水電站等電位接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 鵬，孫 銳

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司 四川 成都 610000)

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水電站等電位接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 鵬1，孫 銳2

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司 四川 成都 610000)

水電站中二次設(shè)備中，大量使用電子設(shè)備，電子設(shè)備和控制電纜的防電磁干擾問題越來越受到關(guān)注。因?yàn)樗娬镜姆菢?biāo)性，且不同的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范對二次設(shè)備邏輯接地和控制電纜的接地方式和等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)要求也不完全一致，沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文從理論分析出發(fā)，給出了解決方案。

水電站;電磁干擾;等電位接地網(wǎng);接地

1 電纜屏蔽層接地和二次設(shè)備邏輯接地點(diǎn)接地意義

由于二次回路中大量采用電子設(shè)備，輸電電壓的增高以及廣泛采用塑料護(hù)套電纜等原因，使得控制電纜防止電磁干擾成為必須認(rèn)真對待的問題。電纜屏蔽層作為減小干擾的主要措施，已經(jīng)大量使用在控制電纜中。當(dāng)電纜的屏蔽層只單純的作為屏蔽時(shí)，最好兩端都接地，這樣既可起靜電屏蔽作用，又可起磁屏蔽作用。若主要的干擾源為低頻干擾時(shí)，電纜屏蔽應(yīng)一點(diǎn)接地。水電站中除出線場或敞開式開關(guān)站外，主要是低頻干擾。不同二次設(shè)備通過邏輯接地點(diǎn)一點(diǎn)接地，保證不同設(shè)備的邏輯接地點(diǎn)在同一電位，避免設(shè)備誤動(dòng)。

2 無等電位接地網(wǎng)的潛在危害

沒有設(shè)計(jì)等電位接地網(wǎng)之前，電纜的屏蔽層不論一端接地還是兩端接地，均是直接就近接入主接地網(wǎng)。過去由于電網(wǎng)容量較小，發(fā)生短路時(shí)接地電流也小，現(xiàn)在電網(wǎng)容量不斷增大，發(fā)生短路時(shí)的接地電流隨之增大；即使現(xiàn)在主接地網(wǎng)接地電阻能滿足規(guī)程要求( 控制在 0.5 Ω以下), 主接地網(wǎng)在短路電流注入點(diǎn)仍可能會(huì)產(chǎn)生上千伏的電壓。在發(fā)生大電流入地的時(shí)候，可能造成以下三點(diǎn)危害：

(1)對一端接地的電纜，屏蔽層由于沒有形成回路，有可能將此高電壓引入二次屏柜，造成設(shè)備損壞和控制回路誤動(dòng)；

(2)對兩端接地的電纜會(huì)產(chǎn)生兩點(diǎn)危害：一是當(dāng)接地網(wǎng)出線短路電流或雷擊電流時(shí)，由于電纜屏蔽層兩接地點(diǎn)的電位不同，屏蔽層內(nèi)流過電流，可能燒毀電纜；二是當(dāng)屏蔽層內(nèi)流過電流時(shí)，對每個(gè)芯線將產(chǎn)生干擾信號(hào)。

(3)不同的二次設(shè)備的邏輯接地點(diǎn)此時(shí)將不在同一電位上，由于二次設(shè)備的信號(hào)翻轉(zhuǎn)電平很小，可能因此產(chǎn)生誤動(dòng)。

3 設(shè)計(jì)等電位接地網(wǎng)的目的

設(shè)計(jì)了等電位接地網(wǎng)后，控制電纜的屏蔽層和二次設(shè)備的邏輯基地點(diǎn)均與等電位接地網(wǎng)可靠連接。等電位接地網(wǎng)僅在一點(diǎn)與主接地網(wǎng)連接，該連接點(diǎn)應(yīng)選擇在遠(yuǎn)離大電流入地點(diǎn)，因此，即使在大電流接地的情況下，可以認(rèn)為等電位接地網(wǎng)上各個(gè)部分的電位是相同的。在地中有大電流產(chǎn)生的時(shí)候，由于連接點(diǎn)的位置遠(yuǎn)離大電流入地點(diǎn)，此時(shí)等電位接地網(wǎng)的電位也將遠(yuǎn)小于入地點(diǎn)的電位。在發(fā)生大電流入地的時(shí)候：

(1)對屏蔽層一端接地的電纜，通過屏蔽層引入二次設(shè)備的高電壓將大大降低，保護(hù)了二次設(shè)備的安全。

(2)對屏蔽層兩端接地的電纜，由于兩端等電位，屏蔽層中不會(huì)產(chǎn)生過電流，保護(hù)了電纜，也不會(huì)對芯線產(chǎn)生干擾信號(hào)。

(3)不同二次設(shè)備的基準(zhǔn)電位將相同，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)。

4 等電位接地網(wǎng)的設(shè)置

如上所述，如果要達(dá)到最理想的控制電纜防干擾，就應(yīng)在所有控制電纜的兩側(cè)設(shè)置等電位接地網(wǎng)，將所有控制電纜的兩端都接地。但實(shí)際的情況是，水電站設(shè)備分散，特別是大中型水電站，不可能也沒有必要在所有的控制電纜兩端敷設(shè)等電位接地網(wǎng)。一般來說，水電站內(nèi)部的電磁干擾主要是低頻干擾，高頻干擾主要在敞開式開關(guān)站(大中型水電站開關(guān)站大都采用GIS設(shè)備，高頻干擾較小)和出線場。因此，水電站內(nèi)部的控制電纜屏蔽優(yōu)先按一點(diǎn)接地的方式考慮，而所有的控制電纜的一端，一般都是連接到對應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)。水電站在二次設(shè)備的布置上也一般是采用監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)集中布置，因此，全廠的等電位接地網(wǎng)優(yōu)先按如下方式考慮設(shè)計(jì)：

(1)廠內(nèi)在機(jī)旁和集中布置的二次盤柜室設(shè)置等電位接地網(wǎng);

(2)出線場設(shè)置一個(gè)等電位接地網(wǎng);

(3)不同部分的等電位接地網(wǎng)統(tǒng)一在主接地網(wǎng)的一點(diǎn)連接(該接地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離大電流入地點(diǎn)，如電纜豎井處)，構(gòu)成一個(gè)全廠的等電位接地網(wǎng)。

5 等電位接地網(wǎng)的應(yīng)用

大多情況下，水電站內(nèi)不同系統(tǒng)的控制電纜一般走向如下：元件——端子箱——現(xiàn)地控制柜——監(jiān)控系統(tǒng)柜(或保護(hù)系統(tǒng)柜)，而不同的兩個(gè)柜(箱)之間，是不同的電纜，必須將屏蔽層可靠的連接并連接到等電位接地網(wǎng)，確保所有控制電纜的屏蔽層均能最終接入等電位接地網(wǎng)。

對于各類端子箱和各類控制柜，在內(nèi)部設(shè)置一根與柜(箱)體絕緣的等電位接地銅排。所有的控制電纜的屏蔽層和二次設(shè)備的邏輯接地點(diǎn)都在本柜(箱)體內(nèi)連接到等電位接地銅排。

機(jī)旁的控制柜的等電位接地銅排與機(jī)旁的等電位接地網(wǎng)相連，集中布置的二次盤柜室的控制柜的等電位接地銅排與本盤柜室的等電位接地網(wǎng)相連，出線場的PT端子箱的等電位接地銅排與出線場的等電位接地網(wǎng)相連，其他分散的柜(箱)的等電位接地銅排懸空(通過控制電纜的屏蔽層接入附近的等電位接地網(wǎng))。通過以上連接，可以保證所有的控制電纜的屏蔽層至少能有一端接地，經(jīng)過出線場的控制電纜的屏蔽層有兩端接地。

按照以上方式設(shè)計(jì)，即可滿足我們的實(shí)際要求，又最大限度的節(jié)省投資。在實(shí)際的施工中，也提高了施工的便利性，避免了控制電纜的屏蔽層和二次設(shè)備的邏輯接地點(diǎn)直接接入主接地網(wǎng)。此舉實(shí)際也提供了一個(gè)等電位接地網(wǎng)的的檢測方式，在等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)的連接點(diǎn)斷開，等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)之間應(yīng)該是高阻絕緣的，從而判斷整個(gè)等電位接地網(wǎng)有且只有一點(diǎn)與主接地網(wǎng)連接。

對于個(gè)別獨(dú)立的系統(tǒng)，控制電纜沒有與全廠監(jiān)控系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)連接的，若有必要，可考慮單獨(dú)鋪設(shè)一根銅纜，將獨(dú)立系統(tǒng)的等電位接地銅排T接入最近的等電位接地網(wǎng)。

6 結(jié) 語

本文從控制電纜電磁屏蔽層和二次設(shè)備邏輯接地點(diǎn)的功能分析，結(jié)合水電站的實(shí)際布置，提出了控制電纜屏蔽層的接地選擇方式，進(jìn)而確定如何設(shè)置等電位接地網(wǎng)，最終如何形成全廠的等電位接地網(wǎng)。需要說明的是，因?yàn)樗娬镜奶厥庑?，每個(gè)電站的設(shè)備布置，廠房結(jié)構(gòu)均不盡相同，控制電纜屏蔽層的接地和等電位接地網(wǎng)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)每個(gè)電站獨(dú)立分析，不應(yīng)機(jī)械的按照某一個(gè)規(guī)范或要求施工。既保證實(shí)際工程需要，又最大限度的減少投資和減小施工難度。

[1] 姜樹德，劉國陽，等.DL/T 5065-2009水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國電力出版社,2009.

[2] 金章賢,徐恭祿，等.DL/T 5132-2001水利發(fā)電廠二次接線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國電力出版社,2001.

[3] 高華,唐艷茹,等.DL/T 5136-2012火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].中國計(jì)劃出版社,2012.

[4] 李國榮，熊濤，等.GB 50217-2007電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國計(jì)劃出版社,2007.

2015-06-26

陳鵬(1981-)，男，四川榮縣人，碩士研究生，工程師，從事水電站設(shè)計(jì)工作。

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