接地技術(shù)在變電站工程設(shè)計中應(yīng)用

[摘 要]本人根據(jù)實際工作經(jīng)驗，詳細(xì)分析了目前變電站工程設(shè)計及實際應(yīng)用中，各種接地技術(shù)應(yīng)用存在的問題及問題產(chǎn)生的原因，論證了正確的接地方法及工程設(shè)計中需要注意的要點。

[關(guān)鍵詞]接地技術(shù)；干擾；變電站

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）05-0246-01

變電站中設(shè)備眾多，應(yīng)用各異，接地方式多樣，因此接地方式不當(dāng)引發(fā)的故障也較多。由接地引起的故障一般都比較隱蔽，難于發(fā)現(xiàn)和查找。如何使這些設(shè)備正確、可靠地接地，是變電站建設(shè)、運行及維護(hù)工作中的一項重要內(nèi)容。在長期的運行實踐中，電力部門總結(jié)制訂了各種電氣設(shè)備詳細(xì)的接地規(guī)定，并要求在實際工作中嚴(yán)格遵照執(zhí)行。

近年來筆者在一些變電站設(shè)備的工程設(shè)計及現(xiàn)場問題處理的工作實踐中發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)多的變電站設(shè)備執(zhí)行接地規(guī)章不徹底，有關(guān)人員對這些規(guī)定不十分理解，只是部分地按照規(guī)定執(zhí)行，甚至還有采用完全錯誤的接地方式。這些都給設(shè)備的安全運行造成嚴(yán)重隱患。

1、變電站接地方式

按變電站接地的作用，變電站的接地方式可分為以下幾種：1）避雷接地，如金屬避雷針接地、金屬避雷器接地；2）安全接地，是將儀器外殼機架等接地，以防人身觸電或靜電放電。3）抗干擾接地，如電纜的屏蔽層接地等。4）工作接地，目的是為電子設(shè)備的各類電路提供一個電位基準(zhǔn)。在變電站中包括一次設(shè)備的工作接地，和二次設(shè)備的工作接地。

避雷接地和安全接地原理簡單，大家容易理解，實際中問題較少；而工作接地和抗干擾接地因為在變電站中的環(huán)境特殊，其作用機理與一般設(shè)備的此類接地有所不同，如果考慮不周，則很容易出現(xiàn)錯誤。

2、CT、PT的工作接地

規(guī)程中明確規(guī)定：電壓互感器、電流互感器的二次回路只允許有一點接地，電壓互感器的二次回路中開口三角線圈與其他線圈回路之間要相互獨立，不能共用接地線，然而在實際設(shè)計、安裝中，CT、PT不按此規(guī)定方法接地卻時有發(fā)生。最常見的是在CT、PT就地和控制室兩端接地、PT在控制室多點接地、PT的二次回路中開口三角線圈與其他線圈回路共用N相線的錯誤接法。電壓互感器、電流互感器的二次回路只允許有一點接地，只能通過一點連接于地網(wǎng)，是因為地電位并不相等，各點之間存在電位差。兩點或多點接地以后該電位差將被引人二次保護(hù)回路，導(dǎo)致保護(hù)不正確動作。根據(jù)有關(guān)研究，此電位差可達(dá)到500 V，足以導(dǎo)致保護(hù)誤動作。在電流二次回路中，如果正好在繼電器線圈兩邊都有接地點，則兩接地點和地所構(gòu)成的并聯(lián)回路會短路電流線圈，使通過電流線圈的電流大為減少。此外，當(dāng)發(fā)生接地故障時，兩接地點的工頻電位差將在線圈中產(chǎn)生極大的額外電流。

根據(jù)目前工程中習(xí)慣做法，二次圖紙由保護(hù)設(shè)備生產(chǎn)廠家與變電站設(shè)計部門分別設(shè)計，雙方以保護(hù)屏端子為界，端子以外接線由變電站設(shè)計部門負(fù)責(zé)，端子以內(nèi)部分接線圖紙由廠家提供。于是廠家在保護(hù)屏內(nèi)設(shè)計了接地點，而設(shè)計部門在設(shè)備安裝處設(shè)置了接地點，如果彼此缺乏溝通，最終圖紙又審核不嚴(yán)，則很容易導(dǎo)致多點接地問題的發(fā)生。

3、電纜屏蔽層的接地

電纜屏蔽層采取什么方式接地，是一端接地還是兩點端接地，或者是多點接地？對此一直有爭論，而在實際中的做法也不統(tǒng)一。之所以出現(xiàn)這種情況，很多是因為有關(guān)人員對不同接地方式的工作原理不清楚或理解錯誤所致。

3.1 控制電纜的接地

大量理論研究和現(xiàn)場試驗表明，控制電纜屏蔽層不接地時，將會在屏蔽層上感應(yīng)出高達(dá)10 kV的電壓，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全，曾發(fā)生過端子排擊穿、保險熔斷的事故。屏蔽層一端接地時，在另一不接地端仍感應(yīng)有數(shù)千伏電壓。而屏蔽層兩端接地可大大降低感應(yīng)電壓到數(shù)百伏。因此，二次電纜屏蔽層兩端接地比一端接地具有更強的抗干擾能力，其過電壓水平也較低，可以達(dá)到較好的電磁兼容效果。

緊靠電纜敷設(shè)截面足夠大的兩端接地的銅導(dǎo)線是抑制地網(wǎng)電流對電纜干擾的有效辦法，同時也是為了防止大故障電流時保護(hù)電纜屏蔽層不被燒毀。但是，此辦法不適用于電纜中的備用芯線兩端接地。從原理上講，電纜中的備用芯線兩端接地也會在信號芯線中產(chǎn)生與外界電磁干擾電壓相反的縱向電勢，有一定的抗干擾作用。但變電站場地與控制室的地電位可能不同，從而在備用接地芯線上產(chǎn)生環(huán)流，該環(huán)流將在其他信號芯線中產(chǎn)生差模干擾。所以，一般不允許用電纜備用芯線兩端接地的方法作為抗電磁干擾的措施。

注：《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置反事故措施要點》中明確要求：控制電纜屏蔽層必須兩端接地；不能用備用芯線兩端接地作為抗干擾措施。

3.2 敏感信號的二次電纜

對于一些重要的信號量和通訊線等敏感信號的二次電纜，當(dāng)采用一點或兩點接地都不能滿足抗干擾要求時，可考慮選擇雙層屏蔽電纜，外屏蔽層兩點接地，內(nèi)屏蔽層一點接地。這時外屏蔽層上流動的噪聲電流對內(nèi)屏蔽層幾乎無影響。

3.3 微機系統(tǒng)通訊線的接地

微機系統(tǒng)通訊線多采用屏蔽雙絞線。屏蔽層兩端接地可以有效防止過電壓對通訊回路的危害。一點接地雖然可以避免兩端接地時屏蔽層感應(yīng)電流對通訊回路的干擾，但考慮到通訊線是弱電回路，而且工作于變電站這樣的強電磁場環(huán)境，極易產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，而過電壓造成的危害是致命的，所以還是應(yīng)該兩端接地比較好。還應(yīng)提到的是，在電子電路中，一般遵循“低頻一點接地，高頻多點接地”的原則。這主要是接地線路的阻抗在高頻時變大，因此在接地線路上產(chǎn)生的電壓降就不能忽略。這一原則是對電子系統(tǒng)的工作電路而言的，并不適用于線路的屏蔽層接地。

3.4 保護(hù)屏屏蔽接地與微機系統(tǒng)接地

采用電磁型器件的變電站，其保護(hù)監(jiān)控設(shè)備由于是強電驅(qū)動的，抗干擾電磁能力比較強，對接地要求不高，一般是所有器件在控制屏后統(tǒng)一一點直接接地。而現(xiàn)在的變電站綜合自動化系統(tǒng)普遍采用的都是新型微機保護(hù)監(jiān)控裝置，其工作電壓一般為5～24V的弱電回路，對電磁干擾十分敏感，所以繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的控制屏屏后統(tǒng)一一點直接接地方式，將使得強電與弱電之間產(chǎn)生了電的聯(lián)系，容易導(dǎo)致干擾的產(chǎn)生，顯然是非常不合適的。為了減少可能的干擾傳輸途徑，應(yīng)盡可能地將不同類型的“地”區(qū)分開來，各自獨立接地。采用微機保護(hù)系統(tǒng)的控制屏一般有弱電地和強電地：前者包括微機系統(tǒng)的地，后者包括前面提到的CT、PT工作接地，若再細(xì)分還有裝置外殼和保護(hù)屏屏體的屏蔽接地。弱電地和強電地它們應(yīng)該各自獨立，分別引至保護(hù)屏底部的橫截面不小于100m㎡。的銅排，而且這個銅排要求與保護(hù)屏屏體絕緣，用專門的接地線直接與地網(wǎng)相連。裝置外殼和保護(hù)屏屏體直接屏蔽地搭接起來，保護(hù)屏屏體與地軌焊接在一起，地軌再連接到地網(wǎng)上。

考慮到雷擊或嚴(yán)重短路故障時，地網(wǎng)中將流過大電流，導(dǎo)致地網(wǎng)各點產(chǎn)生電位差，而這一電位差可能會影響微機系統(tǒng)的正常工作。因此要求將弱電的地不直接接地網(wǎng)，而是單獨以橫截面不小于100 m㎡的銅線引至接地網(wǎng)，形成更加獨立的微機系統(tǒng)的地，更有利于微機系統(tǒng)的安全運行。這些方法已在一些地方電力部門的反措中做出了專門規(guī)定。

結(jié)語

由于電力設(shè)備的設(shè)計關(guān)系重大，設(shè)計人員的設(shè)計思想一般比較保守求穩(wěn)，沒有把握的情況下不會改變傳統(tǒng)做法，因此目前工程設(shè)計中基本延續(xù)老的接地做法。這也就造成由接地不當(dāng)引起的故障一般很難查找，往往以原因不明作結(jié)論，這一直是變電站一些故障難以解決的問題。還必須指出，變電站設(shè)備的接地方式多樣，在具體的工程設(shè)計中，要根據(jù)不同的情況來選擇合適的接地方式。

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊吟梅.變電站內(nèi)有關(guān)電磁兼容問題.電網(wǎng)技術(shù)，1997（2）.

[3] 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置反事故措施要點.原電力部.1994.

作者簡介

黨昊彥，男（1989年3月），漢族，河南省洛陽市，大唐鞏義發(fā)電有限責(zé)任公司，助工，研究方向：電氣自動化。