大型抽水蓄能電站等電位接地網的施工

林國慶 余 睿 鄭智勇 馬 峰 高海歐

（1.福建仙游抽水蓄能有限公司，福建莆田351200；2.長沙科智防雷工程有限公司，湖南長沙410000）

0 引言

電力系統各種一次設備和構架（包括安全接地或保護接地）的接地采用多點、反復接地的方法，目的是提高可靠性。多點接地負面的作用為形成對地環流，對地環流可能造成二次電纜和二次設備的電磁干擾，從而影響二次的安全穩定運行，甚至造成保護及安全自動裝置誤動或拒動等嚴重后果。因此，為了減小對二次設備的電磁干擾，使二次系統的信號接地盡可能免受影響，電力系統引入了“等電位地網”的概念。1994年原電力部下發《電力系統繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》（電安生〔1994〕191號），提出了“等電位地網”這個名詞。“等電位地網”在國外文獻資料里被稱之為“干凈的安全地”或“帶絕緣的安全地”。

1 等電位接地網和等電位連接的定義

等電位接地網的定義：為減小空間電磁場對二次電纜和二次設備產生的電磁干擾，并使二次設備信號實現并聯單點接地，由帶絕緣的水平導體縱橫連接構成的各節點處于等電位的接地網，其最終與主接地網一點接地，也可稱為“二次接地網”或“抗干擾接地網”。

等電位連接的定義：將分開的各種可導電不帶電金屬物體，直接用連接導體或經電涌保護器連接電力、通信等電纜到防雷裝置上，以減小雷電流引發的電位差。

電力系統接地術語“等電位地網”與建筑物防雷術語里的“等電位連接”是不完全一樣的。相同的方面是兩個術語都表示與地下的接地裝置連接，但“等電位連接”主要用于減小雷電流造成的電位差，是一個專業的建筑物防雷的術語，接地方式包括單點接地和多點接地；電力系統中“等電位地網”不只是防止雷電流造成的電位差，其主要用于防止在電力系統的復雜電磁環境下包括操作過電壓、故障電流、雷電流等對二次電纜和二次設備內電路板和芯片形成的電磁干擾，等電位接地網只允許單點接地。抽水蓄能電站地下廠房雖然沒有雷電流，但電站裝機容量大，電壓等級高，發電與抽水啟停頻繁，操作過電壓、故障電流造成的地下廠房電磁干擾現象非常突出。“等電位地網”是消除抽水蓄能電站二次電纜和二次設備周邊電磁干擾行之有效的技術措施。

2 等電位接地網施工方法的來由

查閱與“等電位接地網”具體設計與施工相關的行標和國標等技術文獻，包括《水力發電廠接地設計技術導則》（NB/T 35050—2015）第9.5.2條、《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》（GB 50169—2016）第4.9.1條、《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》（2018修訂版）第15.6.2條、國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（2014）第18.8條及《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB/T 14285—2006）第6.5.3條，發現其文字表述均與國家電力調度通信中心《<國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施>繼電保護專業重點實施要求》（2005年11月）中的完全一致。可以推測，國內關于等電位接地網的規程是參考自國家電力調度通信中心《<國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施>繼電保護專業重點實施要求》（2005年11月），該文件是國內關于等電位接地網實施要求的原創文件，其是依據500 kV變電站地網和二次設備布局情況來表達等電位接地網的實施要求。

3 大型抽水蓄能電站與500 kV變電站地網實際情況的對比分析

500 kV變電站地網對角線一般長100～400 m，500 kV變電站的二次設備集中在變電站的一個房間或一層樓里面，這些二次設備屬于集中式二次系統。而大型抽水蓄能電站的地網對角線一般為1 000～2 500 m長，其規模比500 kV變電站地網規模大一個數量級。抽水蓄能電站二次設備分布在主廠房發電機層、主變洞二層、繼保室、通信設備室等不同區域，且不同區域之間的距離比500 kV變電站的地網對角線還大，抽水蓄能電站二次設備屬于分布式二次系統。地網對角線越長，地網不同入地點的電位差越大。

500 kV變電站主接地網與均壓網合二為一，主接地網與開關站均壓網在同一個區域；而抽水蓄能電站除了開關站和地下廠房有均壓網外，還在下庫有一個面積達到數十萬平方米的主接地網，抽水蓄能電站主接地網與地下廠房及開關站均壓網分布在不同區域，并且兩者之間距離較遠。電力調度通信中心《<國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施>繼電保護專業重點實施要求》（2005年11月）規定了等電位接地網與主接地網一點連接，但對于分布式二次系統是一個整體等電位接地網單點接地，還是若干個相互獨立的等電位接地網分別單點接地，該文件沒有一個明確的說法。因此，《水力發電廠接地設計技術導則》（NB/T 35050—2015）第9.5.2條、《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》（GB 50169—2016）第4.9.1條、《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》（2018修訂版）第15.6.2條、國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（2014）第18.8條及《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB/T 14285—2006）第6.5.3條及電力調度通信中心《<國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施>繼電保護專業重點實施要求》（2005年11月）中關于等電位地網的實施要求均不適用于抽水蓄能電站。

4 現有大型抽水蓄能電站等電位接地網的實際做法

大型抽水蓄能電站等電位接地網的實際做法大多是在發電機層控制柜、主變洞二層控制柜、繼保室、通信設備室等區域分別安裝一個等電位接地網，并各自在二次設備附近就近入地。抽水蓄能電站大型接地網不同入地點之間電位差較大，這就造成各個區域等電位接地網相互之間電位不等。二次設備的等電位接地網根本作用是消除電站環境內如故障電流、操作過電壓、雷電流等對二次電纜和二次設備內電路板和芯片形成的電磁干擾。等電位接地網多個入地點的做法，會造成不同入地點之間有較大電位差，形成新的對地環流，對地環流又造成新的電磁干擾，這與等電位接地網的根本作用相矛盾。圖1所示為錯誤的等電位接地施工示意圖。

圖1 錯誤的等電位接地施工示意圖

如圖1所示，不同區域的等電位接地網分別單獨接地，不同入地點之間電位差較大，多點接地的做法是錯誤的。

5 大型抽水蓄能電站等電位接地網正確的施工方法

參照《水力發電廠接地設計技術導則》（NB/T 35050—2015）第9.5.2條、國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（2014）第18.8條、《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》（2018修訂版）第15.6.2條，并依據抽水蓄能電站地網對角線的長度、分布式二次設備的實際布局和二次設備頻率實際情況，遵循何金良《電力系統接地技術》第15.1節和15.2節的基本精神，并結合黑麋峰電站和仙游電站的運行經驗，抽水蓄能電站等電位接地網的施工方法如下：

（1）抽水蓄能電站的監控、保護、通信、監測和計算機信息等二次系統等電位接地網應與抽水蓄能電站使用同一個主接地網，但監控、保護、通信、監測和計算機信息等二次系統等電位接地網與主接地網只能有一個公共的、唯一的連接點。

（2）抽水蓄能電站應采取有效防止空間電磁場對二次系統形成干擾的措施，宜根據主廠房、副廠房及繼保樓、中控樓二次設備安裝的實際情況，敷設與抽水蓄能電站主接地網單點連接的等電位接地網。

（3）在主廠房發電機旁LCU盤柜、主變LCU盤柜、GIS LCU盤柜、繼電保護室、通信室、監控室、計算機信息網絡室盤柜下層的電纜層（或靜電地板下），按盤柜布置的方向敷設100 mm2的專用紫銅排（纜），將該專用紫銅排（纜）首末端連接，等電位紫銅排地網應采用絕緣子與各種金屬構件絕緣，形成二次系統等電位接地網。發電機旁LCU盤柜、主變LCU盤柜、GIS LCU盤柜、繼電保護室、通信室、監控室二次盤柜的等電位接地網與電廠主接地網只能存在唯一的公共連接點。為保證連接可靠，連接線必須用至少4根以上、截面不小于50 mm2的銅纜構成。各個區域的等電位接地網相互之間為并聯關系，且集中一個入地點與主接地網單點連接。等電位接地網與主地網連接時，應與高壓母線、并聯電容器、電容式電壓互感器、結合電容、電容式套管、避雷器與避雷針等設備入地點保持15 m以上的地下距離。等電位接地網入地點一般宜選擇位于主廠房發電機下一層的中間層。抽水蓄能電站等電位接地網敷設施工方法如圖2和圖3所示。

圖2 不同區域二次系統等電位接地網并聯關系示意圖

（4）分散布置的保護就地站（保護小室），每個保護就地站按照以上要求敷設等電位接地網，就地保護站之間若存在相互連接的二次電纜，則每個保護站的等電位接地網之間采用100 mm2的紫銅排（纜）可靠連接。分散布置的保護就地站的等電位地網入地點不允許在就地保護站單獨入地，必須通過連接銅纜延伸到公共的、唯一的等電位接地網入地點接地。

（5）等電位接地網與二次盤柜底部的帶絕緣子的二次接地匯集排之間采用50 mm2以上的銅纜可靠連接，二次盤柜底部的帶絕緣子的二次接地匯集排采用100 mm2以上的紫銅排。

（6）等電位地網的紫銅排（或銅纜）的連接應采用放熱焊，禁止采用氬弧焊。盤柜底部接地匯集排與銅纜的連接可以采用壓接的施工工藝。

6 結語

本文從等電位接地網的定義入手，分析了大型抽水蓄能電站二次系統的實際情況，并通過與500 kV變電站的地網基本情況進行對比分析，指出了現有規程對于大型抽水蓄能電站等電位接地網實施方法的不足之處，提出了適合大型抽水蓄能電站二次系統等電位接地網施工的具體方法，對于大型抽水蓄能電站二次系統等電位接地網施工有具體的參考意義。

圖3 二次系統盤柜與盤柜之間的接地施工工藝示意圖