智能變電站二次系統接地網優化研究

穆弘，姬春義（.國網安徽省電力公司經濟技術研究院，安徽合肥，300； .中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽合肥，300）

智能變電站二次系統接地網優化研究

穆弘1，姬春義2
（1.國網安徽省電力公司經濟技術研究院，安徽合肥，230022； 2.中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽合肥，230011）

常規變電站對保護小室提出了敷設專用100mm2專用接地銅排環網的要求，但隨著智能變電站技術日益成熟，保護下放至繼電器小室與保護倉使用增多，使得二次等電位接地網的優化設計成為可能。

變電站；接地網

0 引言

國網公司《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》中，對于靜態保護明確提出了保護室內敷設專用接地銅排環網的要求。

(1)變電站控制室及保護小室應獨立敷設與主接地網緊密連接的二次等電位接地網，在系統發生近區故障和雷擊事故時，以降低二次設備間電位差，減少對二次回路的干擾。

(2)應采取有效措施防止空間磁場對二次電纜的干擾，宜根據開關場和一次設備安裝的實際情況，敷設與廠、站主接地網緊密連接的等電位接地網。

國調中心1998年7月頒布的《關于印發繼電保護高頻通道工作改進措施的通知》，明確提出了敷設100mm2專用接地銅排的要求。

但上述要求主要是針對常規變電站的。智能變電站所具有的技術特點，使得二次等電位接地網的優化設計成為可能。

1 變電站地電位升對二次系統的影響

變電站接地網地電位升高直接與二次系統的安全性相關。系統發生接地故障時接地網中流動的電流，將在二次電纜的芯線—屏蔽層之間、或二次設備的信號線或電源線與地之間產生電位差。當此電位差超過二次電纜或二次設備絕緣的工頻耐受電壓時，二次電纜或設備將會發生絕緣破壞。因此，必須將極限電位升高控制在二次系統安全值之內。

一般的二次電纜2s 工頻耐受電壓較高(≥5kV)。二次設備，如綜合自動化設備，其工頻絕緣耐受電壓為2kV、1min。從安全出發，二次系統的絕緣耐受電壓可取2kV。因此DL/T621《交流電氣裝置的接地》和GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》均對變電站地電位升做出不大于2000V的限制，目的就是保證二次設備的安全運行。

研究表明二次系統在短路時承受的地電位升高，還決定于二次電纜的接地方式。

二次電纜屏蔽層單端接地時，電纜屏蔽層中沒有電流流過，接地故障時二次電纜芯線上的感應電位很小，二次電纜承受的電位差即為地電位升高。該電位差施加在二次電纜的絕緣上，因此地電位升高直接決定于二次電纜絕緣的交流耐壓及二次設備絕緣的交流耐壓值。此時地電位升應小于2000V。

當電纜的屏蔽層雙端接至接地網時，接地故障電流注入接地網會有部分電流從電纜的屏蔽層中流過，將在二次電纜的芯線上感應較高的電位，從而使作用在二次電纜的芯—屏蔽層電位差減小。

對變電站二次電纜的不同布置方式及不同接地故障點位置，清華大學通過大量的計算表明，雙端接地電纜上感應的芯—屏蔽層電位通常不到地網電位升的20%。甚至對于土壤電阻率為50Ω·m左右，邊長大于100m的接地網，即使在二次電纜屏蔽層接地點附近發生接地故障時，芯—皮電位小于地網電位升高的40%。目前，變電站已實現保護在電氣裝置處就近設置，變電站內的二次電纜一般都較短，如果二次電纜的長度小于接地網邊長的一半，則在最嚴酷的條件下，芯—屏蔽層電位差也小于40%甚至更小。

因此采用二次電纜屏蔽層雙端接地，可以將地電位升高放寬到2kV/(40%)=5kV。采用二次電纜屏蔽層雙端接地的方式，即時短路時地電位升高達到5kV，但作用在二次電纜芯—屏蔽層之間和二次設備上的電位差只有2kV，滿足了二次系統安全的要求。

對于220kV標準配送式智能化變電站，由于保護艙就布置在配電裝置場區，各類二次電纜很短，針對本站而言最長的控纜長度不會超過50m。在二次電纜采用雙端接地方式后，變電站發生接地短路時，最大地電位不大于5000V的情況下，不會對二次設備及電纜的安全運行造成影響。

當經過仿真計算智能變電站最大地電位升為3000V左右，遠小于5000V時，不會對二次系統安全性造成影響，因此從保護二次設備安全運行方面考慮，智能變電站可取消二次電纜溝內屏蔽銅排。

圖1 全站地電位升

2 變電站二次系統接地要求

2.1 安全地的接地要求

安全地按其性質屬于保護接地，對于儀器和控制系統的外殼，特別是不載流的外殼，如箱體、框架和保護物，設備接地是為了保護個人和設備防止電力系統故障引起危害而設置的。安全地主要是將二次設備機柜和柜內設備的外殼接地，要求用專用接地線接于屏內的接地排上，即直接于主接地網連接即可，不需單獨加裝等電位銅排。

2.2 高頻信號通道

在MHz信號頻率，長接地電纜的阻抗變得相當高，而且再不能提供一個有效的低阻抗電路信號參考點。因此在高頻時，接地導體長度應盡可能短，一般要求就近接地，同時必須敷設專用接地銅排加以解決。對于智能化變電站由于已不采用高頻保護，因此可不在戶外電纜溝內加裝等電位銅排。

2.3 電流互感器和電壓互感器的接地

出于人身和設備安全的考慮,通常將二次側中性點在進入繼電器室入口處直接接地。由于本站采用電子式互感器，設備數字化無常規互感器的二次繞組接地。

2.4 電纜屏蔽層接地

高壓變電站內為抑制電磁干擾而采用屏蔽控制電纜, 其屏蔽層正確接地對降低外部電磁場的干擾水平起著重要作用。本站是智能變電站，與普通變電站最大的區別是信息數字化，光纜的大量使用，取代一定的電纜，配電裝置場區與二次設備艙之間的電纜通道中，經過優化后不存在屏蔽控制電纜，僅有光纜和電力電纜。因此可不在戶外電纜溝內加裝等電位銅排。

2.5 交流電源接地

由于站用變壓器的保護接地接至變電站接地網、且與站用變壓器的低壓中性點共用接地，為確保人身和低壓電氣裝置的安全，站用電低壓(380/220V)應采用TN系統，且低壓電氣裝置采用應采取保護等電位聯結。對于變電站而言保護等電位聯結可由主接地網實現連接，不必重復設置等電位銅排。

2.6 邏輯接地

經向廠家調研，除個別廠家的屏柜內電子裝置的邏輯接地零電位接機箱的殼體，采用接大地外，絕大多數廠家的屏柜內電子裝置的邏輯接地零電位點均是浮空的，電路不需要引出參考電位，不采用接大地，以免受地電流的干擾。所供機箱的殼體結構上與屏體有接觸性連接，機箱的殼體直接以接地線引至屏柜內的總接地銅排；屏柜內的總接地銅排與屏體是直接接觸的；屏柜內的總接地銅排接的有裝置機殼、通信線的屏蔽層、二次電纜的屏蔽層、電源抗干擾盒屏蔽地、裝置內部所有隔離變(PT、CT、直流逆變電源等)的一、二次線圈間的屏蔽層。現在絕大多數廠家所供屏柜內的總接地銅排都是起保護和緩減EMC(電磁兼容)功能的作用，一般僅需在主控室、保護室柜屏下層的電纜溝內，按柜屏布置的方向敷設100mm2的專用銅排(纜)，將該專用銅排(纜)首末端連接，形成保護室內的等電位接地網，而不需在戶外電纜溝在單獨敷設等電位銅排。

3 結語

通過分析看出，不論是從最大地電位升還是從二次設備自身需求方面，當經過仿真計算智能變電站最大地電位升為3000V左右，遠小于5000V時，智能變電站均無敷設接地銅排的要求，因此可以取消常規變電站中戶外二次電纜溝槽設置的專用接地銅排，減少銅材使用。

[1]陶蓉，李景祿，李超，何娜，馬福.控制電纜屏蔽層接地方式的抗干擾分析[M].《電力科學與技術學報》,2007年第22卷.

[2]何金良，曾嶸 ，張波，《接地設計技術》.

[3] 曾嶸，何金良，張波，莊池杰.電力系統接地技術研究新進展[J]《陜西電力》，2007年第2期.

[4] DL/T 621-1997 《交流電氣裝置的接地》 .

[5] GB／T 50065-2011 《交流電氣裝置的接地設計規范》.

[6] 鄧光武，周文俊.控制電纜耐受過電壓特性試驗[J].《電力建設》，2010年第11期.

Optimization of grounding grid of two times system in Intelligent Substation

Mu Hong1, Ji Chunyi2
(1.State Grid Anhui electric power company economic and Technical Research Institute,Hefei Anhui, 230022;2. China Energy Construction Group Anhui Electric Power Design Institute Co., Ltd., Hefei Anhui, 230011)

The conventional substation is put forward laying special 100mm2 special grounding copper ring requirements on the relaycell, but with the smart substation technology matures, the protection and the protection relay chamber delegated to the warehouse use increased, so that the optimal design of two degree potential grounding possible.

substation; grounding grid