變電站地電位干擾及防護(hù)措施探討

謝利英

[摘要]在對(duì)變電站地電位干擾源及干擾途徑分析的基礎(chǔ)上，討論防止地電位升高的常用措施。根據(jù)目前接地系統(tǒng)存在的不足，提出降低接地電阻、改善電位分布、等電位連接以及金屬屏蔽接地等抑制地電位升高的措施。

[關(guān)鍵詞]地電位干擾耦合接地電阻

中圖分類號(hào)：TM152文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597(2009)0610032-01

一、引言

變電所的各類保護(hù)和控制系統(tǒng)在運(yùn)行中面對(duì)的是高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)、電磁環(huán)境非常復(fù)雜，既有大電流造成的磁場(chǎng)干擾，又有高壓設(shè)備造成的電場(chǎng)干擾，有大電流流經(jīng)接地裝置時(shí)由地電位差引起的地電位干擾，電網(wǎng)中一些非線性鐵磁原件和整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波干擾，還有在雷擊時(shí)由雷電過電壓產(chǎn)生的雷電過電壓干擾。

二、干擾源及干擾途徑

變電站最嚴(yán)重的電磁干擾源是雷電，干擾分為共模干擾和差模干擾。共模干擾(也稱縱態(tài)干擾或共模耦合)是指出現(xiàn)于導(dǎo)線與地之間的干擾。差模干擾(也稱橫態(tài)干擾或差模耦合)是指出現(xiàn)于信號(hào)回路內(nèi)的與正常信號(hào)電壓相串聯(lián)的一種干擾。

干擾源通過各種耦合途經(jīng)作用在二次系統(tǒng)，從干擾源把干擾能量傳遞到干擾對(duì)象有2種方式：傳導(dǎo)方式和輻射方式。干擾耦合進(jìn)入控制電路，或從控制電路傳導(dǎo)出去可以進(jìn)一步分為如下幾種方式：

(一)共模阻抗耦合(電導(dǎo)耦合)。如圖l所示，當(dāng)2個(gè)或多個(gè)電路共用1條線或1個(gè)連接點(diǎn)時(shí)，將可能產(chǎn)生共模阻抗耦合干擾，干擾水平取決于共模阻抗幅值。

(二)容性耦合(電耦合)。如圖2所示，弱電系統(tǒng)每部分之間存在電容，任何電壓的變化，不管在什么位置，將驅(qū)動(dòng)電流通過電容而傳導(dǎo)干擾，產(chǎn)生的干擾電流為：I=Cdu／dt。

式中，I－通過電路電容的電流；C-2個(gè)電路之間的電容；du／dt－第1個(gè)電路的電壓變化率。

對(duì)于容性耦合，耦合隨導(dǎo)體問的距離增加而減小，高阻抗電路更有益于容性耦合。

(三)感性耦合。一個(gè)電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)可能會(huì)對(duì)另一電路產(chǎn)生電感性耦合，它是由干擾源與被干擾對(duì)象之間的互感所引起的，主要由干擾源的電流所決定。

(四)輻射干擾(電磁耦合)。輻射干擾是指一次系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾輻射干擾能量通過空間電磁波的形式傳播到二次系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾，隨二次電纜的接地方式不同形成共模和差模干擾。

干擾源對(duì)二次回路的耦合是非常復(fù)雜的，通常同時(shí)存在幾種干擾源和幾種干擾方式。

另外，變電所內(nèi)發(fā)生工頻接地短路時(shí)流經(jīng)接地裝置的大電流時(shí)產(chǎn)生的地電位差也引起地電位干擾的主要原因，其主要有共模干擾和電容耦合干擾兩種干擾形式。

三、防止地電位升高的措施

(一)降低接地網(wǎng)的接地電阻限制地電位升高。有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻宜符合下列要求要求接地網(wǎng)的地電位升高的最大值不超過2000V。因而可以采取以下降阻措施：

1、充分利用自然接地體降阻：在接地工程中，充分利用混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋骨架、金屬結(jié)構(gòu)物以及上下水金屬管道等自然接地體，既能起到了減小接地電阻、均衡電位的目的，又能節(jié)約鋼材。

2、外引接地裝置：當(dāng)距發(fā)電廠、變電所2000m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時(shí)，可敷設(shè)引外接地極，在低電阻率的地方鋪設(shè)專門用于降阻的接地裝置，可以起到有效的降低工頻接地電阻的作用。

3、采用深井式接地極：當(dāng)?shù)叵螺^深處有土壤電阻率較低的地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，可用井式或深鉆式接地極；把平面地網(wǎng)做成立體地網(wǎng)，利用下層低電阻率的地層來降阻。

4、填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑；當(dāng)接地電阻的面積一定時(shí)，接地電阻與土壤電阻率成正比，如果能想辦法降低土壤的電阻率，也可以達(dá)到降阻的目的。

(二)改善地電位分布限制局部電位升高。在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)應(yīng)盡量采用方孔地網(wǎng)以改善地面電位分布，對(duì)方孔地網(wǎng)的網(wǎng)格大小要從地電位分布均勻考慮，防止局部電位升高。在電纜溝內(nèi)要設(shè)置接地帶、在電纜溝附近要設(shè)置與電纜溝平行的水平均壓帶以改善電纜溝的電位均勻。防止地電位不均對(duì)二次回路的干擾。接地網(wǎng)表面的地電位分布要滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。

(三)等電位連接?，F(xiàn)代防雷理論里最主要的是均壓等電位連接，可以把具體實(shí)施雷電防護(hù)的措施及各種方法看成是均壓等電位連接網(wǎng)絡(luò)的形成。等電位連接的目的是為了減小防雷空間內(nèi)各種金屬部件及各系統(tǒng)相互間的電位差；實(shí)現(xiàn)等電位連接的主體為：設(shè)備處在建筑物的主要金屬構(gòu)件和進(jìn)入建筑物的金屬管道、供電線路(含外漏可導(dǎo)電部分)、防雷裝置以及由電子設(shè)備構(gòu)成的信息系統(tǒng)。

(四)金屬屏蔽接地。埋地電纜是對(duì)微機(jī)電源產(chǎn)生干擾的主要干擾源，它既是干擾的主要發(fā)生器，也是主要的接收器。電纜作為發(fā)生器，它向空間輻射電磁噪聲；作為吸收器，它能敏感地接收來自鄰近干擾源所發(fā)射的電磁噪聲。因此，采用屏蔽電纜作為抑制地電位干擾的主要措施。

四、結(jié)論

本文對(duì)變電站地電位的干擾源及干擾途徑進(jìn)行了分析，在對(duì)雷電干擾、地電位干擾進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上找出降低接地電阻、改善電位分布、等電位連接以及金屬屏蔽接地等防止干擾的措施，對(duì)保證發(fā)電廠、變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定進(jìn)行具有較好的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。