智能变电站二次回路接地铜排安装问题的探讨

赵云峰，郝 伟，宋述勇

（1.国网山西省电力公司，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

智能变电站继电保护小室二次设备屏柜或室外端子箱中均设置有接地铜排，用于实现电平参考、保护装置机壳、二次电缆屏蔽层、电流电压互感器中性线等地线接装。然而，二次设备屏柜或室外端子箱中的接地铜排往往设计有2根。长期以来，对于二次回路或设备的接地线应接于哪根铜排的问题仍然有所争议，各种电力行业的规范、标准及反事故措施等技术文件对此问题均未明确界定。文献 [1]规定了等电位接地铜排与等电位接地网、等电位接地铜排与屏内接地线安装工艺，但并未将屏内接地线分类说明；文献 [2]相关条文指出互感器接地线应接于等电位接地网，但并未明确分析接装条件；文献 [3]相关章节认为等电位接地铜排无需绝缘并分析了原因，但未指出安全接地铜排与等电位接地铜排的异同。由于规范的不确定，安装、调试、运维、监督等单位专业人员对于此问题的理解也不尽相同。考虑以上问题，有必要梳理屏柜接地铜排的设计目标和工作原理，探讨二次屏柜各接地线与接地铜排之间的接装原则，以便对二次运行技术人员的工作起到正确指导作用。

1 二次屏柜接地铜排类型和作用

智能变电站继电保护小室二次设备屏柜或室外端子箱中均设置有两类接地铜排，分别是安全接地铜排和等电位接地铜排。

安全接地铜排的主要目的和作用是保护人身、设备、电缆的安全。安全接地铜排通过与屏柜柜体相连，直接接于主接地铜网，快速释放电荷，实现接地对象零电位，进而达到保护人身设备安全的目标，是安全接地铜排的主要功能。

等电位接地铜排的作用主要在于二次设备地电位参考和二次设备抗干扰作用。文献 [1]明确了等电位接地铜排的安装工艺要求：静态保护和控制装置的屏柜下部应设有截面不小于100 mm2的接地铜排。屏柜上装置的接地端子应用截面不小于4 mm2的多股铜线和接地铜排相连。接地铜排应用截面不小于50 mm2的铜缆与保护室内的等电位接地网相连，如图1所示。

图1 等电位接地铜排安装要求

2 二次回路接地线类型及原因

智能变电站二次屏柜中涉及接地的类型主要包括参考接地、机壳接地、互感器中性点接地和电缆屏蔽层接地等。

由于二次设备种类众多，部分装置的信号采取或识别需要地电位作为参考。对于此类设备，需引出参考接地线接于接地铜排，通过对接地铜排的零电位参考，实现信号采集、处理、传递的电平参考功能。

电力系统二次屏柜中各种二次设备的机壳都要求接地，其作用有两个，一是通过外壳接地能够实现保护人身的安全。当设备机壳意外带电时，电荷能够迅速流入大地，保证机壳与地电位相等；二是机壳接地能保证设备之间完全等电位，从而保证设备之间具有相互抗干扰作用。

二次设备的电气量采样需要电流互感器、电压互感器回路工作。互感器的中性线必须可靠按要求接地。其接地的目的主要是为了防止一次电气量意外串入二次回路造成人身安全隐患。

二次回路的电缆屏蔽层需要按要求一点接地或两点接地。对于一点接地，其主要目的是防止电场效应对电缆的干扰；对于两点接地，其主要目的是防止磁场效应对电缆的干扰。

3 二次接地线与接地铜排的接装原则

3.1 参考接地线

智能变电站部分二次装置（例如保护与通信机房之间的部分低电平通信等）的信号识别、测量需要地电位作为参考。对于此类设备，需引出参考接地线接于接地铜排，实现信号采集、处理、传递等基准参考。此类设备的参考接地线宜接于等电位接地铜排，不宜接于安全地铜排，因为，安全地铜排直接通过柜体与地网连接，接地方式可视为多点接地，地网中若有足够大电流通过，则不能保证参考点的等电位要求。所以，站内对参考电位有特殊要求的接地线必须接于等电位接地铜排。

3.2 设备机壳接地线

二次设备的机壳接地作用主要有两个，人身安全和提高抗干扰能力。从人身安全的角度来看，其目的是防止漏电导致的电位差，机壳接地线接于安全接地铜排更加有利于电荷的快速释放，保证设备机壳电位与地电位相等；从抗干扰能力方面分析，等电位接地铜排在与主地网一点连接前完全处于绝缘状态，机壳接于等电位接地铜排，能够保证同小室设备机壳之间电位差为零，所以机壳接地线接于等电位铜排更有利于等电位面的构成和抗干扰能力的加强。

基于以上分析，如果站内没有对参考电位有特殊要求的接地线时，外壳接装于哪根铜排均差别不大。但如果站内存在对参考电位有特殊要求的设备时，其参考接地线必然接于等电位接地铜排，这时设备外壳接地线若同样接于等电位铜排，在释放电荷时，会有电流在等电位网流过，当电流足够大时，等电位面会遭到破坏，进而影响对参考电位有特殊要求的设备测量精度。

综上所述，当站内没有对参考电位有特殊要求的设备时，设备机壳接地线接于等电位接地铜排和安全接地铜排的效果相同；当站内存在对参考电位有特殊要求的设备时，设备机壳接地线应接于安全接地铜排，不宜接于等电位接地铜排。

3.3 互感器中性点接地线

二次设备的电流互感器、电压互感器的中性线必须可靠接地。其接地目的主要是为了防止一次电气量意外串入二次回路造成人身安全隐患。从人身安全的角度分析，中性线接地的目的是安全性接地，无论是接到安全接地铜排还是等电位接地铜排，由于全部与地网最终连接，所以两者的效果基本等同。但如果站内存在对参考电位有特殊要求的设备接地线时，中性点接地端子若接于等电位铜排，在遇到一次电压串入二次侧时，可能有大电流通过互感器中性线接地电流到等电位接地网，造成等电位面破坏，影响对参考电位有特殊要求设备的测量精度。所以，站内存在对参考电位有特殊要求的设备接地线时，互感器中性线接地应接于安全接地铜排。

3.4 二次电缆屏蔽层接地

二次回路电缆屏蔽层接地的作用有两个，一是构建电缆屏蔽封闭层，提高电缆自身静电抗干扰能力，二是通过屏蔽层两端接地构建抑制电磁干扰回路，产生的反向感应电流抵抗电磁干扰。

在提高静电抗干扰能力方面，屏蔽层屏蔽效果的根本原因在于快速释放屏蔽层表面电荷，构建法拉第电磁笼，使得屏蔽层表面电位相同。对于提高静电抗干扰能力的屏蔽层一点接地，接安全接地铜排和接等电位接地铜排作用完全相同。

在提高电磁抗干扰能力方面，二次电缆多为两端接地，当外界有电磁感应时，屏蔽层会感生出反向感应电流，抵抗电磁干扰。这个反向感应电流会流经屏蔽层、接地点、地网。如果屏蔽层接到等电位铜网，必然会导致等电位接地网中感应电流存在。这种等电位接地网中的感应电流将影响对参考电位有特殊要求二次设备的信息采集精度。

所以，当站内没有对参考电位有特殊要求的设备接地线时，电缆屏蔽层接地线接在安全接地铜排和等电位接地铜排效果相同；当站内存在对参考电位有特殊要求的设备接地线时，电缆屏蔽层接地线应接于安全接地铜排。

4 铜排绝缘问题

对于安全接地铜排，其作用重点在于安全性释放电荷，保证人身、设备、电缆的安全，其目的不在于构建等电位。所以智能变电站对于安全接地铜排的安装多设计为直接与二次屏柜柜体连接，不涉及绝缘。对于等电位接地铜排，其作用主要在于构建保护小室内部的等电位面。为构建小室内部的等电位面，必须保证小室内部等电位接地网一点接地。按照文献 [1]要求，其接地点仅设置在保护小室电缆竖井处。所以除了电缆竖井处有4根铜缆与主接地网连接之外，其余各等电位接地铜排必须绝缘。

表1 二次接地线与接地铜排接装方法

智能变电站继电保护小室二次设备屏柜或室外端子箱中所设置的接地铜排包括安全接地铜排和等电位接地铜排。电平参考、保护装置机壳、二次电缆屏蔽层、电流互感器、电压互感器中性线等地线应按照各自的接地功能与屏柜铜排匹配性接装，接装方法见表1。当站内没有对参考电位有特殊要求的接地线时，各接地线接在两根铜排基本无差异；当站内存在对参考电位有特殊要求的设备时，保护装置机壳、二次电缆屏蔽层、电流互感器、电压互感器中性线等地线应接于安全接地铜排，参考接地线应接于等电位接地铜排。