大型抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)的施工

林國(guó)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(zhǎng)沙科智防雷工程有限公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

0 引言

電力系統(tǒng)各種一次設(shè)備和構(gòu)架（包括安全接地或保護(hù)接地）的接地采用多點(diǎn)、反復(fù)接地的方法，目的是提高可靠性。多點(diǎn)接地負(fù)面的作用為形成對(duì)地環(huán)流，對(duì)地環(huán)流可能造成二次電纜和二次設(shè)備的電磁干擾，從而影響二次的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)等嚴(yán)重后果。因此，為了減小對(duì)二次設(shè)備的電磁干擾，使二次系統(tǒng)的信號(hào)接地盡可能免受影響，電力系統(tǒng)引入了“等電位地網(wǎng)”的概念。1994年原電力部下發(fā)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》（電安生〔1994〕191號(hào)），提出了“等電位地網(wǎng)”這個(gè)名詞?！暗入娢坏鼐W(wǎng)”在國(guó)外文獻(xiàn)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(wǎng)和等電位連接的定義

等電位接地網(wǎng)的定義：為減小空間電磁場(chǎng)對(duì)二次電纜和二次設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，并使二次設(shè)備信號(hào)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)單點(diǎn)接地，由帶絕緣的水平導(dǎo)體縱橫連接構(gòu)成的各節(jié)點(diǎn)處于等電位的接地網(wǎng)，其最終與主接地網(wǎng)一點(diǎn)接地，也可稱為“二次接地網(wǎng)”或“抗干擾接地網(wǎng)”。

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

電力系統(tǒng)接地術(shù)語“等電位地網(wǎng)”與建筑物防雷術(shù)語里的“等電位連接”是不完全一樣的。相同的方面是兩個(gè)術(shù)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(gè)專業(yè)的建筑物防雷的術(shù)語，接地方式包括單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地；電力系統(tǒng)中“等電位地網(wǎng)”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(tǒng)的復(fù)雜電磁環(huán)境下包括操作過電壓、故障電流、雷電流等對(duì)二次電纜和二次設(shè)備內(nèi)電路板和芯片形成的電磁干擾，等電位接地網(wǎng)只允許單點(diǎn)接地。抽水蓄能電站地下廠房雖然沒有雷電流，但電站裝機(jī)容量大，電壓等級(jí)高，發(fā)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(xiàn)象非常突出。“等電位地網(wǎng)”是消除抽水蓄能電站二次電纜和二次設(shè)備周邊電磁干擾行之有效的技術(shù)措施。

2 等電位接地網(wǎng)施工方法的來由

查閱與“等電位接地網(wǎng)”具體設(shè)計(jì)與施工相關(guān)的行標(biāo)和國(guó)標(biāo)等技術(shù)文獻(xiàn)，包括《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)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(yàn)收規(guī)范》（GB 50169—2016）第4.9.1條、《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（2018修訂版）第15.6.2條、國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（2014）第18.8條及《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T 14285—2006）第6.5.3條，發(fā)現(xiàn)其文字表述均與國(guó)家電力調(diào)度通信中心《<國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(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》（2005年11月）中的完全一致?？梢酝茰y(cè)，國(guó)內(nèi)關(guān)于等電位接地網(wǎng)的規(guī)程是參考自國(guó)家電力調(diào)度通信中心《<國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(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》（2005年11月），該文件是國(guó)內(nèi)關(guān)于等電位接地網(wǎng)實(shí)施要求的原創(chuàng)文件，其是依據(jù)500 kV變電站地網(wǎng)和二次設(shè)備布局情況來表達(dá)等電位接地網(wǎng)的實(shí)施要求。

3 大型抽水蓄能電站與500 kV變電站地網(wǎng)實(shí)際情況的對(duì)比分析

500 kV變電站地網(wǎng)對(duì)角線一般長(zhǎng)100～400 m，500 kV變電站的二次設(shè)備集中在變電站的一個(gè)房間或一層樓里面，這些二次設(shè)備屬于集中式二次系統(tǒng)。而大型抽水蓄能電站的地網(wǎng)對(duì)角線一般為1 000～2 500 m長(zhǎng)，其規(guī)模比500 kV變電站地網(wǎng)規(guī)模大一個(gè)數(shù)量級(jí)。抽水蓄能電站二次設(shè)備分布在主廠房發(fā)電機(jī)層、主變洞二層、繼保室、通信設(shè)備室等不同區(qū)域，且不同區(qū)域之間的距離比500 kV變電站的地網(wǎng)對(duì)角線還大，抽水蓄能電站二次設(shè)備屬于分布式二次系統(tǒng)。地網(wǎng)對(duì)角線越長(zhǎng)，地網(wǎng)不同入地點(diǎn)的電位差越大。

500 kV變電站主接地網(wǎng)與均壓網(wǎng)合二為一，主接地網(wǎng)與開關(guān)站均壓網(wǎng)在同一個(gè)區(qū)域；而抽水蓄能電站除了開關(guān)站和地下廠房有均壓網(wǎng)外，還在下庫有一個(gè)面積達(dá)到數(shù)十萬平方米的主接地網(wǎng)，抽水蓄能電站主接地網(wǎng)與地下廠房及開關(guān)站均壓網(wǎng)分布在不同區(qū)域，并且兩者之間距離較遠(yuǎn)。電力調(diào)度通信中心《<國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(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》（2005年11月）規(guī)定了等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)一點(diǎn)連接，但對(duì)于分布式二次系統(tǒng)是一個(gè)整體等電位接地網(wǎng)單點(diǎn)接地，還是若干個(gè)相互獨(dú)立的等電位接地網(wǎng)分別單點(diǎn)接地，該文件沒有一個(gè)明確的說法。因此，《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)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(yàn)收規(guī)范》（GB 50169—2016）第4.9.1條、《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（2018修訂版）第15.6.2條、國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（2014）第18.8條及《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T 14285—2006）第6.5.3條及電力調(diào)度通信中心《<國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(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》（2005年11月）中關(guān)于等電位地網(wǎng)的實(shí)施要求均不適用于抽水蓄能電站。

4 現(xiàn)有大型抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)的實(shí)際做法

大型抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)的實(shí)際做法大多是在發(fā)電機(jī)層控制柜、主變洞二層控制柜、繼保室、通信設(shè)備室等區(qū)域分別安裝一個(gè)等電位接地網(wǎng)，并各自在二次設(shè)備附近就近入地。抽水蓄能電站大型接地網(wǎng)不同入地點(diǎn)之間電位差較大，這就造成各個(gè)區(qū)域等電位接地網(wǎng)相互之間電位不等。二次設(shè)備的等電位接地網(wǎng)根本作用是消除電站環(huán)境內(nèi)如故障電流、操作過電壓、雷電流等對(duì)二次電纜和二次設(shè)備內(nèi)電路板和芯片形成的電磁干擾。等電位接地網(wǎng)多個(gè)入地點(diǎn)的做法，會(huì)造成不同入地點(diǎn)之間有較大電位差，形成新的對(duì)地環(huán)流，對(duì)地環(huán)流又造成新的電磁干擾，這與等電位接地網(wǎng)的根本作用相矛盾。圖1所示為錯(cuò)誤的等電位接地施工示意圖。

圖1 錯(cuò)誤的等電位接地施工示意圖

如圖1所示，不同區(qū)域的等電位接地網(wǎng)分別單獨(dú)接地，不同入地點(diǎn)之間電位差較大，多點(diǎn)接地的做法是錯(cuò)誤的。

5 大型抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)正確的施工方法

參照《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T 35050—2015）第9.5.2條、國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（2014）第18.8條、《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（2018修訂版）第15.6.2條，并依據(jù)抽水蓄能電站地網(wǎng)對(duì)角線的長(zhǎng)度、分布式二次設(shè)備的實(shí)際布局和二次設(shè)備頻率實(shí)際情況，遵循何金良《電力系統(tǒng)接地技術(shù)》第15.1節(jié)和15.2節(jié)的基本精神，并結(jié)合黑麋峰電站和仙游電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)的施工方法如下：

（1）抽水蓄能電站的監(jiān)控、保護(hù)、通信、監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)信息等二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)應(yīng)與抽水蓄能電站使用同一個(gè)主接地網(wǎng)，但監(jiān)控、保護(hù)、通信、監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)信息等二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)只能有一個(gè)公共的、唯一的連接點(diǎn)。

（2）抽水蓄能電站應(yīng)采取有效防止空間電磁場(chǎng)對(duì)二次系統(tǒng)形成干擾的措施，宜根據(jù)主廠房、副廠房及繼保樓、中控樓二次設(shè)備安裝的實(shí)際情況，敷設(shè)與抽水蓄能電站主接地網(wǎng)單點(diǎn)連接的等電位接地網(wǎng)。

（3）在主廠房發(fā)電機(jī)旁LCU盤柜、主變LCU盤柜、GIS LCU盤柜、繼電保護(hù)室、通信室、監(jiān)控室、計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(wǎng)應(yīng)采用絕緣子與各種金屬構(gòu)件絕緣，形成二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)。發(fā)電機(jī)旁LCU盤柜、主變LCU盤柜、GIS LCU盤柜、繼電保護(hù)室、通信室、監(jiān)控室二次盤柜的等電位接地網(wǎng)與電廠主接地網(wǎng)只能存在唯一的公共連接點(diǎn)。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(gòu)成。各個(gè)區(qū)域的等電位接地網(wǎng)相互之間為并聯(lián)關(guān)系，且集中一個(gè)入地點(diǎn)與主接地網(wǎng)單點(diǎn)連接。等電位接地網(wǎng)與主地網(wǎng)連接時(shí)，應(yīng)與高壓母線、并聯(lián)電容器、電容式電壓互感器、結(jié)合電容、電容式套管、避雷器與避雷針等設(shè)備入地點(diǎn)保持15 m以上的地下距離。等電位接地網(wǎng)入地點(diǎn)一般宜選擇位于主廠房發(fā)電機(jī)下一層的中間層。抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)敷設(shè)施工方法如圖2和圖3所示。

圖2 不同區(qū)域二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)并聯(lián)關(guān)系示意圖

（4）分散布置的保護(hù)就地站（保護(hù)小室），每個(gè)保護(hù)就地站按照以上要求敷設(shè)等電位接地網(wǎng)，就地保護(hù)站之間若存在相互連接的二次電纜，則每個(gè)保護(hù)站的等電位接地網(wǎng)之間采用100 mm2的紫銅排（纜）可靠連接。分散布置的保護(hù)就地站的等電位地網(wǎng)入地點(diǎn)不允許在就地保護(hù)站單獨(dú)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(wǎng)入地點(diǎn)接地。

（5）等電位接地網(wǎng)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(wǎng)的紫銅排（或銅纜）的連接應(yīng)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(jié)語

本文從等電位接地網(wǎng)的定義入手，分析了大型抽水蓄能電站二次系統(tǒng)的實(shí)際情況，并通過與500 kV變電站的地網(wǎng)基本情況進(jìn)行對(duì)比分析，指出了現(xiàn)有規(guī)程對(duì)于大型抽水蓄能電站等電位接地網(wǎng)實(shí)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(tǒng)等電位接地網(wǎng)施工的具體方法，對(duì)于大型抽水蓄能電站二次系統(tǒng)等電位接地網(wǎng)施工有具體的參考意義。

圖3 二次系統(tǒng)盤柜與盤柜之間的接地施工工藝示意圖