智能变电站二次系统接地网优化研究

穆弘，姬春义（.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽合肥，300； .中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥，300）

智能变电站二次系统接地网优化研究

穆弘1，姬春义2
（1.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽合肥，230022； 2.中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥，230011）

常规变电站对保护小室提出了敷设专用100mm2专用接地铜排环网的要求，但随着智能变电站技术日益成熟，保护下放至继电器小室与保护仓使用增多，使得二次等电位接地网的优化设计成为可能。

变电站；接地网

0 引言

国网公司《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中，对于静态保护明确提出了保护室内敷设专用接地铜排环网的要求。

(1)变电站控制室及保护小室应独立敷设与主接地网紧密连接的二次等电位接地网，在系统发生近区故障和雷击事故时，以降低二次设备间电位差，减少对二次回路的干扰。

(2)应采取有效措施防止空间磁场对二次电缆的干扰，宜根据开关场和一次设备安装的实际情况，敷设与厂、站主接地网紧密连接的等电位接地网。

国调中心1998年7月颁布的《关于印发继电保护高频通道工作改进措施的通知》，明确提出了敷设100mm2专用接地铜排的要求。

但上述要求主要是针对常规变电站的。智能变电站所具有的技术特点，使得二次等电位接地网的优化设计成为可能。

1 变电站地电位升对二次系统的影响

变电站接地网地电位升高直接与二次系统的安全性相关。系统发生接地故障时接地网中流动的电流，将在二次电缆的芯线—屏蔽层之间、或二次设备的信号线或电源线与地之间产生电位差。当此电位差超过二次电缆或二次设备绝缘的工频耐受电压时，二次电缆或设备将会发生绝缘破坏。因此，必须将极限电位升高控制在二次系统安全值之内。

一般的二次电缆2s 工频耐受电压较高(≥5kV)。二次设备，如综合自动化设备，其工频绝缘耐受电压为2kV、1min。从安全出发，二次系统的绝缘耐受电压可取2kV。因此DL/T621《交流电气装置的接地》和GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》均对变电站地电位升做出不大于2000V的限制，目的就是保证二次设备的安全运行。

研究表明二次系统在短路时承受的地电位升高，还决定于二次电缆的接地方式。

二次电缆屏蔽层单端接地时，电缆屏蔽层中没有电流流过，接地故障时二次电缆芯线上的感应电位很小，二次电缆承受的电位差即为地电位升高。该电位差施加在二次电缆的绝缘上，因此地电位升高直接决定于二次电缆绝缘的交流耐压及二次设备绝缘的交流耐压值。此时地电位升应小于2000V。

当电缆的屏蔽层双端接至接地网时，接地故障电流注入接地网会有部分电流从电缆的屏蔽层中流过，将在二次电缆的芯线上感应较高的电位，从而使作用在二次电缆的芯—屏蔽层电位差减小。

对变电站二次电缆的不同布置方式及不同接地故障点位置，清华大学通过大量的计算表明，双端接地电缆上感应的芯—屏蔽层电位通常不到地网电位升的20%。甚至对于土壤电阻率为50Ω·m左右，边长大于100m的接地网，即使在二次电缆屏蔽层接地点附近发生接地故障时，芯—皮电位小于地网电位升高的40%。目前，变电站已实现保护在电气装置处就近设置，变电站内的二次电缆一般都较短，如果二次电缆的长度小于接地网边长的一半，则在最严酷的条件下，芯—屏蔽层电位差也小于40%甚至更小。

因此采用二次电缆屏蔽层双端接地，可以将地电位升高放宽到2kV/(40%)=5kV。采用二次电缆屏蔽层双端接地的方式，即时短路时地电位升高达到5kV，但作用在二次电缆芯—屏蔽层之间和二次设备上的电位差只有2kV，满足了二次系统安全的要求。

对于220kV标准配送式智能化变电站，由于保护舱就布置在配电装置场区，各类二次电缆很短，针对本站而言最长的控缆长度不会超过50m。在二次电缆采用双端接地方式后，变电站发生接地短路时，最大地电位不大于5000V的情况下，不会对二次设备及电缆的安全运行造成影响。

当经过仿真计算智能变电站最大地电位升为3000V左右，远小于5000V时，不会对二次系统安全性造成影响，因此从保护二次设备安全运行方面考虑，智能变电站可取消二次电缆沟内屏蔽铜排。

图1 全站地电位升

2 变电站二次系统接地要求

2.1 安全地的接地要求

安全地按其性质属于保护接地，对于仪器和控制系统的外壳，特别是不载流的外壳，如箱体、框架和保护物，设备接地是为了保护个人和设备防止电力系统故障引起危害而设置的。安全地主要是将二次设备机柜和柜内设备的外壳接地，要求用专用接地线接于屏内的接地排上，即直接于主接地网连接即可，不需单独加装等电位铜排。

2.2 高频信号通道

在MHz信号频率，长接地电缆的阻抗变得相当高，而且再不能提供一个有效的低阻抗电路信号参考点。因此在高频时，接地导体长度应尽可能短，一般要求就近接地，同时必须敷设专用接地铜排加以解决。对于智能化变电站由于已不采用高频保护，因此可不在户外电缆沟内加装等电位铜排。

2.3 电流互感器和电压互感器的接地

出于人身和设备安全的考虑,通常将二次侧中性点在进入继电器室入口处直接接地。由于本站采用电子式互感器，设备数字化无常规互感器的二次绕组接地。

2.4 电缆屏蔽层接地

高压变电站内为抑制电磁干扰而采用屏蔽控制电缆, 其屏蔽层正确接地对降低外部电磁场的干扰水平起着重要作用。本站是智能变电站，与普通变电站最大的区别是信息数字化，光缆的大量使用，取代一定的电缆，配电装置场区与二次设备舱之间的电缆通道中，经过优化后不存在屏蔽控制电缆，仅有光缆和电力电缆。因此可不在户外电缆沟内加装等电位铜排。

2.5 交流电源接地

由于站用变压器的保护接地接至变电站接地网、且与站用变压器的低压中性点共用接地，为确保人身和低压电气装置的安全，站用电低压(380/220V)应采用TN系统，且低压电气装置采用应采取保护等电位联结。对于变电站而言保护等电位联结可由主接地网实现连接，不必重复设置等电位铜排。

2.6 逻辑接地

经向厂家调研，除个别厂家的屏柜内电子装置的逻辑接地零电位接机箱的壳体，采用接大地外，绝大多数厂家的屏柜内电子装置的逻辑接地零电位点均是浮空的，电路不需要引出参考电位，不采用接大地，以免受地电流的干扰。所供机箱的壳体结构上与屏体有接触性连接，机箱的壳体直接以接地线引至屏柜内的总接地铜排；屏柜内的总接地铜排与屏体是直接接触的；屏柜内的总接地铜排接的有装置机壳、通信线的屏蔽层、二次电缆的屏蔽层、电源抗干扰盒屏蔽地、装置内部所有隔离变(PT、CT、直流逆变电源等)的一、二次线圈间的屏蔽层。现在绝大多数厂家所供屏柜内的总接地铜排都是起保护和缓减EMC(电磁兼容)功能的作用，一般仅需在主控室、保护室柜屏下层的电缆沟内，按柜屏布置的方向敷设100mm2的专用铜排(缆)，将该专用铜排(缆)首末端连接，形成保护室内的等电位接地网，而不需在户外电缆沟在单独敷设等电位铜排。

3 结语

通过分析看出，不论是从最大地电位升还是从二次设备自身需求方面，当经过仿真计算智能变电站最大地电位升为3000V左右，远小于5000V时，智能变电站均无敷设接地铜排的要求，因此可以取消常规变电站中户外二次电缆沟槽设置的专用接地铜排，减少铜材使用。

[1]陶蓉，李景禄，李超，何娜，马福.控制电缆屏蔽层接地方式的抗干扰分析[M].《电力科学与技术学报》,2007年第22卷.

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[3] 曾嵘，何金良，张波，庄池杰.电力系统接地技术研究新进展[J]《陕西电力》，2007年第2期.

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[6] 邓光武，周文俊.控制电缆耐受过电压特性试验[J].《电力建设》，2010年第11期.

Optimization of grounding grid of two times system in Intelligent Substation

Mu Hong1, Ji Chunyi2
(1.State Grid Anhui electric power company economic and Technical Research Institute,Hefei Anhui, 230022;2. China Energy Construction Group Anhui Electric Power Design Institute Co., Ltd., Hefei Anhui, 230011)

The conventional substation is put forward laying special 100mm2 special grounding copper ring requirements on the relaycell, but with the smart substation technology matures, the protection and the protection relay chamber delegated to the warehouse use increased, so that the optimal design of two degree potential grounding possible.

substation; grounding grid