水電站等電位接地網設計與應用

陳 鵬，孫 銳

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.雅礱江流域水電開發有限公司 四川 成都 610000)

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水電站等電位接地網設計與應用

陳 鵬1，孫 銳2

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.雅礱江流域水電開發有限公司 四川 成都 610000)

水電站中二次設備中，大量使用電子設備，電子設備和控制電纜的防電磁干擾問題越來越受到關注。因為水電站的非標性，且不同的標準或規范對二次設備邏輯接地和控制電纜的接地方式和等電位接地網的敷設要求也不完全一致，沒有一個統一的標準。本文從理論分析出發，給出了解決方案。

水電站;電磁干擾;等電位接地網;接地

1 電纜屏蔽層接地和二次設備邏輯接地點接地意義

由于二次回路中大量采用電子設備，輸電電壓的增高以及廣泛采用塑料護套電纜等原因，使得控制電纜防止電磁干擾成為必須認真對待的問題。電纜屏蔽層作為減小干擾的主要措施，已經大量使用在控制電纜中。當電纜的屏蔽層只單純的作為屏蔽時，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，電纜屏蔽應一點接地。水電站中除出線場或敞開式開關站外，主要是低頻干擾。不同二次設備通過邏輯接地點一點接地，保證不同設備的邏輯接地點在同一電位，避免設備誤動。

2 無等電位接地網的潛在危害

沒有設計等電位接地網之前，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。過去由于電網容量較小，發生短路時接地電流也小，現在電網容量不斷增大，發生短路時的接地電流隨之增大；即使現在主接地網接地電阻能滿足規程要求( 控制在 0.5 Ω以下), 主接地網在短路電流注入點仍可能會產生上千伏的電壓。在發生大電流入地的時候，可能造成以下三點危害：

(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，造成設備損壞和控制回路誤動；

(2)對兩端接地的電纜會產生兩點危害：一是當接地網出線短路電流或雷擊電流時，由于電纜屏蔽層兩接地點的電位不同，屏蔽層內流過電流，可能燒毀電纜；二是當屏蔽層內流過電流時，對每個芯線將產生干擾信號。

(3)不同的二次設備的邏輯接地點此時將不在同一電位上，由于二次設備的信號翻轉電平很小，可能因此產生誤動。

3 設計等電位接地網的目的

設計了等電位接地網后，控制電纜的屏蔽層和二次設備的邏輯基地點均與等電位接地網可靠連接。等電位接地網僅在一點與主接地網連接，該連接點應選擇在遠離大電流入地點，因此，即使在大電流接地的情況下，可以認為等電位接地網上各個部分的電位是相同的。在地中有大電流產生的時候，由于連接點的位置遠離大電流入地點，此時等電位接地網的電位也將遠小于入地點的電位。在發生大電流入地的時候：

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

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

(3)不同二次設備的基準電位將相同，不會產生誤動。

4 等電位接地網的設置

如上所述，如果要達到最理想的控制電纜防干擾，就應在所有控制電纜的兩側設置等電位接地網，將所有控制電纜的兩端都接地。但實際的情況是，水電站設備分散，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等電位接地網。一般來說，水電站內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站(大中型水電站開關站大都采用GIS設備，高頻干擾較小)和出線場。因此，水電站內部的控制電纜屏蔽優先按一點接地的方式考慮，而所有的控制電纜的一端，一般都是連接到對應的監控系統或保護系統。水電站在二次設備的布置上也一般是采用監控系統和保護系統集中布置，因此，全廠的等電位接地網優先按如下方式考慮設計：

(1)廠內在機旁和集中布置的二次盤柜室設置等電位接地網;

(2)出線場設置一個等電位接地網;

(3)不同部分的等電位接地網統一在主接地網的一點連接(該接地點應遠離大電流入地點，如電纜豎井處)，構成一個全廠的等電位接地網。

5 等電位接地網的應用

大多情況下，水電站內不同系統的控制電纜一般走向如下：元件——端子箱——現地控制柜——監控系統柜(或保護系統柜)，而不同的兩個柜(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，確保所有控制電纜的屏蔽層均能最終接入等電位接地網。

對于各類端子箱和各類控制柜，在內部設置一根與柜(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備的邏輯接地點都在本柜(箱)體內連接到等電位接地銅排。

機旁的控制柜的等電位接地銅排與機旁的等電位接地網相連，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)。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。

按照以上方式設計，即可滿足我們的實際要求，又最大限度的節省投資。在實際的施工中，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備的邏輯接地點直接接入主接地網。此舉實際也提供了一個等電位接地網的的檢測方式，在等電位接地網與主接地網的連接點斷開，等電位接地網與主接地網之間應該是高阻絕緣的，從而判斷整個等電位接地網有且只有一點與主接地網連接。

對于個別獨立的系統，控制電纜沒有與全廠監控系統或保護系統連接的，若有必要，可考慮單獨鋪設一根銅纜，將獨立系統的等電位接地銅排T接入最近的等電位接地網。

6 結 語

本文從控制電纜電磁屏蔽層和二次設備邏輯接地點的功能分析，結合水電站的實際布置，提出了控制電纜屏蔽層的接地選擇方式，進而確定如何設置等電位接地網，最終如何形成全廠的等電位接地網。需要說明的是，因為水電站的特殊性，每個電站的設備布置，廠房結構均不盡相同，控制電纜屏蔽層的接地和等電位接地網的設置應根據每個電站獨立分析，不應機械的按照某一個規范或要求施工。既保證實際工程需要，又最大限度的減少投資和減小施工難度。

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[2] 金章賢,徐恭祿，等.DL/T 5132-2001水利發電廠二次接線設計規范[S].中國電力出版社,2001.

[3] 高華,唐艷茹,等.DL/T 5136-2012火力發電廠、變電站二次接線設計技術規范[S].中國計劃出版社,2012.

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2015-06-26

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

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