2016 年第 8 期 2016 Number 8
水 电 与 新 能 源 HYDROPOWER AND NEW ENERGY
总第 146 期 Total No. 146
DOI: 10.13622/j.cnki.cn42 – 1800/tv.1671 – 3354.2016.08.012
发电厂和变电站二次设备等电位接地网的布设
（向家坝水力发电厂，四川 宜宾 644612） 摘要：针对当电力系统发生接地故障或遭遇雷击时，大电流会在主接地网内产生电压差，该电压差将对二次电缆产生干扰并 影响二次设备的正常运行，布设二次设备等电位接地网能有效阻止主接地网的不平衡电压引入到二次系统当中，避免二次设 备损坏及误动情况的发生，介绍了发电厂二次设备等电位接地网布设时应遵循的原则和注意问题，并以图例方式具体介绍了 发电厂二次设备等电位接地网各组成部分布设方法，以使二次设备接地达到规范的要求。 关键词: 等电位接地网；继保专用网；等电位连接；抗干扰；反事故措施 中图分类号：TM862+.3 文献标志码：B 文章编号：1671 - 3354（2016）08-0040-04
毛 健
Deployment of the Equipotential Grounding Grid for Secondary Equipment in Power Stations and Transformer Substations
MAO Jian （Xiangjiaba Hydropower Plant，Yibin 644612，China） Abstract: When a grounding fault or lighting strike occurs in electric power system，the induced large current will generate an unbalanced voltage in the main grounding grid，which will interfere the normal operation of the secondary equipment. While this unbalanced voltage in the main grounding grid can be effectively blocked by deploying an equipotential grounding grid in the secondary system， thus the possible damage and malfunction of secondary equipment can be avoid. The principles and considerations in the deployment of the secondary equipotential grounding grid are introduced. Specifically，the detailed construction method for each part of the grid are illustrated. Key words: equipotential ground grid；relay protection private network；equipotential connection；anti-interference；accident prevention measures
发电厂和变电站均依据《建筑物防雷设计规 范》[1]、 《交流电气装置的接地》[2]等相关国家标 准设计有主接地网。 220kV 及以上变压器中性点是直接接地的。 由于接地电阻不可能为零，当发生厂站内单相接 地短路或雷击事故时，流过接地点的短路电流会 在这个电阻上产生一个电压，远离接地点处的电 压可以认为是零电位， 这样从接地点至零电位处， 在接地网上就自高向低存在着不均匀的电位。厂 站区域覆盖范围越大，电位差就越大。接在地网 上的二次设备，尤其是两端屏蔽层接地的电缆， 在接地端间会形成电压差，严重时会由于压差过 大损坏绝缘和形成较大电流，产生干扰，甚至会 烧毁电缆或端子箱[3]。
为了保证设备和人身的安全，必须尽量减少 短路故障时地网的电位升，这要求最大程度的降 低接地电阻值。然而，与此对立的一个矛盾是随 着电网的扩大，系统单相短路电流也随着增大。 再加上近年新建的水电站和变电站都建在山上或 其它土壤电阻率较高的地区。因而接地阻值很难 降低到标准要求的数值。 即使降低到标准要求值， 也无法确保短路故障时二次回路不受干扰。 而在发电厂和变电站内增设二次设备等电位 接地网，就是针对此问题的一项非常有效的解决 措施。 该技术并无深奥的理论和复杂的技术要求， 投资不大，却能大幅消除安全隐患。 《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 中明确要求：变电站控制室及保护小室应独立敷
毛
健：发电厂和变电站二次设备等电位接地网的布设
2016 年 8 月
设与主接地网紧密连接的二次等电位接地网，在 系统发生近区故障和雷击事故时，以降低二次设 备间电位差，减少对二次回路的干扰。 虽然该反事故措施对二次系统等电位接地网 的敷设原则提出了相关要求，但不同厂站由于设 计、施工和管理等存在差异，在具体操作上仍然 存在差异。 本文详细介绍了发电厂和变电站二次设备等 电位接地网各组成部分的具体布设方法。
1
二次等电位接地网的总体布置
发电厂和变电站等电位接地网布设的位置应 包括：中控室、继电保护室、机旁屏（含继电保 护屏、自动控制屏、励磁屏、调速器电调屏、测 量屏、故障录波屏等） 、电流互感器（CT）和电 压互感器（PT）端子箱、GIS 汇控柜（开关站控 制柜） 。其中，重点是继电保护所属屏柜，因其直 接影响断路器出口操作回路[4]。 等电位接地网采用截面积不小于 100 mm2 的 专用铜排（缆） ，按屏柜方向布置。屏柜内等电位 接地网专用铜排至屏柜下的专用铜排（缆）采用 截面不小于 50mm2 的铜排（缆）可靠连接。 二次等电位网独立组网，但又与主接地网一 点相连。等电位接地网布设完毕后，必须与主接 地网有一点连接。若不与主接地网相连，等电位 接地网接地电阻不能满足设计要求；若与主接地 网多点相连，当主接地网电位不平衡时，不平衡 电压也会被引入到等电位接地网中，从而对二次 设备产生干扰。
上；电缆屏蔽线编成辫状、压接上铜鼻子后，连 接到该接地铜排上。 二次屏柜下部电缆桥架或电缆沟内，应设有 截面不小于 100mm2 的等电位接地铜排。 二次屏柜内接地铜排连接完毕后，使用截面 积不小于 50mm2 的软铜线， 将其一端用相应的铜 鼻 子 压接 后 与 保 护 屏 内 二次 等电位接地 铜排 上 M10 连接孔用螺栓固定。将其另一端在二次屏柜 下部电缆桥架或电缆沟内与二次等电位接地网铜 排用 M10 螺栓连接或放热焊接。 具体连接方法请 见图 1。 励磁调节器屏柜下的等电位接地网特别注意 不要与其主接地网混接。 屏柜内的交流供电电源（照明、打印机和调 制解调器）的中性线（零线）不能接入等电位接 地网。 2.2 等电位接地网铜排支架的布设 二次屏柜下部电缆桥架上的等电位接地铜排 需要用专用的铜排支架固定。 接地铜排固定卡可用 40×4mm 镀锌扁钢为 材料制作，用 M6 膨胀螺栓固定在基础上。注意 等电位网铜排应与镀锌扁钢的铜排固定卡之间应 绝缘。具体方式请见图 2。 等电位接地铜排每隔约 1 米用固定卡固定一 次，跨梁处应根据梁的宽度高度适当增加固定卡 的数量以确保接地铜排布置美观。 2.3 等电位接地网在电缆沟内布设 等电位接地网在电缆沟内可用 100mm2 的铜 缆布设。通过 100mm2 的铜缆连接相邻机组间二 次等电位接地网。在电缆竖井内一点，用四根截 面积不得小 50mm2 的铜排与主接地网采用放热 焊接，以保证连接可靠性。 室外现地柜下一般为电缆沟，其等电位接地 铜排也应该用绝缘子架起，固定在电缆支架上。 连接方式与室内二次屏柜相同。如图 3。 2.4 等电位接地网结构 中控室、保护室、机旁盘的等电位接地网采 用“目”字型闭环结构。如图 4、图 5。 各二次屏柜间等电位接地铜排采用 100mm2 铜缆相连。 发电厂的主接地网与二次设备等电位接地网 之间必须在一处用 4 根以上专用等电位连接铜排 相连，每根铜排截面积不得小 50mm2，以确保连
2
等电位接地网各部分的布设方式
2.1 二次屏柜内的接地方式 二次屏柜内均应装设 2 根截面不小于 100mm2 的接地铜排。 一根为主接地网铜排。它直接与柜体焊接在 一起，与电站主接地网相连。铜排上应均匀排列 多个 M6 连接孔，每个连接孔均配有垫圈、垫片 和螺帽。继电保护装置或其它二次装置机箱外壳 接地线和二次屏柜门接地线采用专用黄绿相间 4 mm2 多股软铜线连接至该接地铜排上。 另一根为二次设备等电位接地网专用铜排。 该铜排两端经小绝缘子架起与柜体绝缘。在该接 地 铜排上也 应 均匀排列多个 M6 连 接孔 和一个 M10 连接孔。 电流互感器二次回路的 N 线采用专 用黄绿相间 4 mm2 多股软铜线连接至该接地铜排
2016 年第 8 期 2016 Number 8
水 电 与 新 能 源 HYDROPOWER AND NEW ENERGY
总第 146 期 Total No. 146
图 1 二次设备屏柜的接地示意图
接的可靠性 性。从 从目字型结构 目字 结构等电位接地网与变电站主 接地网较为接近的位置引出 4 根连接铜排，在电 ，在电缆竖 井处最好采用 采用放热焊 放热焊连接， 接 或者采用 M10 螺栓与变电 站主接地网可靠压接。 压接
图 2 接地网铜排支架安装图
图 4 中央控制室接地网 中央控制室接地网布设图
2.5 电流互感器和电压互感器端子箱的等电位接地 公用电流互感器二次绕组中性线只允许、且必须在保 护柜屏内一点接至等电位接地铜排上 上，比如差动保护 用电流互感器 器。 。独立的、 、与其他电压互感器和电流 器 电流互
图 3 电缆沟内铜排布设图 电缆沟内铜排布设
毛
健 发电厂和变电站二次设备等电位接地网的布设 健：
2016 年 8 月
图 5 继电保护室电气二次盘柜下接地网布设 继电保护室电气二次盘柜下 布设图
没有电气联系的二次回路应在电流 电流互感器端子箱内 内一 点接至等电位接 至等电位接地网。 至等电位接 。也有一些厂站为 厂站 便于统一管理 和检修时实施安全措施的方便，统一将电流互感器 器在 保护屏柜内一点接地。 内一点接地。 电压互感器二次绕组中性线也只允许有一点接地 有一点接地。 因为电压 电压互感器一 器一般为公用，因而必须 因而必须在其端子箱 端子箱内 设等电位接地网铜排，将电压互感器二次绕组中性线 与其电缆屏蔽线均接在该等电位接地铜排上。 上 各电压 互感器的中性 器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等 器等。 电流互感器、电压 器 电压互感器端子箱内的接地铜排应 使用小绝缘子固定在箱体的下部或侧部，小绝缘子与 铜排的连接应使用 M8 螺栓可靠连接。 接 2.6 室外现地柜的接地 室外等电位接地网与主地网连接时， 接时，尽可能远离 并联电容器、电 器 电容式电压互感器、 器 结合电容及电容式 套管等可能被高电压击穿的设备，以及 以及高压母线、避 雷器和避击针的接地点 的接地点，距离不宜小于 15 米。 合理规划二次电缆的路径，避免和减少迂回，缩 短二次电缆的长度，与 与运行设备无关的电缆应拆除。 2.7 电缆屏蔽层的接地 所有二次回路的电缆均应使用屏蔽电缆，严禁使 用电缆内的空线替代屏蔽层接地。 接地 电缆的屏蔽层接地问题一直受到比较多的关注。 国内外对于屏蔽层应一点接地还是两点接地的还有争 议。目前一般的做法，对于一次设备的电缆，要求屏 蔽层两点接地； 点接 ；对于传送弱电模拟信号的电缆，如监 控系统设备间的信号或通信电缆要求采用屏蔽层一点 【 】 接地的方式 3 。 2.8 等电位接地网间的连接 等电位接地网铜排之间、铜排与铜缆之间除了常 规的螺栓连接， 接，有 有条件最好采用放热焊连接。 接 放热焊接是利用热熔焊接的化学反应产生高温铜 溶液, 并释放出高热量完成焊接的一种方法。无需外 部电源或热源， 源，放热焊接化学反应速度非常快，仅几 秒就可以完成焊接。 接 其产生的热量极高，可以有 ，可以有效地 传导至熔接部位， 位 使其熔为一体，使铜/铜、铜/铝、
铜/钢、铝/铝之间形成 间形成牢固的分子结合。其焊药成分 取决于要焊接的金属， 如焊接铜/铜的焊药主要成分为 氧化铜和铝。其主要特点[5]： （1） 结合面为永久性的分子结合， 没有机械压力， 电解质不会渗透到导体交界面上使其氧化。 （2） 由于不会松弛和耐腐蚀能力强， 寿命与同等 规格材料相同。 （3） 具有较大的散热面积， 焊接点的载流能力与 导体的载流能力相同。 （4） 焊接点的熔点要高于铜的熔点 点， 焊接点能承 受反复多次的大浪涌（故 故障）电流 电流冲击 击，不至 不至熔断和 退化。 2.9 接地电阻的测试 推荐采用异频电流法测试大型接地装置的工频特 性参数，试验电流宜在 3A～20A 0A，频率宜在 40Hz～ 60Hz 范围，异于工频又尽量接近工频。 如采用工频电流测试，则应采用独立电源或经隔 离变压器供电 电， ，并尽可能加大试验电流 电流，试验电流不 宜小于 50A，并要特别注意试验的安全问题。 要求相邻机组间保护设备专用等电位地网接地阻 抗值不大于 0.2 欧。
3
结 语
二次设备等电位接地网布设的关键是与主接地网 采用一点连接 接， ，这样可以有 这样可以有效的避免将主接地网中的 电压差引入等电位接地网。 等电位接地网 通过本文所述发电厂和变电站 发电厂和变电站二次系统等电位接 地网的 的布设 设，能 能使所连接的二次设备地电位处于同一 个等电位平面上，有 上 有效抑制近区短路 短路故 故障和雷击事故 时对二次回路的干扰。它是对发电厂和变电站主接地 网的有效补充。
收稿日期 收稿日期：2016-07 07-05 作者简介：毛 健，男，高级工程师，从事电力系统继电保护 工作。 参考文献 参考文献： [1] GB50057 - 2010，建筑物防雷设计规范 建筑物防雷设计规范[S] [2] DL/T621 – 1997，交流电气装置的接地 交流电气装置的接地[S] [3] 李宾皑.电力系统二次设备的接地和接地铜排的敷设.华东 电力，2005，33(9):60-63 33 63 [4] 唐宝锋.二次系统等电位接地网的敷设.电力系统保护与控 制，2009，(14 14)：112-115 115 [5] 侯昌明.放热焊接法在变电站接地网中的应用.电工材料， 2006，(3)：26-28