110kV變電站弱電系統(tǒng)抗干擾研究設計要點淺析

李 博，王 帥

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

1 項目概況

陜西省涇河東莊水利樞紐110 kV施工變電站為涇河東莊水利樞紐工程建設期施工用電提供電源，建設期最大用電負荷約為26 MW，在工程建設完成后，施工用的110 kV東莊施工變電站將作為永久性變電站，為庫區(qū)的生產、生活用電電源[1]。

變電站布置形式為半戶內布置。戶外布置有2臺110 kV變壓器；其余電氣設備均安裝于配電樓內，配電樓共劃分為兩層，一層功能房間布置有10 kV高壓配電室、10 kV無功補償裝置室、中控室，二層功能房間有110 kVGIS室。10 kV高壓配電室內布置有36面10 kV高壓柜，10 kV無功補償裝置室布置有2套無功補償裝置，中控室內布置有繼電保護裝置屏柜和通訊拼柜等，110 kVGIS室布置有5個110 kVGIS間隔。

2 電站內干擾源及防范措施

2.1 弱電系統(tǒng)的構成

110 kV施工變電站所有的高壓進、饋線回路均配置斷路器來開斷線路，斷路器采用微機保護裝置進行自動控制，因此站內裝設有大量的微機保護裝置；為了便于站內通訊以及變電站與電網系統(tǒng)、后期的水電站進行通訊，又需要裝設大量的信息通訊設備；變電站內計算機監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊絕大多數是通過電纜來傳遞弱電信號，該弱電信號電壓約為十幾伏或幾伏、電流信號為幾安培，例如微機保護裝置中各門電路的邏輯“1”和“0”電平差僅2 V。這些微機保護設備、通訊設備、通訊線纜對電磁干擾都是非常敏感的，但110 kV施工變電站既有110 kV、10 kV高壓系統(tǒng)，還有1 k的低壓系統(tǒng)，電磁干擾無法避免，因此變電站在設計建造安裝過程時，就必須提前做好防范措施。

2.2 信號干擾原因

電磁干擾極有可能導致保護裝置的動作或通訊設備數據的丟失，可能使施工工地大面積停電，導致整個涇河東莊水利樞紐工程工期延誤，造成嚴重的政治影響。為了保證電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的安全可靠運行，因此在新建、改擴建的變電站內采取防干擾意義重大。以下列舉幾條常見的電磁干擾源：

（1）由于保護設備、通訊設備之間的參考電位不一致，電纜兩端可能存在電位差，該電位差可能造成信號干擾。

（2）雷電產生的電磁干擾。

（3）電站低壓接地系統(tǒng)應用不當，供電線路上產生電位差造成的電磁干擾。

（4）電氣線路布置不當。

（5）其他原因。

2.3 防干擾措施

變電站內的電磁干擾源較多，無法完全杜絕電磁干擾對設備的影響，但在變電站設計時應該考慮主要干擾源，并針對上述這些常見的電磁干擾源，采取相應措施，降低干擾源對設備的影響，使設備能夠在一定強度的電磁干擾情況下穩(wěn)定、可靠的運行。具體措施如下：

（1）設置二次等電位，使110 kV施工變電站需將所有二次設備、信息技術設備的地電位化為統(tǒng)一地電位，以保證設備之間的參考電位基本一致。

（2）針對雷電產生的電磁干擾，監(jiān)控設備和通訊設備應盡量遠離防雷引下線所在位置，在選擇電纜時，選用帶屏蔽功能的電纜。

（3）在電纜布線時，應合理布置，避免將電源線和信號線形成可感應產生涌流的大包繞環(huán)。

（4）電站低壓接地系統(tǒng)采用TN-C-S接地系統(tǒng)，PEN上產生電位差造成的電磁干擾。

3 二次等電位網的設計

3.1 弱電系統(tǒng)設備布置概況

變電站內的信息設備、110 kVGIS線路保護裝置、110 kV主變壓器保護裝置均組屏均安裝于二次屏柜內，二次屏柜布置在一層中控室；110 kVGIS設備通過匯控柜與保護設備進行通訊，匯控柜布置于110 kVGIS配電室內；10 kV設備的保護裝置就地安裝于10 kV高壓開關柜內。

3.2 二次等電位網的設置

變電站需將10 kV開關柜內微機保護裝置、中控室內微機保護設備和信息化設備的接地端通過二次等電位網連接在一起。具體設置如下：

（1）等電位網的設計：

在配電樓一層中控室外圍主電纜溝內明敷一根1×120 mm2的銅纜，該銅纜首尾相連，呈“口”字型布置；在中控室的每條分支電纜溝內沿屏柜方向同樣敷設一根相同的銅纜，該銅纜與最外圍銅纜可靠連接，形成中控室內二次等電位接地網，該網呈“目”字型布置，保證等電位網的整體性。二次等電位接地網采用4根1×50 mm2的銅纜與電站內的主接地網一點連接，不僅保證了二次等電位網與主接地網的可靠性還保證了二次等電位接地網的等電位性。

10 kV開關柜內微機保護裝置就地安裝于各10 kV高壓柜內，因此可將配電樓內的10 kV高壓配電室看為一個二次室，因此可參照中控室內的二次等位網做法，在10 kV高壓配電室內形成二次等電位網，并采用同樣的方式與主接地網可靠連接。

由于10 kV高壓配電室的設備需與中控室的監(jiān)控系統(tǒng)進行信息傳遞，采用電纜進行通訊，為了保證兩個二次等電位網統(tǒng)一電位，因此采用1×120 mm2銅纜將兩個二次等電位網相互連接。二次等電位網接線見圖1。

圖1 二次等電位網接線圖

（2）屏柜內的設備防干擾措施

安裝于中控室內的二次屏柜、10 kV高壓開關柜、110 kVGIS設備匯控柜均要設置供公用零電位基準點邏輯接地的信號總接地銅排，該銅排的截面不應小于100 mm2，該信號總接地銅排安裝于二次屏柜最底部，便于屏柜內繼電保護裝置內部接線和信號接地銅排與二次等電位之間的連接，銅排安裝時與屏柜之間不要求絕緣。

繼電保護設備或者信息技術設備在屏柜內安裝時，設備與屏柜非絕緣接觸并且機械固定式安裝，設備已與屏柜內的信號總接地銅排在物理上已連接，為了可靠連接，屏柜內的所有設備、屏柜門門體的接地端、柜內所有電纜的屏蔽層均采用4 mm2的多股銅線與柜內總接地銅排可靠連接，柜內總接地銅排采用1×50 mm2銅纜與二次等接地網連接。屏柜內部等電位連接示意圖見圖2。

圖2 屏柜內部等電位連接示意圖

4 電纜敷設防干擾措施

4.1 防雷電流電磁干擾

電站配電樓采用柱內鋼筋作為防雷引下線，當屋頂的避雷帶遭到雷擊時，柱內鋼筋將瞬間流過數千安培的雷電沖擊電流，并在其周圍產生很強的電磁場，敷設在引下線周圍的電纜會在該強電磁場的作用下感應出涌流。因此，和微機保護裝置、信息設備的相連電纜在敷設時應盡可能的遠離了防雷引下線，避免電磁場和電纜內的涌流對設備造成干擾或燒壞設備。

4.2 合理的敷設路徑

與微機保護裝置、信息設備相連的電纜共劃分為2類，一類為電源電纜，另一類為信號電纜。電源線和信號線在敷設時，應盡量避免形成大包環(huán)繞，即電源線和信號線形成環(huán)形，應將電源線和信號線于同一通道內敷設，敷設時將兩類電纜保持大于50 mm的間距即可。若電源線和信號線敷設成環(huán)，當空間因雷電或者短路在周圍產生高頻瞬變的電磁場，而該磁場使環(huán)內的設備和電纜感應出幅值較大的涌壓，對微機保護裝置、信息設備產生造成干擾或燒壞設備。

4.3 其他要求

（1）二次電纜在敷設時還應盡量避開并聯(lián)電容器、高壓母線的接地點，并盡量縮短二次電纜長度。

（2）電站內所有二次電纜均采用鎧裝屏蔽電纜，電纜敷設安裝時，兩端屏蔽層接地；當穿金屬管敷設時，金屬管道兩端要兩側接地。

（3）在高壓室二次電纜溝、110 kVGIS室二次電纜溝內明敷1×120 mm2銅纜與主控室二次等電位接地網一點連接，該電纜是為了防止發(fā)生短路時站內因主接地網電位差而在二次電纜屏蔽層流過大電流將其燒壞。110 kVGIS設備匯控柜采用1×100 mm2電纜與該銅纜連接。

5 二次屏柜的交流配電防干擾措施

在給二次屏柜、10 kV高壓柜、110 kVGIS設備匯控柜供交流電時，應避免采用TN-C-S接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)在配電時PE線和N線合為一根PEN線，PEN線在流過電流時由于自身阻抗而產生壓降，PEN線上各點的電位是不同，該電位差有可能導致微機保護設備或信息技術設備地電位的不均等而不能正常工作。因此在給二次屏柜和信息屏柜供電時采用TN-S接線系統(tǒng)，且中性線不應接入保護專用的等電位接地網系統(tǒng)內，N線接線端子應與屏柜外殼保護絕緣。

110 kV施工變電站中控室內布置有22面二次屏柜，需給屏柜內供交流電，用于柜內除濕、加熱、照明，均為單相電源。由于屏柜數量較多，為了簡化供電線路、減少供電回路，給屏柜供給交流電源時，往往采用屏頂小母線的方式。供電電源采用三芯電力電纜ZR-YJV22-0.6/1kV-3×4給屏頂小母線供電，各屏柜用電引自屏頂小母線，屏頂小母線對應三芯電纜設置有三根絕緣紫銅棒，分別為相線、N線、PE線。相線與N線均與屏柜絕緣，PE線與保護屏柜和信息設備屏柜連接。從而減少供電回路對弱電系統(tǒng)的電磁干擾。

6 結論

隨著科技的發(fā)展，物聯(lián)網在電力系統(tǒng)中的應用，變電站將會更加自動化、智能化和信息化，屆時變電站內會裝設有更多的微機保護裝置和信息技術設備，因此變電站內做弱電系統(tǒng)的防干擾意義重大。