触电压值(体重50 kg)：

 ${{{E}}_{{\rm{touch}}}} = {\rm{(1 \; 000}} + {\rm{1.5}}{{C_s}} \cdot {{\rm{\rho }}_{\rm{s}}}{\rm{)}}\frac{{{\rm{0}}{\rm{.116}}}}{{\sqrt {{{{t}}_{{s}}}} }}$

 ${C_s} = 1 - \frac{{0.09\displaystyle \left( {1 - \frac{\rho }{{{\rho _s}}}} \right)}}{{2{h_s} + 0.09}}$

4 基于IEEE Std 80-2013的计算 4.1 接地电阻计算

1)地网的接地电阻

 ${R_1} = \frac{\rho }{{{\rm{\pi }}{L_c}}}\left[ {\ln \left( {\frac{{2{L_c}}}{{\alpha '}}} \right) + \frac{{{k_1} \cdot {L_c}}}{{\sqrt A }} - {k_2}} \right]$

2)垂直接地极组的接地电阻

 ${{{R}}_{\rm{2}}} = \frac{\rho }{{{\rm{2}}\pi {n_R}{{{L}}_{\rm{r}}}}}\left[{\rm{ln}}\frac{{{\rm{4}}{{{L}}_{\rm{r}}}}}{b}{\rm{)}} - {\rm{1}} + \frac{{{\rm{2}}{{{K}}_{\rm{1}}} \times {{{L}}_{\rm{r}}}}}{{\sqrt {{A}} }}{{\rm{(}}\sqrt {{{{n}}_{{R}}}} - {\rm{1)}}^{\rm{2}}}{\rm{}}\right]$

3)地网和接地极组的交互接地电阻

 ${R_m} = \frac{\rho }{{{\rm{\pi }}{L_c}}}\left[ {\ln \left( {\frac{{2{L_c}}}{{{L_r}}}} \right) + \frac{{{k_1} \cdot {L_c}}}{{\sqrt A }} - {k_2} + 1} \right]$

4)把地网电阻、接地极组电阻和交互电阻综合起来计算系统的总电阻Rg

 ${R_g} = \frac{{{R_1}{R_2} - {R_m}^2}}{{{R_1} + {R_2} - 2{R_m}}}$

4.2 网孔电压(Em)
 ${E_m} = \frac{{\rho \cdot {K_m} \cdot {K_i} \cdot {I_G}}}{{{L_M}}}$
 $式中：${K_m} = \frac{{\text{1}}}{{{\text{2}}\pi }} \times \left[ {{\text{ln}}(\frac{{{D^{\text{2}}}}}{{16hd}} + \frac{{{{(D + 2h)}^{\text{2}}}}}{{8Dd}} - \frac{h}{{4d}}) + \frac{{{K_{ii}}}}{{{K_h}}}{\text{ln}}\frac{8}{{\pi (2n - {\text{1}})}}} \right]

 ${K_h} = \sqrt {1 + \frac{h}{{{h_0}}}},n = {n_a} \cdot {n_b} \cdot {n_c} \cdot {n_d}$
 ${K_i} = 0.644 + 0.148 \cdot n$
 ${L_M} = {L_c} + {L_R}$

d是地网导体的直径，m；h是地网导体的埋深m；D是网格距离，m；Lc是水平地网中导体的总长度，m；Lp是地网周边的长度，m；Lx是地网在x方向上的最大长度，m；Ly是地网在y方向上的最大长度，m；LR是所有垂直接地极的总长度，m；Lr是每根垂直接地极的长度，m。

4.3 最大跨步电压(Us)

 ${{{U}}_S} = \frac{{\rho {K_s}{K_i}{I_G}}}{{L_s}}$ (1)

 ${L_s} = 0.75{L_c} + 0.85{L_R}$
 ${K_s} = \frac{1}{{\rm{\pi }}}\left[ {\frac{1}{{2h}} + \frac{1}{{D + h}} + \frac{1}{D}\left( {1 - {{0.5}^{n - 2}}} \right)} \right]$

5 CDEGS软件建模分析 5.1 地网建模

5.2 仿真分析成果

6 IEEE Std 80-2013和CDEGS分析结果对比

7 结论

1) IEEE Std 80-2013中提出的土壤电阻率数据整理方法分为均匀土壤和近似双层土壤，接地电阻、接触电压和跨步电压均为均匀土壤电阻率情况下的公式，故与CDEGS软件计算结果相比，CDEGS软件RESAP土壤分析模块计算的结果更能反映现场的实际分层情况。

2) 用IEEE Std 80-2013和CDEGS软件对本站进行接地电阻和安全性能参数的分析，表明结果基本一致。

3) 接触电压和跨步电压最大值发生在地网边缘网孔和四角位置，基本满足安全要求。

4) 采用CDEGS软件对本站地网四角进行优化处理，可适当降低边角的接触电压和跨步电压值，同时采用软件分析，可视化较强，更能指导设计工作。

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