二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)在沙梁水電站中的應(yīng)用

郭 琳，張新萍，李倚可

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)在沙梁水電站中的應(yīng)用

郭 琳，張新萍，李倚可

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

針對水電站發(fā)生接地故障時(shí)，大的短路電流在電站主接地網(wǎng)上產(chǎn)生巨大的相對電位差，會對二次設(shè)備產(chǎn)生磁性干擾，影響電氣二次設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至損毀設(shè)備的情況。通過敷設(shè)二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)，使二次電氣設(shè)備地電位相等，阻止主接地網(wǎng)不均勻電位對于二次設(shè)備的危害，確保電網(wǎng)的可靠安全運(yùn)行。結(jié)合沙梁水電站的工程敷設(shè)情況，分析該水電站二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)敷設(shè)的基本原則、注意問題及實(shí)施方案，提出電氣二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)敷設(shè)方面的工程建議。

短路容量；接地故障；二次系統(tǒng)；等電位接地網(wǎng)；主接地網(wǎng)

0 引言

目前現(xiàn)代電力系統(tǒng)正朝著大容量、微機(jī)化及智能化的目標(biāo)不斷發(fā)展，電網(wǎng)間的聯(lián)系越來越緊密，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)短路容量不斷擴(kuò)大，利用二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)，使二次電氣設(shè)備地電位相等，阻止了主接地網(wǎng)不均勻電位對于二次設(shè)備的危害，確保電網(wǎng)的可靠安全運(yùn)行保證了電網(wǎng)的安穩(wěn)要求。

以沙梁水電站為例，當(dāng)35 kV側(cè)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，流過主接地網(wǎng)接地電阻的短路電流甚至達(dá)到了2.44 kA，既使將接地電阻控制在0.5 Ω以下，在短路點(diǎn)仍然會產(chǎn)生上百伏的電壓，而遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的電壓可以認(rèn)為是零電位，從接地點(diǎn)到零電位之間的接地網(wǎng)上就會產(chǎn)生自高而低的不均勻電位。此時(shí)因二次系統(tǒng)直接接入一次接地網(wǎng)，巨大的電位差不僅會對二次設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重危害，而且對于雙端接地的控制電纜屏蔽層兩端的電壓差會產(chǎn)生不平衡電流，且該電流產(chǎn)生的磁場會在電纜芯線上產(chǎn)生一個(gè)交變的電壓，嚴(yán)重時(shí)會影響二次設(shè)備的正常運(yùn)行甚至?xí)龤щ娎|式端子箱。

為解決上述問題，二次接地成為抵抗電磁干擾的有效手段之一。依據(jù)《＜國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施＞繼電保護(hù)專業(yè)重點(diǎn)實(shí)施要求》（以下簡稱反措）要求“根據(jù)開關(guān)場和一次設(shè)備安裝的實(shí)際情況，宜在中控室、保護(hù)室、敷設(shè)二次電纜的溝道、開關(guān)場就地端子箱及保護(hù)用結(jié)合濾波器等處，使用截面不小于100敷設(shè)與廠、站主接地網(wǎng)緊密連接的等電位接地網(wǎng)”[1]。在沙梁水電站二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)的過程中發(fā)現(xiàn)，雖然《反措》中對二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)原則提出了相關(guān)要求，但不同廠站因設(shè)備、電壓等級、布置形式、施工和管理等存在差異，在具體操作上存在千差萬別，可見二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)敷設(shè)的應(yīng)用研究對于工程實(shí)踐有重要意義。

為完善沙梁水電站二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)統(tǒng)一的要求，本文對沙梁水電站二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)敷設(shè)方式、方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行分析總結(jié)。

1 概況

沙梁水電站位于陜西省佛坪縣境內(nèi)的金水河流域，為金水河流域梯級電站開發(fā)的第二級電站。沙梁水電站安全保護(hù)裝置基本實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化，采用全站進(jìn)行檢測、監(jiān)控、保護(hù)的全站微機(jī)化、信息化設(shè)計(jì)，綜合自動化系統(tǒng)集成了全站各個(gè)設(shè)備，系統(tǒng)集成度高同時(shí)對電磁環(huán)境的要求也就極高。但微機(jī)設(shè)備抗干擾能力較差，電纜上產(chǎn)生的干擾電壓，會導(dǎo)致二次設(shè)備誤動甚至損壞，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行[2]。

沙梁水電站為徑流式引水電站，電站采用地面式廠房，主廠房內(nèi)布置三臺臥式混流發(fā)電機(jī)組。副廠房布置在主廠房的上游側(cè)，緊靠主廠房，與主廠房平行。副廠房布置有中控層、10.5 kV高壓配電室、中控室、廠用變壓器及勵(lì)磁變室等。主變壓器采用戶外布置，布置在副廠房10.5 kV高壓配電室的外側(cè)。35 kV開關(guān)站布置在副廠房的左側(cè)，采用緊湊布置形式。本電站在主廠房設(shè)有環(huán)形接地網(wǎng),并通過數(shù)點(diǎn)垂直接地線將此與副廠房接地網(wǎng)聯(lián)成統(tǒng)一的接地裝置。主接地裝置已充分利用建筑結(jié)構(gòu)主筋、基礎(chǔ)鋼筋、鋼管等接地體，施工時(shí)將上述自然接地體牢固焊接成一體并與人工接地網(wǎng)相連接。其實(shí)測接地電阻值不應(yīng)大于1 Ω。電氣二次系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)的總接地電阻不大于 0.5 Ω。

2 沙梁水電站等電位接地網(wǎng)敷設(shè)設(shè)計(jì)

沙梁水電站等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)原則，主要涉及等電位銅纜的敷設(shè)范圍布置及敷設(shè)型式、等電位銅纜的截面選擇以及等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)的連接方法。

2.1 等電位銅纜的敷設(shè)總體布置

沙梁水電站的中控室是二次設(shè)備主要集中點(diǎn)，其他二次設(shè)備主要分布在6.3 kV配電室、發(fā)電機(jī)旁的保護(hù)裝置、35kV開關(guān)站的現(xiàn)地端子箱以及敷設(shè)二次電纜的溝道。針對此種情況，結(jié)合二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)原則，電站等電位接地網(wǎng)敷設(shè)總體布置為：

本電站中控室不設(shè)防靜電地板，在柜屏下電纜溝道內(nèi)，按柜屏布置的方向，敷設(shè)專用銅纜，采用放熱焊接的方法將該銅纜首末端連接，形成“目”字形閉環(huán)回路，并將6.3 kV配電室也擴(kuò)聯(lián)之內(nèi)，作為沙梁水電站控制室主等電位接地網(wǎng)，與主接地網(wǎng)只能存在唯一的連接點(diǎn)，此連接點(diǎn)選擇在電纜豎井內(nèi)。

分散布置在主廠房的屏柜，如發(fā)電機(jī)層屏柜、勵(lì)磁屏、機(jī)組LCU屏成“一”字型分散布置在發(fā)電機(jī)層上游側(cè)。在三臺發(fā)電機(jī)機(jī)旁柜的下層，沿屏柜布置方向，順著電纜溝使用銅纜可靠連接，引致主等電位接地網(wǎng)。并通過等電位銅纜匯集到中控室的等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)一點(diǎn)連接處進(jìn)行可靠連接。

由于沙梁水電站的35 kV開關(guān)站距離主控室較近，且間隔面積較小，故將其當(dāng)作分散布置的二次設(shè)備處理，35 kV開關(guān)站的等電位網(wǎng)主要是保護(hù)控制電纜以及防止控制電纜屏蔽層環(huán)流對電纜芯線的電磁干擾，因此沙梁電站通過等電位銅纜匯集到中控室的等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)一點(diǎn)連接處進(jìn)行可靠連接即可，且連接點(diǎn)遠(yuǎn)離高壓母線、避雷針、避雷針接地點(diǎn)與大接地電流注入點(diǎn)具體35 m[3]。

等電位系統(tǒng)圖如圖1所示：

圖1 等電位接地系統(tǒng)圖

2.2 沙梁水電站等電位銅纜的截面選用情況

（1）二次接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)緊密連接，但與主接地網(wǎng)只能存在唯一的連接點(diǎn)，除了此連接點(diǎn)以外其他部分與主接地網(wǎng)絕緣，在工程實(shí)踐中，一般的做法是利用電阻值較低的銅排，將接地銅排均使用小絕緣子架起固定在電纜支架上，但這種做法在施工復(fù)雜，造價(jià)高，總結(jié)已有工程經(jīng)驗(yàn)，沙梁水電站選擇120 mm2的銅纜構(gòu)成等電位接地網(wǎng)，銅纜因本身絕緣，故不需要小絕緣子，可直接放置在電纜溝內(nèi)。

（2）等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)連接線用4根截面為50 mm2的銅纜構(gòu)成共點(diǎn)接地，接地點(diǎn)選擇在電纜豎井內(nèi)。屏柜上裝置的接地端子，用截面為4 mm2的多股銅線與接地銅排相連。35 kV開關(guān)站的就地端子箱使用截面為100 mm2的銅纜與等電位接地網(wǎng)相連。電纜屏蔽層應(yīng)用截面為4 mm2的多股銅線與接地銅排相連。

2.3 沙梁水電站等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)的連接

接地方式有兩種：即兩點(diǎn)接地和一點(diǎn)接地，對于繼電保護(hù)和自動裝置來說，由于所在回路選擇即為：室內(nèi)等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)一點(diǎn)連接，而且連接點(diǎn)選擇在電纜豎井處[4]。

3 結(jié)語及建議

3.1 結(jié)論

本文結(jié)合沙梁水電站的工程實(shí)例，提出了切實(shí)可行的二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)方案，設(shè)計(jì)采用合適的接地方式、低電阻的地網(wǎng)以及恰當(dāng)?shù)木鶋捍胧┖螅梢杂行У靥岣叨卧O(shè)備的抗干擾能力，減少二次設(shè)備異常動作的發(fā)生，有效抑制進(jìn)區(qū)短路故障和雷擊事故二次設(shè)備造成傷害，是電站主接地網(wǎng)的有效補(bǔ)充。

3.2 建議

3.2.1 設(shè)備配置訂貨

在工程招標(biāo)后，監(jiān)控保護(hù)等電氣二次屏柜往往由同一廠家供貨，同時(shí)也有部分保護(hù)裝置安裝在一次屏柜上。依據(jù)設(shè)備布置情況，在項(xiàng)目技術(shù)聯(lián)絡(luò)會時(shí)可以要求供貨廠家將同排布置的屏柜，出廠前就將符合要求的等電位銅排敷設(shè)在柜子兩側(cè)，設(shè)備到場就位后，僅需要將相鄰屏柜之間的等電位銅排可靠插接即可?，F(xiàn)場施工人員僅需將同一排的屏柜與等電位接地網(wǎng)兩點(diǎn)連接，省去了每面屏柜都單獨(dú)連接的重復(fù)工作。這樣做使得等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)更加簡便，節(jié)省了材料，同時(shí)大大降低了由于敷設(shè)焊接操作不當(dāng)造成的故障，也使得工程責(zé)任劃分更加的明確。

3.2.2 敷設(shè)接地網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在工程實(shí)踐中，傳統(tǒng)的做法是將接地裸銅排使用小絕緣子架起固定在電纜支架上，使其與一次接地網(wǎng)絕緣。根據(jù)本次工程經(jīng)驗(yàn)，建議選擇120 mm2的銅纜構(gòu)成二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)，因其本身絕緣，故不需要小絕緣子，可直接放置在電纜溝內(nèi)，這樣做大大降低了施工難度，同時(shí)也降低了工程造價(jià)。

[1]《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》繼電保護(hù)專業(yè)重點(diǎn)實(shí)施要求[Z].北京：國家電力調(diào)度通信中心，2006.

[2]唐寶鋒.二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè) [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制。2009，37（14）：112-115.

[3]李賓皚.電力系統(tǒng)二次設(shè)備的接地和接地銅排的敷設(shè)[J].華東電力.2005，33（9）：60-63.

[4]湯相彬.二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)的敷設(shè)[J].華東電力.2012，（8）：57-59.

TM645

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1673-9000（2017）05-0121-02

2017-06-16

郭琳（1983-），女，陜西三原人，高級工程師,主要從事水利水電電氣設(shè)計(jì)工作。