水电站等电位接地网设计与应用

陈 鹏，孙 锐

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.雅砻江流域水电开发有限公司 四川 成都 610000)



水电站等电位接地网设计与应用

陈 鹏1，孙 锐2

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072; 2.雅砻江流域水电开发有限公司 四川 成都 610000)

水电站中二次设备中，大量使用电子设备，电子设备和控制电缆的防电磁干扰问题越来越受到关注。因为水电站的非标性，且不同的标准或规范对二次设备逻辑接地和控制电缆的接地方式和等电位接地网的敷设要求也不完全一致，没有一个统一的标准。本文从理论分析出发，给出了解决方案。

水电站;电磁干扰;等电位接地网;接地

1 电缆屏蔽层接地和二次设备逻辑接地点接地意义

由于二次回路中大量采用电子设备，输电电压的增高以及广泛采用塑料护套电缆等原因，使得控制电缆防止电磁干扰成为必须认真对待的问题。电缆屏蔽层作为减小干扰的主要措施，已经大量使用在控制电缆中。当电缆的屏蔽层只单纯的作为屏蔽时，最好两端都接地，这样既可起静电屏蔽作用，又可起磁屏蔽作用。若主要的干扰源为低频干扰时，电缆屏蔽应一点接地。水电站中除出线场或敞开式开关站外，主要是低频干扰。不同二次设备通过逻辑接地点一点接地，保证不同设备的逻辑接地点在同一电位，避免设备误动。

2 无等电位接地网的潜在危害

没有设计等电位接地网之前，电缆的屏蔽层不论一端接地还是两端接地，均是直接就近接入主接地网。过去由于电网容量较小，发生短路时接地电流也小，现在电网容量不断增大，发生短路时的接地电流随之增大；即使现在主接地网接地电阻能满足规程要求( 控制在 0.5 Ω以下), 主接地网在短路电流注入点仍可能会产生上千伏的电压。在发生大电流入地的时候，可能造成以下三点危害：

(1)对一端接地的电缆，屏蔽层由于没有形成回路，有可能将此高电压引入二次屏柜，造成设备损坏和控制回路误动；

(2)对两端接地的电缆会产生两点危害：一是当接地网出线短路电流或雷击电流时，由于电缆屏蔽层两接地点的电位不同，屏蔽层内流过电流，可能烧毁电缆；二是当屏蔽层内流过电流时，对每个芯线将产生干扰信号。

(3)不同的二次设备的逻辑接地点此时将不在同一电位上，由于二次设备的信号翻转电平很小，可能因此产生误动。

3 设计等电位接地网的目的

设计了等电位接地网后，控制电缆的屏蔽层和二次设备的逻辑基地点均与等电位接地网可靠连接。等电位接地网仅在一点与主接地网连接，该连接点应选择在远离大电流入地点，因此，即使在大电流接地的情况下，可以认为等电位接地网上各个部分的电位是相同的。在地中有大电流产生的时候，由于连接点的位置远离大电流入地点，此时等电位接地网的电位也将远小于入地点的电位。在发生大电流入地的时候：

(1)对屏蔽层一端接地的电缆，通过屏蔽层引入二次设备的高电压将大大降低，保护了二次设备的安全。

(2)对屏蔽层两端接地的电缆，由于两端等电位，屏蔽层中不会产生过电流，保护了电缆，也不会对芯线产生干扰信号。

(3)不同二次设备的基准电位将相同，不会产生误动。

4 等电位接地网的设置

如上所述，如果要达到最理想的控制电缆防干扰，就应在所有控制电缆的两侧设置等电位接地网，将所有控制电缆的两端都接地。但实际的情况是，水电站设备分散，特别是大中型水电站，不可能也没有必要在所有的控制电缆两端敷设等电位接地网。一般来说，水电站内部的电磁干扰主要是低频干扰，高频干扰主要在敞开式开关站(大中型水电站开关站大都采用GIS设备，高频干扰较小)和出线场。因此，水电站内部的控制电缆屏蔽优先按一点接地的方式考虑，而所有的控制电缆的一端，一般都是连接到对应的监控系统或保护系统。水电站在二次设备的布置上也一般是采用监控系统和保护系统集中布置，因此，全厂的等电位接地网优先按如下方式考虑设计：

(1)厂内在机旁和集中布置的二次盘柜室设置等电位接地网;

(2)出线场设置一个等电位接地网;

(3)不同部分的等电位接地网统一在主接地网的一点连接(该接地点应远离大电流入地点，如电缆竖井处)，构成一个全厂的等电位接地网。

5 等电位接地网的应用

大多情况下，水电站内不同系统的控制电缆一般走向如下：元件——端子箱——现地控制柜——监控系统柜(或保护系统柜)，而不同的两个柜(箱)之间，是不同的电缆，必须将屏蔽层可靠的连接并连接到等电位接地网，确保所有控制电缆的屏蔽层均能最终接入等电位接地网。

对于各类端子箱和各类控制柜，在内部设置一根与柜(箱)体绝缘的等电位接地铜排。所有的控制电缆的屏蔽层和二次设备的逻辑接地点都在本柜(箱)体内连接到等电位接地铜排。

机旁的控制柜的等电位接地铜排与机旁的等电位接地网相连，集中布置的二次盘柜室的控制柜的等电位接地铜排与本盘柜室的等电位接地网相连，出线场的PT端子箱的等电位接地铜排与出线场的等电位接地网相连，其他分散的柜(箱)的等电位接地铜排悬空(通过控制电缆的屏蔽层接入附近的等电位接地网)。通过以上连接，可以保证所有的控制电缆的屏蔽层至少能有一端接地，经过出线场的控制电缆的屏蔽层有两端接地。

按照以上方式设计，即可满足我们的实际要求，又最大限度的节省投资。在实际的施工中，也提高了施工的便利性，避免了控制电缆的屏蔽层和二次设备的逻辑接地点直接接入主接地网。此举实际也提供了一个等电位接地网的的检测方式，在等电位接地网与主接地网的连接点断开，等电位接地网与主接地网之间应该是高阻绝缘的，从而判断整个等电位接地网有且只有一点与主接地网连接。

对于个别独立的系统，控制电缆没有与全厂监控系统或保护系统连接的，若有必要，可考虑单独铺设一根铜缆，将独立系统的等电位接地铜排T接入最近的等电位接地网。

6 结 语

本文从控制电缆电磁屏蔽层和二次设备逻辑接地点的功能分析，结合水电站的实际布置，提出了控制电缆屏蔽层的接地选择方式，进而确定如何设置等电位接地网，最终如何形成全厂的等电位接地网。需要说明的是，因为水电站的特殊性，每个电站的设备布置，厂房结构均不尽相同，控制电缆屏蔽层的接地和等电位接地网的设置应根据每个电站独立分析，不应机械的按照某一个规范或要求施工。既保证实际工程需要，又最大限度的减少投资和减小施工难度。

[1] 姜树德，刘国阳，等.DL/T 5065-2009水力发电厂计算机监控系统设计规范[S].中国电力出版社,2009.

[2] 金章贤,徐恭禄，等.DL/T 5132-2001水利发电厂二次接线设计规范[S].中国电力出版社,2001.

[3] 高华,唐艳茹,等.DL/T 5136-2012火力发电厂、变电站二次接线设计技术规范[S].中国计划出版社,2012.

[4] 李国荣，熊涛，等.GB 50217-2007电力工程电缆设计规范[S].中国计划出版社,2007.

2015-06-26

陈鹏(1981-)，男，四川荣县人，硕士研究生，工程师，从事水电站设计工作。

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