发变电站仪器和控制设备的接地何金良曾嵘屠幼萍(清华大学，北京市，100084)(华北电力大学，北京市，100085)[摘要]正确的接地方式是减小发变电站二次系统电磁干扰的一项重要措施。二次系统接地的基本原则是使发变电站的仪器和控制设备的信号衰变达到最小。信号地系统常用的接地方式有单点接地、多点接地和浮点接地3种，应根据不同的场合选用相应的接地方式。控制电路的灵敏度不同，也应采用不同的接地方式。[关键词]发变电站二次系统接地低频控制电路高频信号研究发变电站仪器及控制设备的接地方式，对于减小电磁干扰的影响，提高发变电站运行的可靠性具有重要意义。本文的目的就是讨论电站仪器及控制设备和它们有关的电路的接地方法，其基本原则是使发变电站的仪器和控制设备的信号的衰变达到最小。发变电站接地系统主要是满足不同安全规范的要求，即建立一个具有低阻抗对地通道的接地系统。低阻抗能确保在雷电冲击、电故障、循环电流或静电放电时不在设备或构筑物上出现高电压。1二次系统接地的目的发变电站二次系统接地的主要目的是：(1)在高压暂态期间，维持整个电站区域的安全电压(跨步和接触电压)；(2)使设备和结构物上的雷电冲击作用最小；(3)提供低阻抗接地故障电流返回通道；(4)对可能积累在设备上的静电提供低阻抗泄漏通道；(5)通过在装置、电路和整个系统之间提供低阻抗的公共信号参考点，以使仪器系统的干扰最小。以上目的是对与整个接地系统有关的二次系统接地的一般要求。接地电路经常具有多重功能。必须设计合理的接地网络，能转移由于线路故障、雷击等引起的暂态电压，不阻碍将干扰降至最低水平的功能，或在允许暂态极限内，允许这些暂态出现在电路元件上。进行二次系统接地设计时，必须认识下面4点：一是大地上的所有点，即使在相当接近的距离，也不是等电位或零电位；二是接地网络的每个组成部分具有一定的阻抗或电阻；三是电路元件只具有一定程度的暂态耐受能力，因此应主要确保环境干扰不超过单个电路元件的耐受极限；四是由于局部暂态引起电位升达到较高值，电流流进连接的电缆电路，通过容性和感性藕合从受影响区域的接地电缆的屏蔽锅合到信号线，这些电缆可能连接到暂态区域的外部，从而将高电位转移到所有与之相连的设备上。在任何发变电站，其防雷地、电站工作地、保护地(设备地)、仪器和控制系统地都连接在接地网上。2二次系统接地要求2.1安全地〔机械、框架或交流地〕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人和设备防止电力系统故障引起的危害而设置的。安全接地的设计和安装主要措施包括：(1)确保所有外壳加工时考虑到一些特殊的要求，如设计的交流接地母线，连接设备接地电缆至电网。这不包括与电源导体进线一起进入的接地导体和电缆轨道。(2)将安全接地电缆与设计的设备地母线相连，在外壳和地之间只使用1根连接线。这不包括与电源导体进线一起进入的接地导体和电缆轨道。(3)安全接地电缆应是绞线导体。如果腐蚀相当严重，该导体应当是绝缘的。在已知的腐蚀环境，应周期性地对所有接地连接线进行检查。(4)连接外壳范围内的所有没有连接成整体结构的单个底座，特别是电操作的滑动底座。(5)将位置靠近、机械上没有联成整体的系统的单个安全接地点连接到与地网相连的单一公共接地点。2．2接地导体长度要求在信号频率很高时，长接地电缆的阻抗变得相当高。例如，60Hz时一个导体的阻抗小于0．3Ω，而在10MHz时阻抗大于40kΩ。此时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，接地导体的长度应尽可能短。2．3发电站与变电站的内部连接通常，等于接地网导体尺寸的导体安装在靠近内联电缆沟的上部内侧。这些电缆应同时与发电站和变电站的地网相连。它们应在间距很近的中间点处搭接并与垂直接地体相连。变电站和发电站之间的传输电路下埋设接地装置将提供分开地网间的附加连接。由于这些导体比电缆屏蔽更能提供低电阻通道，这些导体有助于限制故障时2个地网之间的电位差。2．4CT和PT接地通常与这些装置相连的二次侧中性点应在进入继电器室入口处接地，而不是在这些装置处接地[1]。2．5其他绝缘开关柜因为GIS产生很高程度的EMI，靠近GIS安装的控制电路(主要指安装在同一建筑物内的设备)应完全屏蔽，遵循如下原则：(1)所有直接安装在GIS上的设备应完全金属屏蔽，它们的外壳应与GIS外壳进行电气搭接；(2)所有控制电缆应进行展蔽，最有效的电缆屏蔽是连续的、轴筒式的或波纹管式的金属屏蔽，该屏蔽应按有关规定接地；(3)如果控制箱安装在髓S区域，则应完全屏蔽并按前面介绍的方法进行设计考虑；(4)当具有较低的暂态耐受水平的设备(如计算机)与GIS安装在同一的建筑物时，应提供完整屏蔽的设备室，即法拉第笼。2．6管道和电缆托架的接地管道和电缆托架接地的比较重要的安装措施包括：(1)所有管道应连接到设备接地系统，不管是否用于封闭功率电路；(2)所有管道之间，接头、箱体之间应是电连续的；(3)所用管道和防松螺栓的丝口在拧紧之前应采用导电润滑剂进行处理3(4)接地防松螺栓应可靠地穿过所有涂层或其他非导电性的覆盖层；(5)所用非连续性的接头应采用跳线搭接；(6)所有引线盒、接线盒和接线闸的面板上的螺丝应拧紧；(7)所有管道的支架和悬挂件应安全搭接到管道和它们接触的结构物上；(8)所有电缆托架系统应是电气连续的，包括支持托架和悬挂件。3信号地系统信号地的功能目标是建立局部电子硬件设备的参考接地点。有3个常用的接地方式：单点接地、多点接地和浮点接地。3．1单点接地单点接地系统用于消除引起共模干扰的接地电流回路。这是在工业环境中最常用的接地方式，只在1点连接信号电路至发变电站地网。当处理工作在低于300kHz频率的设备时，这种接地方式的效果很好。该系统的缺点是对于信号波长接近设备外壳尺寸或接地电缆长度的高频信号无效。当设备尺寸或接地电缆长度接近0．15倍信号波长时，电缆将不再具有低阻抗接地的特性。单点参考接地与信号返回导体不同，它在正常情况下不流过电流。信号接地的目的是将系统内的所有控制信号以1点作为参考，信号接地参考点只能采用1根引线与设备外壳连接。引线应采用绞线绝缘导体，根据装置间的电位差最小的原则来确定尺寸，一般要求小于1V，或由厂家推荐，并满足机械要求。应在箱体外壳内建立单独的信号接地系统，每个箱体的信号接地系统应系在一起，接在单一的参考点。在设计中心仪器和控制系统的接地系统时应考虑如下要求：(1)进入计算机和多重系统的电源应只从1个电源引进(即同一主变压器)；(2)进入配电箱的电源应同时引入1根接地线，将机箱接地，同时作为电源的参考点；(3)电源应从配电箱通过各自的断路器或保险引到同一系统中的所有箱体；(4)每个箱体应具有与箱体分开的信号接地系统；(5)每个箱体的信号接地系统应连接到1点，该点与接地网只有1根连接线相连3(6)如果高频干扰(300kHz以上)是所关心的频段，则应提供一个参考接地盘。单点接地设计应基于2个不同的考虑：设备地和信号地。为了得到最大的干扰抑制能力，2个地应完全相互分开引到接地网，在接地网处二者连接在地网上。3．1．1距离很近的箱体图1所示为位置很靠近的仪器和控制箱体的单点接地系统，它比较理想地适合于低频信号，特别是直流控制电路。很少用于高频控制系统。除了与进入的电源电缆一起引入的设备接地导体外，还有增设的附加局部安全接地。当提供该附加接地时，附加的连接应通过与地之间的附加低阻抗通道而加强人身安全。
3．1．2分开很远的箱体的接地当单个的控制箱体在电站分开很远时，应考虑采用分布式仪器和控制系统。信号参考导体的阻抗将引起箱体之间的地电位差，因此分布式系统存在一定的问题。箱体之间的通讯电路应具有合适的共模干扰的保护，共模干扰可能由于长绝缘信号地的阻抗引起。当设计分布式仪器和控制系统的接地方式时应注意如下要求：(1)应尽量使分布式系统采用单一电源；(2)每一束箱体有自己的局部设备地而取代总体安全地；(3)系统之间的信号应采用变压器耦合或直流耦合，发射和接收电路应具有一定的耐受在故障情况时超过地电压的共模耐受电压。1个或多个隔离的接地棒作为信号参考地是不安全的，不能采用；(4)1个系统应作为1个主站，其他系统应处理为遥远节点。在遥远节点，信号地与局部地相浮，通过大尺寸的绝缘线与主站的信号地相连，如图2所示。
出于安全的原因，遥远的箱体应采用门开关，当门打开时应将信号地和局部设备地连接在一起，如图3所示。这可以保护在遥远位置解决设备故障维护人员的安全。如果在规定的检修时刻，地网出现由于大电流注入地网引起的地电位不平衡，打开门对人员的危险降低至最小，不过这将导致损害发射和接收电路。为了确定这种方法是否适合于具体的设备布置，应逐个进行分析。
3．2多点接地系统当工作频率高于300kHz、或采用长接地电缆的接地设备应考虑多点接地系统。每个设备在最接近的点连接至地网，而不是所有接地导体单点接地。这个系统的优点是电路建造比较容易，可以避免高频时接地系统的驻波效应。多点接地系统的主要缺点是可以构成多个地回路而引起共模干扰。箱体相距很远的高频信号的多点接地系统如图4所示。
3．3浮点接地系统浮点接地用于将电路或设备从可能引起循环电流产生共模干扰的公共接地排、公共接地线或接地网进行电隔离。将信号地进行内部连接，与接地网隔离，如图5所示。这个系统的缺点是可能积累静电而最终引起破坏或产生[1][2]下一页