變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地技術(shù)分析

陳 衛(wèi)

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

對于電力系統(tǒng)而言，其正常使用對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著非常重要的意義，而變電站則是整個(gè)電力系統(tǒng)的重要樞紐所在。通過變電站可保障電力系統(tǒng)交配電工作的順利進(jìn)行，因此變電站能否穩(wěn)定運(yùn)行對于整個(gè)電網(wǎng)的正常使用有著非常重要的意義。為了提升變電站自動化水平，要重視繼電保護(hù)二次系統(tǒng)接地過程，建構(gòu)完整的歸類分析機(jī)制，統(tǒng)籌分析干擾源產(chǎn)生機(jī)理和傳遞路徑，從而維持綜合管控效率，最大限度地提高接地處理水平[1]。

1 繼電保護(hù)二次系統(tǒng)運(yùn)行干擾分析

對于繼電保護(hù)系統(tǒng)而言，在其實(shí)際使用的過程當(dāng)中對其影響最大的因素毫無疑問是來自電磁波的干擾。而電磁干擾的形成需要三大要素，分別是干擾源、敏感設(shè)備和途徑。其中在變電站實(shí)際使用中很多設(shè)備都會成為電磁干擾的來源，這些電磁干擾源會對變電站內(nèi)部二次設(shè)備的正常使用產(chǎn)生極大的影響，因此為了有效降低電磁波對變電站正常使用的影響，本文認(rèn)為有必要對干擾的特性進(jìn)行全面分析。

1.1 干擾源分類

對于變電站而言，在其實(shí)際使用中變電站內(nèi)部的一些電氣設(shè)備由于運(yùn)行特點(diǎn)以及內(nèi)部構(gòu)造等因素會在使用中產(chǎn)生一定的電磁波進(jìn)而對繼電保護(hù)二次系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生干擾。正常運(yùn)行時(shí)的電流電壓抑或是短路時(shí)產(chǎn)生的短路電流都會產(chǎn)生一定波段的電磁波，對二次回路的正常使用產(chǎn)生影響，具體可以分為電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾等等。這些干擾源的種類相對較多，且干擾方式也有著很大的區(qū)別。這一問題的存在使得繼電保護(hù)二次設(shè)備的抗干擾工作在進(jìn)行中非常復(fù)雜。

1.2 傳播方式

干擾主要的傳播方式有兩種，分別是傳導(dǎo)干擾以及輻射干擾。所謂的傳導(dǎo)干擾實(shí)際上指的就是干擾介質(zhì)沿著導(dǎo)線進(jìn)入到二次回路當(dāng)中，進(jìn)而對繼電保護(hù)回路的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。例如電容耦合、電感耦合等等。而所謂的輻射干擾實(shí)際上指的是干擾源產(chǎn)生電磁波后，電磁波向空間當(dāng)中以輻射的方式進(jìn)行傳播，進(jìn)而對二次回路的正常使用造成影響，例如局部放電干擾。

1.3 變電站干擾源成因

對于變電站的二次系統(tǒng)來說，為了保障其功能的完整性，一般設(shè)計(jì)人員會為其配備一次設(shè)備以及二次設(shè)備，不同的設(shè)備產(chǎn)生干擾的種類也各不相同。具體而言，會對二次回路造成干擾的原因主要有以下幾類：

第一，當(dāng)變電站所處地區(qū)氣候較為惡劣時(shí)，一旦雷雨天氣發(fā)生，那么產(chǎn)生的雷電流很可能進(jìn)入到變電站的主接地網(wǎng)當(dāng)中對二次回路造成破壞。

第二，當(dāng)一次系統(tǒng)由于其他因素的影響產(chǎn)生短路故障時(shí)，短路電流會順著導(dǎo)線進(jìn)入到主接地網(wǎng)當(dāng)中。

第三，變電站內(nèi)各個(gè)一次設(shè)備進(jìn)行分合操作的過程當(dāng)中會產(chǎn)生一定的電磁場，從而對二次系統(tǒng)的正常使用造成影響。

第四，當(dāng)變電站處于高壓強(qiáng)場到環(huán)境下時(shí)，很可能由于電磁場的作用導(dǎo)致電磁輻射等干擾的產(chǎn)生。

2 接線方式分析

對于抗干擾工作而言，在實(shí)際進(jìn)行中主要是從以下兩個(gè)方面進(jìn)行思考的：第一，通過一定的技術(shù)手段盡可能地提高繼電保護(hù)二次設(shè)備本身所具有的抗干擾能力，并且對其他類型的電磁波進(jìn)行兼容。第二，通過一定的方式方法對繼電保護(hù)二次系統(tǒng)進(jìn)行有效保護(hù)，從而改善其運(yùn)行環(huán)境，降低來自其他電磁波的干擾。第二方面的保護(hù)手段主要有屏蔽以及接地。之所以進(jìn)行接地操作，最根本的目的是為了滿足電力系統(tǒng)工作過程當(dāng)中對于安全的需求，將一些需要進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備與接地設(shè)備連接起來進(jìn)而與大地進(jìn)行連接。通過這樣的方式可以有效保護(hù)二次設(shè)備的正常使用，當(dāng)前這種方式已然經(jīng)過了大量的實(shí)踐，充分表明只要將設(shè)備進(jìn)行有效接地就可以避免電氣設(shè)備產(chǎn)生故障時(shí)釋放出高壓電流，對設(shè)備以及現(xiàn)場工作人員的安全形成保障[2-3]。根據(jù)防護(hù)措施最終目的的區(qū)別可以將接地方式進(jìn)一步分為工作接地、保護(hù)接地以及防雷接地三大類型，下面對其進(jìn)行一一探討：

第一，工作接地。采取工作接地措施的根本目的是為了使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不受干擾。這種接地措施是最常用的接地措施技術(shù)之一，通過這種接地方式的使用可以有效保障電力系統(tǒng)的安全使用。

第二，保護(hù)接地。采取這種接地方式的根本目的是為了防止電氣設(shè)備在使用中由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)或其他因素所導(dǎo)致的漏電行為對二次系統(tǒng)的正常使用造成破壞。一旦電氣設(shè)備產(chǎn)生漏電行為，漏電電流可以通過接地設(shè)備作用的合理發(fā)揮導(dǎo)入到大地當(dāng)中，從而有效避免對工作人員以及電力設(shè)備造成破壞。

第三，防雷接地。在電力系統(tǒng)實(shí)際使用的過程當(dāng)中，雷電是造成電網(wǎng)安全事故的重要因素之一。而通過有效的防雷接地技術(shù)的應(yīng)用可以充分降低雷電對電網(wǎng)所造成的傷害。此外，雷電除了會對一次系統(tǒng)造成影響外，還會產(chǎn)生電磁干擾，對二次系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生影響，導(dǎo)致二次系統(tǒng)發(fā)生故障[4]。

3 接地技術(shù)方案設(shè)計(jì)分析

經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)人員當(dāng)前主要是將二次設(shè)備通過等電位銅排接入到變電站主接地網(wǎng)當(dāng)中。通過這樣的方式可以使整個(gè)二次系統(tǒng)的抗干擾能力得到實(shí)質(zhì)性的增強(qiáng)，尤其是智能技術(shù)不斷推廣的今天更是如此。在無人值守智能變電站應(yīng)用時(shí)，由于智能技術(shù)的實(shí)際使用需求需要使用到大量的測控通信繼電保護(hù)裝置，為了滿足社會發(fā)展的需求，這些裝置的精密度也變得越來越高。在這樣的情況下，要想保障這些設(shè)備的合理運(yùn)行，那么周邊環(huán)境一定要滿足設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用需求。而將這些設(shè)備置于一個(gè)等電位平臺當(dāng)中可以保障不同設(shè)備之間的通信工作不會受到其他因素的影響，此外還能進(jìn)一步降低由于短路來電等產(chǎn)生的干擾[5]。下面結(jié)合實(shí)際工作進(jìn)行簡要分析：

3.1 變電站二次系統(tǒng)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)

為了使繼電保護(hù)二次系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)不但能夠有效抵抗來自周邊環(huán)境的干擾，還能充分保護(hù)滿足接地保護(hù)工作的實(shí)際需求，應(yīng)當(dāng)在繼電保護(hù)設(shè)備安裝的區(qū)域安裝獨(dú)立的等電位接地網(wǎng)。為了保障接地效果，使用銅排的橫截面積應(yīng)當(dāng)大于等于100 平方毫米。對于站內(nèi)敷設(shè)有二次電纜的區(qū)域也應(yīng)當(dāng)加裝等電位接地網(wǎng)，例如開關(guān)柜、電纜溝等。對于繼電保護(hù)裝置來說，在其使用中能否可靠地運(yùn)行在很大程度上和通信系統(tǒng)以及后臺機(jī)有著非常密切的聯(lián)系。因此，為了保障接地效果，使二次系統(tǒng)的正常運(yùn)行不受干擾，應(yīng)當(dāng)采取一定的技術(shù)措施將通信室、集控室、保護(hù)室采用截面積大于100 平方毫米的銅排連接起來。此外，對于各室對應(yīng)的上下層電纜室、電纜溝等也應(yīng)當(dāng)加裝接地網(wǎng)。當(dāng)各室的等電位接地網(wǎng)加裝完畢之后，為了保障接地效果，有效保護(hù)二次系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)將其和變電站主接地網(wǎng)進(jìn)行連接。連接的點(diǎn)位不需過多，但是必須是與主接地網(wǎng)進(jìn)行相連的，只有這樣才能保障著等電位接地網(wǎng)接地電阻滿足設(shè)計(jì)要求。對于連接點(diǎn)的選擇而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)變電站實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，如果連接點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際應(yīng)用需求，那么當(dāng)主接地網(wǎng)由于周邊環(huán)境因素的影響導(dǎo)致電位出現(xiàn)不平衡的情況時(shí)，這種不平衡會蔓延到其他接地網(wǎng)當(dāng)中，進(jìn)而對二次系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。進(jìn)行一點(diǎn)連接不但能夠滿足接地電阻的要求，還能夠在最大程度上降低接地網(wǎng)電阻分布不平衡給二次系統(tǒng)帶來的不良影響[6]。

3.2 戶外端子箱接地技術(shù)分析

在安裝戶外端子箱的過程當(dāng)中，為了保障其穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體需求為其加裝橫截面積大于等于100 平方毫米的接地銅排。此外，為了保障接地銅排的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)在橫向通過螺栓將其兩端牢牢地固定在端子箱的內(nèi)部，從而使二次設(shè)備與其他接地線進(jìn)行密切相連，最后與電纜溝內(nèi)的等地位接地網(wǎng)進(jìn)行連接。

3.3 保護(hù)裝置接地技術(shù)分析

一般而言，由于接地系統(tǒng)本身的構(gòu)造特點(diǎn)，為了將其功能充分地發(fā)揮出來，人們一般將其安裝在室內(nèi)的保護(hù)柜里面。為了使安全更有保障，保護(hù)柜內(nèi)部也應(yīng)當(dāng)裝設(shè)橫截面積大于等于100 毫米的接地銅排。此外，為了連接的有效性，應(yīng)當(dāng)將接地銅排敷設(shè)在平柜的下方，這樣的設(shè)置手法可以將電纜屏蔽線電互感器與二次回路接地線進(jìn)行密切連接。此外，為了防止電磁波的侵入，柜與門之間也應(yīng)當(dāng)用橫截面積大于等于4平方毫米的多股軟銅線與保護(hù)柜的本體進(jìn)行連接，并且與保護(hù)柜下方的接地銅排進(jìn)行緊密相連。

3.4 電纜于設(shè)備接地技術(shù)分析

繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中的二次電纜的屏蔽層與相關(guān)設(shè)備都應(yīng)當(dāng)與大地連接起來，此外一次設(shè)備與主控室保護(hù)制之間相連的二次電纜應(yīng)當(dāng)通過金屬管從一次設(shè)備接線盒引入到二次電纜端子箱當(dāng)中，同時(shí)金屬管的上部應(yīng)當(dāng)與設(shè)備的底座通過焊槍焊接起來，而金屬管的下端應(yīng)當(dāng)采取就定性原則將其焊接帶在接地網(wǎng)上面。對于保護(hù)系統(tǒng)的控制電纜來說，為了使其在使用中屏蔽來自電磁波的干擾，應(yīng)當(dāng)將屏蔽層的兩端進(jìn)行接地。二次回路則由于本身的使用特性無需將其進(jìn)入到一次設(shè)備端子箱當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)直接從本體引出一條電纜并且連接到計(jì)量保護(hù)裝置的二次電纜端子箱中[7]。

3.5 互感器接地技術(shù)分析

根據(jù)保護(hù)工作的實(shí)際要求，為了讓電流互感器的作用能夠更加充分地發(fā)揮出來，應(yīng)當(dāng)在其二次側(cè)設(shè)置一個(gè)接地點(diǎn)位，而一些安裝有多個(gè)互感器的電流回路，為了防止電流互感器出現(xiàn)功能異常，應(yīng)當(dāng)將接地點(diǎn)位設(shè)置在保護(hù)柜內(nèi)部的接地銅排上方。對于一些處于獨(dú)立狀態(tài)的互感器而言，接地點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)置在戶外的端子箱內(nèi)部接地銅排上。

4 二次電纜屏蔽層接地分析

在設(shè)計(jì)工作實(shí)際進(jìn)行的過程當(dāng)中，為了有效保障屏蔽層的實(shí)際使用功能，應(yīng)當(dāng)將電纜屏蔽層的兩端進(jìn)行接地操作。如果僅僅將電纜屏蔽層的一端進(jìn)行接地，雖然可以有效避免產(chǎn)生電流回路的形成，但是這樣的設(shè)計(jì)方式對于干擾的抵抗性相對較差。而兩端接地之后不但可以有效提高整個(gè)屏蔽層的抗干擾能力，還可以大幅度降低電纜屏蔽層的過電壓水平。通過一定的方式方法對電纜屏蔽層進(jìn)行有效的接地處理，可以在最大程度上防止容性耦合與感性耦合對二次系統(tǒng)的正常使用造成影響。

在屏蔽層兩端接地的整個(gè)過程當(dāng)中，如果兩端由于種種因素的影響存在一定的電位差別，那么將不可避免地會在屏蔽層內(nèi)部流入一些電流。這樣的話很可能導(dǎo)致電磁波的產(chǎn)生，進(jìn)而使電纜中的一些傳輸信號無法進(jìn)行正常的傳輸工作。如果在這一過程當(dāng)中，一次系統(tǒng)由于外界或內(nèi)部因素的影響導(dǎo)致短路的產(chǎn)生，那么屏蔽層內(nèi)部流過的電流將會快速升高甚至?xí)龤帘螌?。在這一過程當(dāng)中，由于電纜線芯與屏蔽層之間存在著一定的電容電感，因此線芯當(dāng)中會由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流電壓，進(jìn)而對二次系統(tǒng)的正常使用產(chǎn)生不良影響。而如果接地電網(wǎng)的電阻小到一定程度時(shí)，屏蔽層內(nèi)部流經(jīng)的電流會非常微弱。通過大量經(jīng)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，通過沿電纜溝敷設(shè)并聯(lián)接的導(dǎo)體作為二點(diǎn)接地的輔助測試可以使電位得到很好的平衡，有效減少過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生[8]。

5 結(jié)語

通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前經(jīng)過多年的發(fā)展，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)對繼電變電站繼電保護(hù)二次系統(tǒng)的相關(guān)接地設(shè)計(jì)有了一定的掌握。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，我們還需要進(jìn)行不斷的分析，只有這樣才能提升二次系統(tǒng)的抗干擾能力。