仙游抽水蓄能電站分布式等電位接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)

余 睿，權(quán) 強(qiáng)，鄭智勇，高海歐

（1.福建仙游抽水蓄能有限公司，福建省仙游縣 351267；2.陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能有限公司，陜西省鎮(zhèn)安縣 711500；3.長沙科智防雷工程有限公司，湖南省長沙市 410005）

0 引言

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生相對(duì)地短路故障或遭遇雷擊時(shí)，大電流會(huì)在地網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生電壓差，該電壓差將會(huì)使二次設(shè)備發(fā)生反擊，導(dǎo)致絕緣短路擊穿或者使電纜屏蔽層電流過大，燒毀電纜；另外二次設(shè)備所處的高電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，有可能造成二次設(shè)備的誤啟動(dòng)甚至死機(jī)[1]。通過對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行接地與屏蔽，優(yōu)化二次系統(tǒng)等電位網(wǎng)的連接與敷設(shè)，對(duì)削弱電磁干擾、提高二次設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[2]。與常規(guī)水電站相比，抽水蓄能電站在水工建筑、機(jī)電設(shè)備以及自動(dòng)控制和繼電保護(hù)方面有自己的特點(diǎn)；其等電位接地網(wǎng)分布很廣，主要由地下廠房、副廠房、地下GIS室、地面GIS室、地面出線場(chǎng)、中控樓等區(qū)域構(gòu)成。正確布設(shè)抽水蓄能電站的二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)，能有效阻止主接地網(wǎng)的不平衡電壓引入到二次系統(tǒng)中，避免二次設(shè)備損壞及誤動(dòng)的情況發(fā)生，降低對(duì)二次設(shè)備的干擾，并能為二次設(shè)備信號(hào)提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。

1 仙游電站等電位現(xiàn)狀

仙游抽水蓄能電站總裝機(jī)容量1200MW，位于福建省電網(wǎng)負(fù)荷中心和電源中心，電站二次設(shè)備區(qū)域比較松散，分布范圍很廣。在電站主接地網(wǎng)范圍內(nèi)的二次設(shè)備包括：主廠房發(fā)電機(jī)層控制盤柜、副廠房LCU5室、SFC室、中控樓繼保室、中控室、中控樓通信設(shè)備室、開關(guān)站GIS室。其他在主地網(wǎng)范圍外的二次設(shè)備還包括：35kV變電站控制室、上庫直流配電室、辦公樓信息機(jī)房等。仙游電站自投產(chǎn)以來未發(fā)生因等電位地網(wǎng)問題導(dǎo)致的設(shè)備故障，但等電位接地網(wǎng)存在以下問題：

（1）部分屏柜內(nèi)接地銅排不滿足規(guī)程要求。圖1為仙游電站一塊通信屏，該屏柜下部接地匯流排截面積為90mm2。不滿足“靜態(tài)保護(hù)和控制裝置的屏柜下部應(yīng)設(shè)有截面不小于100mm2的接地銅排”[3]的規(guī)范要求。

（2）等電位接地網(wǎng)的專用銅排截面積不滿足規(guī)程要求。圖2為仙游電站發(fā)電機(jī)層等電位接地網(wǎng)，該等電位接地網(wǎng)的專用銅排截面積為90mm2。不滿足“在主控室、保護(hù)室柜屏下層的電纜室（或電纜溝道）內(nèi)，按柜屏布置的方向敷設(shè) 100mm2的專用銅排（纜），將該專用銅排（纜）首末端連接，形成保護(hù)室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)”[4-5]的規(guī)范要求。

（3）二次等電位接地網(wǎng)銅排之間的連接采用螺母壓接。仙游抽水蓄能電站電纜層等電位接地網(wǎng)主干接地排與分支接地排的連接如圖3所示，螺母壓接方式存在電氣連接不可靠的風(fēng)險(xiǎn)。不滿足“鋼質(zhì)接地裝置應(yīng)采用焊接連接；銅質(zhì)接地裝置應(yīng)采用焊接或熔接，鋼質(zhì)和銅質(zhì)接地裝置之間連接應(yīng)采用熔接方法連接，連接部位應(yīng)作防腐處理”[6]的規(guī)范要求。

圖1 通信屏柜等電位接地排Figure 1 Equipotential connection of communication cabinet

圖2 發(fā)電機(jī)層等電位接地排Figure 2 Equipotential connection of generator layer

圖3 等電位接地網(wǎng)銅排連接Figure 3 Equipotential connection copper bar

（4）等電位地網(wǎng)與主地網(wǎng)多點(diǎn)連接。典型控制屏柜接地如圖4所示，屏柜內(nèi)的等電位接地網(wǎng)與屏柜連在一起，而屏柜固定裝在基礎(chǔ)槽鋼上，基礎(chǔ)槽鋼與主地網(wǎng)相連；各個(gè)機(jī)組屏柜內(nèi)的等電位接地網(wǎng)均與主地網(wǎng)連接，故等電位接地網(wǎng)與主地網(wǎng)之間形成了多點(diǎn)接地，不滿足一點(diǎn)接地的規(guī)程要求。并列布置的屏柜柜體間接地銅排應(yīng)直接連通；當(dāng)屏柜上布置有多個(gè)子系統(tǒng)插件時(shí)，各插件的信號(hào)接地點(diǎn)均應(yīng)與插件箱的箱體絕緣，并分別引接至屏柜內(nèi)專用的接地銅排母線[7-8]。主廠房1～4號(hào)發(fā)電機(jī)旁控制盤柜、LCU5室、SFC室、中控樓繼保室、中控室、中控樓通信設(shè)備室、開關(guān)站GIS室二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)分別單獨(dú)與電站主地網(wǎng)連接，二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)存在多個(gè)入地點(diǎn)；多點(diǎn)接地造成不同入地點(diǎn)之間形成對(duì)地環(huán)流，對(duì)地環(huán)流對(duì)周邊二次設(shè)備和二次電纜造成新的電磁干擾。

圖4 典型控制屏柜接地示意Figure 4 Grounding schema of control cabinet

2 技術(shù)實(shí)施方案

2.1 發(fā)電機(jī)層的等電位接地網(wǎng)連接方案

二次設(shè)備的接地分為安全保護(hù)接地、交流接地、信號(hào)接地三種。安全保護(hù)接地是指對(duì)設(shè)備的外殼接地，既可防止漏電造成人員觸電的危險(xiǎn)，又可屏蔽外界對(duì)設(shè)備的干擾；交流接地是指交流電源中性點(diǎn)的接地系統(tǒng)；信號(hào)接地是將邏輯信號(hào)系統(tǒng)的公共端接到地網(wǎng)，使其成為穩(wěn)定的參考零電位。由于信號(hào)地（邏輯地）是所有邏輯電路的公用基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)接地電阻要求最高（一般應(yīng)不大于1Ω），而微機(jī)中使用的各種TTL門電路的邏輯“1”和“0”電平的電位差僅2V多，如果處理不當(dāng)，在信號(hào)地線上形成噪聲電壓，造成微機(jī)不能正確工作，甚至燒毀元件，因此信號(hào)接地是各種接地中最為重要的一種。交流接地和安全接地可共用一個(gè)接地網(wǎng)，而信號(hào)接地宜采用并聯(lián)一點(diǎn)接地方式。屏柜內(nèi)的信號(hào)地（又稱二次設(shè)備的工作地）需接在與柜體絕緣的接地銅排母線，再結(jié)合規(guī)程DL/T 5065—2009《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定仙游抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)層的等電位接地網(wǎng)連接方案如圖5所示。其他區(qū)域的等電位接地網(wǎng)與此類似。但等電位接地網(wǎng)只保留一個(gè)入地點(diǎn)。

圖5 發(fā)電機(jī)層等電位接地網(wǎng)連接方案Figure 5 Connection scheme of equipotential grounding grid for generator layer

2.2 屏柜內(nèi)二次等電位接地排的治理

拆除所有二次設(shè)備屏柜下截面積不符合規(guī)范的接地匯流排，用3×40mm2的紫銅排代替。每個(gè)盤柜配兩個(gè)接地匯流排，一個(gè)用作盤柜內(nèi)各設(shè)備的保護(hù)接地以及交流接地的接地母排，利用螺母直接與機(jī)柜進(jìn)行連接。另一個(gè)用作二次設(shè)備等電位接地（信號(hào)地）接地母排。該接地母排利用SM-35型絕緣子與屏柜連接固定和絕緣。屏柜內(nèi)各設(shè)備的接地端子根據(jù)需求，利用截面積為4mm2的多股銅絞線與相應(yīng)的接地母排連接。

2.3 分布式二次等電位接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和連接

由于電站二次系統(tǒng)分布區(qū)域很廣，需要安裝等電位接地網(wǎng)的地方較多，在電站主地網(wǎng)范圍內(nèi)包括抽水蓄能水電站的地下主廠房、開關(guān)站、中控樓區(qū)域。各區(qū)域內(nèi)安裝等電位接地網(wǎng)的具體位置如下：

（1）地下廠房在發(fā)電機(jī)旁控制盤柜區(qū)域（中間層）、LCU5室、SFC室內(nèi)。

（2）中控樓在通信設(shè)備室、繼保室和中控室內(nèi)。

（3）開關(guān)站在地面GIS室內(nèi)。

拆除上述不符合規(guī)范的二次等電位接地網(wǎng)。利用3×40mm2的紫銅排在各區(qū)域內(nèi)布置一個(gè)等電位接地網(wǎng)，該等電位接地網(wǎng)首末端相連，形成環(huán)形。利用SM-35型絕緣子對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行支撐和固定，為防止銅條變形，保持外形美觀，絕緣子安裝距離為1m。為保證各銅條連接的電氣可靠性，采用放熱焊對(duì)銅條進(jìn)行連接。

2.4 屏柜內(nèi)等電位接地母排的連接

接地匯流排與二次等電位地網(wǎng)之間采用4根截面積為50mm2的銅絞線進(jìn)行連接。在銅絞線兩端安裝SC50-8的銅鼻子，并利用螺母分別將銅絞線兩端壓接在匯流排與等電位地網(wǎng)上。

2.5 等電位接地網(wǎng)間的連接

等電位地網(wǎng)間的連接主要是指各區(qū)域的二次等電位網(wǎng)間的連接。具體是采用銅絞線將主廠房?jī)?nèi)發(fā)電機(jī)旁盤柜區(qū)域、LCU5室、SFC室以及中控樓內(nèi)通信設(shè)備室、繼保室、中控室的二次等電位網(wǎng)連接在一起。連接材料均采用截面積為120mm2的BVR銅絞線。各大區(qū)域之間的連接銅絞線，敷設(shè)于二次電纜溝或橋架內(nèi)，利用Ω形專用夾對(duì)連接線進(jìn)行固定。為保證連接的可靠性，銅絞線的連接與紫銅排一樣采用放熱焊。根據(jù)等電位接地網(wǎng)單點(diǎn)入地的要求，等電位的入地點(diǎn)只能存在唯一點(diǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)勘查，入地點(diǎn)宜選在中間層發(fā)電機(jī)控制盤柜下區(qū)域；因?yàn)樵搮^(qū)域?qū)儆贚PZ2區(qū)，無直擊雷入地，而中控樓或開關(guān)站屬于LPZ0區(qū)，有直擊雷入地。為保證連接可靠，連接線必須用至少4根截面積為50mm2的銅纜構(gòu)成共點(diǎn)接地。在開關(guān)站和中控樓不能再有二次地網(wǎng)入地點(diǎn)。

2.6 其他二次等電位地網(wǎng)需完善接地區(qū)域

其他二次等位地網(wǎng)需完善的包括營地信息機(jī)房、35kV變電站控制室、上庫直流配電室等區(qū)域。以上區(qū)域地理位置不在電站主地網(wǎng)區(qū)域之內(nèi)，其區(qū)域地網(wǎng)與電站主地網(wǎng)是完全不同的另一個(gè)地網(wǎng)，沒有條件與電站主要二次設(shè)備實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地。因此，在上述區(qū)域接地網(wǎng)采用3×40mm2紫銅排制作，接地點(diǎn)選用就近的地網(wǎng)接地甩頭，利用4根截面積為50mm2的銅纜進(jìn)行連接。

3 結(jié)論

等電位接地網(wǎng)對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。目前關(guān)于二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)很多，但大都在一些具體細(xì)節(jié)問題上，并沒有做出明確、細(xì)致的闡述。這也往往導(dǎo)致施工人員在工作中存在理解差別，使得等電位接地網(wǎng)不規(guī)范，不能有效抑制電磁干擾。

抽水蓄能電站地域面積大，二次設(shè)備分布區(qū)域廣，等電位接地網(wǎng)敷設(shè)比較混亂。本文通過對(duì)各個(gè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)仔細(xì)研究和分析，采用大于100mm2的紫銅排優(yōu)化了各個(gè)二次屏柜內(nèi)的接地排，設(shè)計(jì)了各個(gè)區(qū)域的二次等電位接地網(wǎng)，規(guī)劃了各區(qū)域的二次等電位接地網(wǎng)之間的連接。并通過現(xiàn)場(chǎng)勘查，提出了在抽水蓄能電站中間層發(fā)電機(jī)控制盤柜下區(qū)域?qū)⒍蔚入娢唤拥鼐W(wǎng)與主地網(wǎng)連接的方案，實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)接地的規(guī)范要求。該治理方案可避免電廠的二次系統(tǒng)在受到干擾時(shí)死機(jī)、誤啟動(dòng)或損害，提高設(shè)備健康水平，保證電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。