淺談變電站地電位干擾及防護措施

程麗英

摘要：本文在對變電站地電位干擾源及干擾途徑分析的基礎(chǔ)上，討論了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：地電位干擾防護措施

1.引言

變電所的各類保護和控制系統(tǒng)在運行中面對的是高電壓、強電場、電磁環(huán)境非常復(fù)雜，既有大電流造成的磁場干擾，又有高壓設(shè)備造成的電場干擾，有大電流流經(jīng)接地裝置時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，還有在雷擊時由雷電過電壓產(chǎn)生的雷電過電壓干擾。

2.干擾源及干擾途徑

變電站最嚴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)于信號回路內(nèi)的與正常信號電壓相串聯(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象有2種方式：傳導(dǎo)方式和輻射方式。干擾耦合進入控制電路，或從控制電路傳導(dǎo)出去可以進一步分為如下幾種方式：

(1)共模阻抗耦合(電導(dǎo)耦合)

如圖1所示，當2個或多個電路共用1條線或1個連接點時，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。

(2)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個電路之間的電容；du／dt—第1個電路的電壓變化率。對于容性耦合，耦合隨導(dǎo)體間的距離增加而減小，高阻抗電路更有益于容性耦合。

(3)感性耦合

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

(4)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。

干擾源對二次回路的耦合是非常復(fù)雜的，通常同時存在幾種干擾源和幾種干擾方式。

另外，變電所內(nèi)發(fā)生工頻接地短路時流經(jīng)接地裝置的大電流時產(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。

3.防止地電位升高的措施

3.1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：接地體可分為自然接地體和人工接地體，設(shè)計中通常采用人工接地體，以便達到所規(guī)定的接地電阻，并避免外界其他因素的影響。人工接地體又可分為水平接地體和垂直接地體。接地體的接地電阻值取決于接地體與大地的接觸面積、接觸狀態(tài)和土壤性質(zhì)。垂直接地體之間的距離為5m左右，頂部埋深0.5～0.8m。接地體與道路或通道出入口的距離不小于3m，當小于3m時，接地體的頂部處應(yīng)埋深1m以上，或采用瀝青砂石鋪路面，寬度超過2m。埋在土壤中的接地裝置連接部位應(yīng)按規(guī)范規(guī)定的搭接長度焊接以達到電氣連接。焊接部位應(yīng)作防腐處理。

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：當距發(fā)電廠、變電所2000rh以內(nèi)有較低電阻率的土壤時，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?shù)叵螺^深處有土壤電阻率較低的地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，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：當接地電阻的面積一定時，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，也可以達到降阻的目的。

3.2改善地電位分布限制局部電位升高。在設(shè)計接地網(wǎng)時應(yīng)盡量采用方孔地網(wǎng)以改善地面電位分布，對方孔地網(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。

3.3等電位連接。現(xiàn)代防雷理論里最主要的是均壓等電位連接，可以把具體實施雷電防護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)。

3.4金屬屏蔽接地。埋地電纜是對微機電源產(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。

結(jié)論

本文對變電站地電位的干擾源及干擾途徑進行了分析，在對雷電干擾、地電位干擾進行研究的基礎(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，對保證發(fā)電廠、變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定進行具有較好的現(xiàn)實意義和實際應(yīng)用價值。