110kV變電站弱電系統(tǒng)抗干擾研究設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析

李 博，王 帥

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

1 項(xiàng)目概況

陜西省涇河?xùn)|莊水利樞紐110 kV施工變電站為涇河?xùn)|莊水利樞紐工程建設(shè)期施工用電提供電源，建設(shè)期最大用電負(fù)荷約為26 MW，在工程建設(shè)完成后，施工用的110 kV東莊施工變電站將作為永久性變電站，為庫區(qū)的生產(chǎn)、生活用電電源[1]。

變電站布置形式為半戶內(nèi)布置。戶外布置有2臺(tái)110 kV變壓器；其余電氣設(shè)備均安裝于配電樓內(nèi)，配電樓共劃分為兩層，一層功能房間布置有10 kV高壓配電室、10 kV無功補(bǔ)償裝置室、中控室，二層功能房間有110 kVGIS室。10 kV高壓配電室內(nèi)布置有36面10 kV高壓柜，10 kV無功補(bǔ)償裝置室布置有2套無功補(bǔ)償裝置，中控室內(nèi)布置有繼電保護(hù)裝置屏柜和通訊拼柜等，110 kVGIS室布置有5個(gè)110 kVGIS間隔。

2 電站內(nèi)干擾源及防范措施

2.1 弱電系統(tǒng)的構(gòu)成

110 kV施工變電站所有的高壓進(jìn)、饋線回路均配置斷路器來開斷線路，斷路器采用微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，因此站內(nèi)裝設(shè)有大量的微機(jī)保護(hù)裝置；為了便于站內(nèi)通訊以及變電站與電網(wǎng)系統(tǒng)、后期的水電站進(jìn)行通訊，又需要裝設(shè)大量的信息通訊設(shè)備；變電站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊絕大多數(shù)是通過電纜來傳遞弱電信號(hào)，該弱電信號(hào)電壓約為十幾伏或幾伏、電流信號(hào)為幾安培，例如微機(jī)保護(hù)裝置中各門電路的邏輯“1”和“0”電平差僅2 V。這些微機(jī)保護(hù)設(shè)備、通訊設(shè)備、通訊線纜對電磁干擾都是非常敏感的，但110 kV施工變電站既有110 kV、10 kV高壓系統(tǒng)，還有1 k的低壓系統(tǒng)，電磁干擾無法避免，因此變電站在設(shè)計(jì)建造安裝過程時(shí)，就必須提前做好防范措施。

2.2 信號(hào)干擾原因

電磁干擾極有可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的動(dòng)作或通訊設(shè)備數(shù)據(jù)的丟失，可能使施工工地大面積停電，導(dǎo)致整個(gè)涇河?xùn)|莊水利樞紐工程工期延誤，造成嚴(yán)重的政治影響。為了保證電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，因此在新建、改擴(kuò)建的變電站內(nèi)采取防干擾意義重大。以下列舉幾條常見的電磁干擾源：

（1）由于保護(hù)設(shè)備、通訊設(shè)備之間的參考電位不一致，電纜兩端可能存在電位差，該電位差可能造成信號(hào)干擾。

（2）雷電產(chǎn)生的電磁干擾。

（3）電站低壓接地系統(tǒng)應(yīng)用不當(dāng)，供電線路上產(chǎn)生電位差造成的電磁干擾。

（4）電氣線路布置不當(dāng)。

（5）其他原因。

2.3 防干擾措施

變電站內(nèi)的電磁干擾源較多，無法完全杜絕電磁干擾對設(shè)備的影響，但在變電站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮主要干擾源，并針對上述這些常見的電磁干擾源，采取相應(yīng)措施，降低干擾源對設(shè)備的影響，使設(shè)備能夠在一定強(qiáng)度的電磁干擾情況下穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。具體措施如下：

（1）設(shè)置二次等電位，使110 kV施工變電站需將所有二次設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備的地電位化為統(tǒng)一地電位，以保證設(shè)備之間的參考電位基本一致。

（2）針對雷電產(chǎn)生的電磁干擾，監(jiān)控設(shè)備和通訊設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離防雷引下線所在位置，在選擇電纜時(shí)，選用帶屏蔽功能的電纜。

（3）在電纜布線時(shí)，應(yīng)合理布置，避免將電源線和信號(hào)線形成可感應(yīng)產(chǎn)生涌流的大包繞環(huán)。

（4）電站低壓接地系統(tǒng)采用TN-C-S接地系統(tǒng)，PEN上產(chǎn)生電位差造成的電磁干擾。

3 二次等電位網(wǎng)的設(shè)計(jì)

3.1 弱電系統(tǒng)設(shè)備布置概況

變電站內(nèi)的信息設(shè)備、110 kVGIS線路保護(hù)裝置、110 kV主變壓器保護(hù)裝置均組屏均安裝于二次屏柜內(nèi)，二次屏柜布置在一層中控室；110 kVGIS設(shè)備通過匯控柜與保護(hù)設(shè)備進(jìn)行通訊，匯控柜布置于110 kVGIS配電室內(nèi)；10 kV設(shè)備的保護(hù)裝置就地安裝于10 kV高壓開關(guān)柜內(nèi)。

3.2 二次等電位網(wǎng)的設(shè)置

變電站需將10 kV開關(guān)柜內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置、中控室內(nèi)微機(jī)保護(hù)設(shè)備和信息化設(shè)備的接地端通過二次等電位網(wǎng)連接在一起。具體設(shè)置如下：

（1）等電位網(wǎng)的設(shè)計(jì)：

在配電樓一層中控室外圍主電纜溝內(nèi)明敷一根1×120 mm2的銅纜，該銅纜首尾相連，呈“口”字型布置；在中控室的每條分支電纜溝內(nèi)沿屏柜方向同樣敷設(shè)一根相同的銅纜，該銅纜與最外圍銅纜可靠連接，形成中控室內(nèi)二次等電位接地網(wǎng)，該網(wǎng)呈“目”字型布置，保證等電位網(wǎng)的整體性。二次等電位接地網(wǎng)采用4根1×50 mm2的銅纜與電站內(nèi)的主接地網(wǎng)一點(diǎn)連接，不僅保證了二次等電位網(wǎng)與主接地網(wǎng)的可靠性還保證了二次等電位接地網(wǎng)的等電位性。

10 kV開關(guān)柜內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置就地安裝于各10 kV高壓柜內(nèi)，因此可將配電樓內(nèi)的10 kV高壓配電室看為一個(gè)二次室，因此可參照中控室內(nèi)的二次等位網(wǎng)做法，在10 kV高壓配電室內(nèi)形成二次等電位網(wǎng)，并采用同樣的方式與主接地網(wǎng)可靠連接。

由于10 kV高壓配電室的設(shè)備需與中控室的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞，采用電纜進(jìn)行通訊，為了保證兩個(gè)二次等電位網(wǎng)統(tǒng)一電位，因此采用1×120 mm2銅纜將兩個(gè)二次等電位網(wǎng)相互連接。二次等電位網(wǎng)接線見圖1。

圖1 二次等電位網(wǎng)接線圖

（2）屏柜內(nèi)的設(shè)備防干擾措施

安裝于中控室內(nèi)的二次屏柜、10 kV高壓開關(guān)柜、110 kVGIS設(shè)備匯控柜均要設(shè)置供公用零電位基準(zhǔn)點(diǎn)邏輯接地的信號(hào)總接地銅排，該銅排的截面不應(yīng)小于100 mm2，該信號(hào)總接地銅排安裝于二次屏柜最底部，便于屏柜內(nèi)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部接線和信號(hào)接地銅排與二次等電位之間的連接，銅排安裝時(shí)與屏柜之間不要求絕緣。

繼電保護(hù)設(shè)備或者信息技術(shù)設(shè)備在屏柜內(nèi)安裝時(shí)，設(shè)備與屏柜非絕緣接觸并且機(jī)械固定式安裝，設(shè)備已與屏柜內(nèi)的信號(hào)總接地銅排在物理上已連接，為了可靠連接，屏柜內(nèi)的所有設(shè)備、屏柜門門體的接地端、柜內(nèi)所有電纜的屏蔽層均采用4 mm2的多股銅線與柜內(nèi)總接地銅排可靠連接，柜內(nèi)總接地銅排采用1×50 mm2銅纜與二次等接地網(wǎng)連接。屏柜內(nèi)部等電位連接示意圖見圖2。

圖2 屏柜內(nèi)部等電位連接示意圖

4 電纜敷設(shè)防干擾措施

4.1 防雷電流電磁干擾

電站配電樓采用柱內(nèi)鋼筋作為防雷引下線，當(dāng)屋頂?shù)谋芾讕г獾嚼讚魰r(shí)，柱內(nèi)鋼筋將瞬間流過數(shù)千安培的雷電沖擊電流，并在其周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場，敷設(shè)在引下線周圍的電纜會(huì)在該強(qiáng)電磁場的作用下感應(yīng)出涌流。因此，和微機(jī)保護(hù)裝置、信息設(shè)備的相連電纜在敷設(shè)時(shí)應(yīng)盡可能的遠(yuǎn)離了防雷引下線，避免電磁場和電纜內(nèi)的涌流對設(shè)備造成干擾或燒壞設(shè)備。

4.2 合理的敷設(shè)路徑

與微機(jī)保護(hù)裝置、信息設(shè)備相連的電纜共劃分為2類，一類為電源電纜，另一類為信號(hào)電纜。電源線和信號(hào)線在敷設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量避免形成大包環(huán)繞，即電源線和信號(hào)線形成環(huán)形，應(yīng)將電源線和信號(hào)線于同一通道內(nèi)敷設(shè)，敷設(shè)時(shí)將兩類電纜保持大于50 mm的間距即可。若電源線和信號(hào)線敷設(shè)成環(huán)，當(dāng)空間因雷電或者短路在周圍產(chǎn)生高頻瞬變的電磁場，而該磁場使環(huán)內(nèi)的設(shè)備和電纜感應(yīng)出幅值較大的涌壓，對微機(jī)保護(hù)裝置、信息設(shè)備產(chǎn)生造成干擾或燒壞設(shè)備。

4.3 其他要求

（1）二次電纜在敷設(shè)時(shí)還應(yīng)盡量避開并聯(lián)電容器、高壓母線的接地點(diǎn)，并盡量縮短二次電纜長度。

（2）電站內(nèi)所有二次電纜均采用鎧裝屏蔽電纜，電纜敷設(shè)安裝時(shí)，兩端屏蔽層接地；當(dāng)穿金屬管敷設(shè)時(shí)，金屬管道兩端要兩側(cè)接地。

（3）在高壓室二次電纜溝、110 kVGIS室二次電纜溝內(nèi)明敷1×120 mm2銅纜與主控室二次等電位接地網(wǎng)一點(diǎn)連接，該電纜是為了防止發(fā)生短路時(shí)站內(nèi)因主接地網(wǎng)電位差而在二次電纜屏蔽層流過大電流將其燒壞。110 kVGIS設(shè)備匯控柜采用1×100 mm2電纜與該銅纜連接。

5 二次屏柜的交流配電防干擾措施

在給二次屏柜、10 kV高壓柜、110 kVGIS設(shè)備匯控柜供交流電時(shí)，應(yīng)避免采用TN-C-S接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)在配電時(shí)PE線和N線合為一根PEN線，PEN線在流過電流時(shí)由于自身阻抗而產(chǎn)生壓降，PEN線上各點(diǎn)的電位是不同，該電位差有可能導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)設(shè)備或信息技術(shù)設(shè)備地電位的不均等而不能正常工作。因此在給二次屏柜和信息屏柜供電時(shí)采用TN-S接線系統(tǒng)，且中性線不應(yīng)接入保護(hù)專用的等電位接地網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，N線接線端子應(yīng)與屏柜外殼保護(hù)絕緣。

110 kV施工變電站中控室內(nèi)布置有22面二次屏柜，需給屏柜內(nèi)供交流電，用于柜內(nèi)除濕、加熱、照明，均為單相電源。由于屏柜數(shù)量較多，為了簡化供電線路、減少供電回路，給屏柜供給交流電源時(shí)，往往采用屏頂小母線的方式。供電電源采用三芯電力電纜ZR-YJV22-0.6/1kV-3×4給屏頂小母線供電，各屏柜用電引自屏頂小母線，屏頂小母線對應(yīng)三芯電纜設(shè)置有三根絕緣紫銅棒，分別為相線、N線、PE線。相線與N線均與屏柜絕緣，PE線與保護(hù)屏柜和信息設(shè)備屏柜連接。從而減少供電回路對弱電系統(tǒng)的電磁干擾。

6 結(jié)論

隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，變電站將會(huì)更加自動(dòng)化、智能化和信息化，屆時(shí)變電站內(nèi)會(huì)裝設(shè)有更多的微機(jī)保護(hù)裝置和信息技術(shù)設(shè)備，因此變電站內(nèi)做弱電系統(tǒng)的防干擾意義重大。