110kV变电站弱电系统抗干扰研究设计要点浅析

李 博，王 帅

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 项目概况

陕西省泾河东庄水利枢纽110 kV施工变电站为泾河东庄水利枢纽工程建设期施工用电提供电源，建设期最大用电负荷约为26 MW，在工程建设完成后，施工用的110 kV东庄施工变电站将作为永久性变电站，为库区的生产、生活用电电源[1]。

变电站布置形式为半户内布置。户外布置有2台110 kV变压器；其余电气设备均安装于配电楼内，配电楼共划分为两层，一层功能房间布置有10 kV高压配电室、10 kV无功补偿装置室、中控室，二层功能房间有110 kVGIS室。10 kV高压配电室内布置有36面10 kV高压柜，10 kV无功补偿装置室布置有2套无功补偿装置，中控室内布置有继电保护装置屏柜和通讯拼柜等，110 kVGIS室布置有5个110 kVGIS间隔。

2 电站内干扰源及防范措施

2.1 弱电系统的构成

110 kV施工变电站所有的高压进、馈线回路均配置断路器来开断线路，断路器采用微机保护装置进行自动控制，因此站内装设有大量的微机保护装置；为了便于站内通讯以及变电站与电网系统、后期的水电站进行通讯，又需要装设大量的信息通讯设备；变电站内计算机监控系统之间的通讯绝大多数是通过电缆来传递弱电信号，该弱电信号电压约为十几伏或几伏、电流信号为几安培，例如微机保护装置中各门电路的逻辑“1”和“0”电平差仅2 V。这些微机保护设备、通讯设备、通讯线缆对电磁干扰都是非常敏感的，但110 kV施工变电站既有110 kV、10 kV高压系统，还有1 k的低压系统，电磁干扰无法避免，因此变电站在设计建造安装过程时，就必须提前做好防范措施。

2.2 信号干扰原因

电磁干扰极有可能导致保护装置的动作或通讯设备数据的丢失，可能使施工工地大面积停电，导致整个泾河东庄水利枢纽工程工期延误，造成严重的政治影响。为了保证电站计算机监控系统和通讯系统的安全可靠运行，因此在新建、改扩建的变电站内采取防干扰意义重大。以下列举几条常见的电磁干扰源：

（1）由于保护设备、通讯设备之间的参考电位不一致，电缆两端可能存在电位差，该电位差可能造成信号干扰。

（2）雷电产生的电磁干扰。

（3）电站低压接地系统应用不当，供电线路上产生电位差造成的电磁干扰。

（4）电气线路布置不当。

（5）其他原因。

2.3 防干扰措施

变电站内的电磁干扰源较多，无法完全杜绝电磁干扰对设备的影响，但在变电站设计时应该考虑主要干扰源，并针对上述这些常见的电磁干扰源，采取相应措施，降低干扰源对设备的影响，使设备能够在一定强度的电磁干扰情况下稳定、可靠的运行。具体措施如下：

（1）设置二次等电位，使110 kV施工变电站需将所有二次设备、信息技术设备的地电位化为统一地电位，以保证设备之间的参考电位基本一致。

（2）针对雷电产生的电磁干扰，监控设备和通讯设备应尽量远离防雷引下线所在位置，在选择电缆时，选用带屏蔽功能的电缆。

（3）在电缆布线时，应合理布置，避免将电源线和信号线形成可感应产生涌流的大包绕环。

（4）电站低压接地系统采用TN-C-S接地系统，PEN上产生电位差造成的电磁干扰。

3 二次等电位网的设计

3.1 弱电系统设备布置概况

变电站内的信息设备、110 kVGIS线路保护装置、110 kV主变压器保护装置均组屏均安装于二次屏柜内，二次屏柜布置在一层中控室；110 kVGIS设备通过汇控柜与保护设备进行通讯，汇控柜布置于110 kVGIS配电室内；10 kV设备的保护装置就地安装于10 kV高压开关柜内。

3.2 二次等电位网的设置

变电站需将10 kV开关柜内微机保护装置、中控室内微机保护设备和信息化设备的接地端通过二次等电位网连接在一起。具体设置如下：

（1）等电位网的设计：

在配电楼一层中控室外围主电缆沟内明敷一根1×120 mm2的铜缆，该铜缆首尾相连，呈“口”字型布置；在中控室的每条分支电缆沟内沿屏柜方向同样敷设一根相同的铜缆，该铜缆与最外围铜缆可靠连接，形成中控室内二次等电位接地网，该网呈“目”字型布置，保证等电位网的整体性。二次等电位接地网采用4根1×50 mm2的铜缆与电站内的主接地网一点连接，不仅保证了二次等电位网与主接地网的可靠性还保证了二次等电位接地网的等电位性。

10 kV开关柜内微机保护装置就地安装于各10 kV高压柜内，因此可将配电楼内的10 kV高压配电室看为一个二次室，因此可参照中控室内的二次等位网做法，在10 kV高压配电室内形成二次等电位网，并采用同样的方式与主接地网可靠连接。

由于10 kV高压配电室的设备需与中控室的监控系统进行信息传递，采用电缆进行通讯，为了保证两个二次等电位网统一电位，因此采用1×120 mm2铜缆将两个二次等电位网相互连接。二次等电位网接线见图1。

图1 二次等电位网接线图

（2）屏柜内的设备防干扰措施

安装于中控室内的二次屏柜、10 kV高压开关柜、110 kVGIS设备汇控柜均要设置供公用零电位基准点逻辑接地的信号总接地铜排，该铜排的截面不应小于100 mm2，该信号总接地铜排安装于二次屏柜最底部，便于屏柜内继电保护装置内部接线和信号接地铜排与二次等电位之间的连接，铜排安装时与屏柜之间不要求绝缘。

继电保护设备或者信息技术设备在屏柜内安装时，设备与屏柜非绝缘接触并且机械固定式安装，设备已与屏柜内的信号总接地铜排在物理上已连接，为了可靠连接，屏柜内的所有设备、屏柜门门体的接地端、柜内所有电缆的屏蔽层均采用4 mm2的多股铜线与柜内总接地铜排可靠连接，柜内总接地铜排采用1×50 mm2铜缆与二次等接地网连接。屏柜内部等电位连接示意图见图2。

图2 屏柜内部等电位连接示意图

4 电缆敷设防干扰措施

4.1 防雷电流电磁干扰

电站配电楼采用柱内钢筋作为防雷引下线，当屋顶的避雷带遭到雷击时，柱内钢筋将瞬间流过数千安培的雷电冲击电流，并在其周围产生很强的电磁场，敷设在引下线周围的电缆会在该强电磁场的作用下感应出涌流。因此，和微机保护装置、信息设备的相连电缆在敷设时应尽可能的远离了防雷引下线，避免电磁场和电缆内的涌流对设备造成干扰或烧坏设备。

4.2 合理的敷设路径

与微机保护装置、信息设备相连的电缆共划分为2类，一类为电源电缆，另一类为信号电缆。电源线和信号线在敷设时，应尽量避免形成大包环绕，即电源线和信号线形成环形，应将电源线和信号线于同一通道内敷设，敷设时将两类电缆保持大于50 mm的间距即可。若电源线和信号线敷设成环，当空间因雷电或者短路在周围产生高频瞬变的电磁场，而该磁场使环内的设备和电缆感应出幅值较大的涌压，对微机保护装置、信息设备产生造成干扰或烧坏设备。

4.3 其他要求

（1）二次电缆在敷设时还应尽量避开并联电容器、高压母线的接地点，并尽量缩短二次电缆长度。

（2）电站内所有二次电缆均采用铠装屏蔽电缆，电缆敷设安装时，两端屏蔽层接地；当穿金属管敷设时，金属管道两端要两侧接地。

（3）在高压室二次电缆沟、110 kVGIS室二次电缆沟内明敷1×120 mm2铜缆与主控室二次等电位接地网一点连接，该电缆是为了防止发生短路时站内因主接地网电位差而在二次电缆屏蔽层流过大电流将其烧坏。110 kVGIS设备汇控柜采用1×100 mm2电缆与该铜缆连接。

5 二次屏柜的交流配电防干扰措施

在给二次屏柜、10 kV高压柜、110 kVGIS设备汇控柜供交流电时，应避免采用TN-C-S接地系统，该系统在配电时PE线和N线合为一根PEN线，PEN线在流过电流时由于自身阻抗而产生压降，PEN线上各点的电位是不同，该电位差有可能导致微机保护设备或信息技术设备地电位的不均等而不能正常工作。因此在给二次屏柜和信息屏柜供电时采用TN-S接线系统，且中性线不应接入保护专用的等电位接地网系统内，N线接线端子应与屏柜外壳保护绝缘。

110 kV施工变电站中控室内布置有22面二次屏柜，需给屏柜内供交流电，用于柜内除湿、加热、照明，均为单相电源。由于屏柜数量较多，为了简化供电线路、减少供电回路，给屏柜供给交流电源时，往往采用屏顶小母线的方式。供电电源采用三芯电力电缆ZR-YJV22-0.6/1kV-3×4给屏顶小母线供电，各屏柜用电引自屏顶小母线，屏顶小母线对应三芯电缆设置有三根绝缘紫铜棒，分别为相线、N线、PE线。相线与N线均与屏柜绝缘，PE线与保护屏柜和信息设备屏柜连接。从而减少供电回路对弱电系统的电磁干扰。

6 结论

随着科技的发展，物联网在电力系统中的应用，变电站将会更加自动化、智能化和信息化，届时变电站内会装设有更多的微机保护装置和信息技术设备，因此变电站内做弱电系统的防干扰意义重大。