智能變電站二次回路接地銅排安裝問題的探討

趙云峰，郝 偉，宋述勇

（1.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

智能變電站繼電保護小室二次設(shè)備屏柜或室外端子箱中均設(shè)置有接地銅排，用于實現(xiàn)電平參考、保護裝置機殼、二次電纜屏蔽層、電流電壓互感器中性線等地線接裝。然而，二次設(shè)備屏柜或室外端子箱中的接地銅排往往設(shè)計有2根。長期以來，對于二次回路或設(shè)備的接地線應(yīng)接于哪根銅排的問題仍然有所爭議，各種電力行業(yè)的規(guī)范、標準及反事故措施等技術(shù)文件對此問題均未明確界定。文獻 [1]規(guī)定了等電位接地銅排與等電位接地網(wǎng)、等電位接地銅排與屏內(nèi)接地線安裝工藝，但并未將屏內(nèi)接地線分類說明；文獻 [2]相關(guān)條文指出互感器接地線應(yīng)接于等電位接地網(wǎng)，但并未明確分析接裝條件；文獻 [3]相關(guān)章節(jié)認為等電位接地銅排無需絕緣并分析了原因，但未指出安全接地銅排與等電位接地銅排的異同。由于規(guī)范的不確定，安裝、調(diào)試、運維、監(jiān)督等單位專業(yè)人員對于此問題的理解也不盡相同?？紤]以上問題，有必要梳理屏柜接地銅排的設(shè)計目標和工作原理，探討二次屏柜各接地線與接地銅排之間的接裝原則，以便對二次運行技術(shù)人員的工作起到正確指導作用。

1 二次屏柜接地銅排類型和作用

智能變電站繼電保護小室二次設(shè)備屏柜或室外端子箱中均設(shè)置有兩類接地銅排，分別是安全接地銅排和等電位接地銅排。

安全接地銅排的主要目的和作用是保護人身、設(shè)備、電纜的安全。安全接地銅排通過與屏柜柜體相連，直接接于主接地銅網(wǎng)，快速釋放電荷，實現(xiàn)接地對象零電位，進而達到保護人身設(shè)備安全的目標，是安全接地銅排的主要功能。

等電位接地銅排的作用主要在于二次設(shè)備地電位參考和二次設(shè)備抗干擾作用。文獻 [1]明確了等電位接地銅排的安裝工藝要求：靜態(tài)保護和控制裝置的屏柜下部應(yīng)設(shè)有截面不小于100 mm2的接地銅排。屏柜上裝置的接地端子應(yīng)用截面不小于4 mm2的多股銅線和接地銅排相連。接地銅排應(yīng)用截面不小于50 mm2的銅纜與保護室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)相連，如圖1所示。

圖1 等電位接地銅排安裝要求

2 二次回路接地線類型及原因

智能變電站二次屏柜中涉及接地的類型主要包括參考接地、機殼接地、互感器中性點接地和電纜屏蔽層接地等。

由于二次設(shè)備種類眾多，部分裝置的信號采取或識別需要地電位作為參考。對于此類設(shè)備，需引出參考接地線接于接地銅排，通過對接地銅排的零電位參考，實現(xiàn)信號采集、處理、傳遞的電平參考功能。

電力系統(tǒng)二次屏柜中各種二次設(shè)備的機殼都要求接地，其作用有兩個，一是通過外殼接地能夠?qū)崿F(xiàn)保護人身的安全。當設(shè)備機殼意外帶電時，電荷能夠迅速流入大地，保證機殼與地電位相等；二是機殼接地能保證設(shè)備之間完全等電位，從而保證設(shè)備之間具有相互抗干擾作用。

二次設(shè)備的電氣量采樣需要電流互感器、電壓互感器回路工作?；ジ衅鞯闹行跃€必須可靠按要求接地。其接地的目的主要是為了防止一次電氣量意外串入二次回路造成人身安全隱患。

二次回路的電纜屏蔽層需要按要求一點接地或兩點接地。對于一點接地，其主要目的是防止電場效應(yīng)對電纜的干擾；對于兩點接地，其主要目的是防止磁場效應(yīng)對電纜的干擾。

3 二次接地線與接地銅排的接裝原則

3.1 參考接地線

智能變電站部分二次裝置（例如保護與通信機房之間的部分低電平通信等）的信號識別、測量需要地電位作為參考。對于此類設(shè)備，需引出參考接地線接于接地銅排，實現(xiàn)信號采集、處理、傳遞等基準參考。此類設(shè)備的參考接地線宜接于等電位接地銅排，不宜接于安全地銅排，因為，安全地銅排直接通過柜體與地網(wǎng)連接，接地方式可視為多點接地，地網(wǎng)中若有足夠大電流通過，則不能保證參考點的等電位要求。所以，站內(nèi)對參考電位有特殊要求的接地線必須接于等電位接地銅排。

3.2 設(shè)備機殼接地線

二次設(shè)備的機殼接地作用主要有兩個，人身安全和提高抗干擾能力。從人身安全的角度來看，其目的是防止漏電導致的電位差，機殼接地線接于安全接地銅排更加有利于電荷的快速釋放，保證設(shè)備機殼電位與地電位相等；從抗干擾能力方面分析，等電位接地銅排在與主地網(wǎng)一點連接前完全處于絕緣狀態(tài)，機殼接于等電位接地銅排，能夠保證同小室設(shè)備機殼之間電位差為零，所以機殼接地線接于等電位銅排更有利于等電位面的構(gòu)成和抗干擾能力的加強。

基于以上分析，如果站內(nèi)沒有對參考電位有特殊要求的接地線時，外殼接裝于哪根銅排均差別不大。但如果站內(nèi)存在對參考電位有特殊要求的設(shè)備時，其參考接地線必然接于等電位接地銅排，這時設(shè)備外殼接地線若同樣接于等電位銅排，在釋放電荷時，會有電流在等電位網(wǎng)流過，當電流足夠大時，等電位面會遭到破壞，進而影響對參考電位有特殊要求的設(shè)備測量精度。

綜上所述，當站內(nèi)沒有對參考電位有特殊要求的設(shè)備時，設(shè)備機殼接地線接于等電位接地銅排和安全接地銅排的效果相同；當站內(nèi)存在對參考電位有特殊要求的設(shè)備時，設(shè)備機殼接地線應(yīng)接于安全接地銅排，不宜接于等電位接地銅排。

3.3 互感器中性點接地線

二次設(shè)備的電流互感器、電壓互感器的中性線必須可靠接地。其接地目的主要是為了防止一次電氣量意外串入二次回路造成人身安全隱患。從人身安全的角度分析，中性線接地的目的是安全性接地，無論是接到安全接地銅排還是等電位接地銅排，由于全部與地網(wǎng)最終連接，所以兩者的效果基本等同。但如果站內(nèi)存在對參考電位有特殊要求的設(shè)備接地線時，中性點接地端子若接于等電位銅排，在遇到一次電壓串入二次側(cè)時，可能有大電流通過互感器中性線接地電流到等電位接地網(wǎng)，造成等電位面破壞，影響對參考電位有特殊要求設(shè)備的測量精度。所以，站內(nèi)存在對參考電位有特殊要求的設(shè)備接地線時，互感器中性線接地應(yīng)接于安全接地銅排。

3.4 二次電纜屏蔽層接地

二次回路電纜屏蔽層接地的作用有兩個，一是構(gòu)建電纜屏蔽封閉層，提高電纜自身靜電抗干擾能力，二是通過屏蔽層兩端接地構(gòu)建抑制電磁干擾回路，產(chǎn)生的反向感應(yīng)電流抵抗電磁干擾。

在提高靜電抗干擾能力方面，屏蔽層屏蔽效果的根本原因在于快速釋放屏蔽層表面電荷，構(gòu)建法拉第電磁籠，使得屏蔽層表面電位相同。對于提高靜電抗干擾能力的屏蔽層一點接地，接安全接地銅排和接等電位接地銅排作用完全相同。

在提高電磁抗干擾能力方面，二次電纜多為兩端接地，當外界有電磁感應(yīng)時，屏蔽層會感生出反向感應(yīng)電流，抵抗電磁干擾。這個反向感應(yīng)電流會流經(jīng)屏蔽層、接地點、地網(wǎng)。如果屏蔽層接到等電位銅網(wǎng)，必然會導致等電位接地網(wǎng)中感應(yīng)電流存在。這種等電位接地網(wǎng)中的感應(yīng)電流將影響對參考電位有特殊要求二次設(shè)備的信息采集精度。

所以，當站內(nèi)沒有對參考電位有特殊要求的設(shè)備接地線時，電纜屏蔽層接地線接在安全接地銅排和等電位接地銅排效果相同；當站內(nèi)存在對參考電位有特殊要求的設(shè)備接地線時，電纜屏蔽層接地線應(yīng)接于安全接地銅排。

4 銅排絕緣問題

對于安全接地銅排，其作用重點在于安全性釋放電荷，保證人身、設(shè)備、電纜的安全，其目的不在于構(gòu)建等電位。所以智能變電站對于安全接地銅排的安裝多設(shè)計為直接與二次屏柜柜體連接，不涉及絕緣。對于等電位接地銅排，其作用主要在于構(gòu)建保護小室內(nèi)部的等電位面。為構(gòu)建小室內(nèi)部的等電位面，必須保證小室內(nèi)部等電位接地網(wǎng)一點接地。按照文獻 [1]要求，其接地點僅設(shè)置在保護小室電纜豎井處。所以除了電纜豎井處有4根銅纜與主接地網(wǎng)連接之外，其余各等電位接地銅排必須絕緣。

表1 二次接地線與接地銅排接裝方法

智能變電站繼電保護小室二次設(shè)備屏柜或室外端子箱中所設(shè)置的接地銅排包括安全接地銅排和等電位接地銅排。電平參考、保護裝置機殼、二次電纜屏蔽層、電流互感器、電壓互感器中性線等地線應(yīng)按照各自的接地功能與屏柜銅排匹配性接裝，接裝方法見表1。當站內(nèi)沒有對參考電位有特殊要求的接地線時，各接地線接在兩根銅排基本無差異；當站內(nèi)存在對參考電位有特殊要求的設(shè)備時，保護裝置機殼、二次電纜屏蔽層、電流互感器、電壓互感器中性線等地線應(yīng)接于安全接地銅排，參考接地線應(yīng)接于等電位接地銅排。