變電站繼電保護二次系統接地技術分析

陳 衛

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

對于電力系統而言，其正常使用對于我國經濟發展有著非常重要的意義，而變電站則是整個電力系統的重要樞紐所在。通過變電站可保障電力系統交配電工作的順利進行，因此變電站能否穩定運行對于整個電網的正常使用有著非常重要的意義。為了提升變電站自動化水平，要重視繼電保護二次系統接地過程，建構完整的歸類分析機制，統籌分析干擾源產生機理和傳遞路徑，從而維持綜合管控效率，最大限度地提高接地處理水平[1]。

1 繼電保護二次系統運行干擾分析

對于繼電保護系統而言，在其實際使用的過程當中對其影響最大的因素毫無疑問是來自電磁波的干擾。而電磁干擾的形成需要三大要素，分別是干擾源、敏感設備和途徑。其中在變電站實際使用中很多設備都會成為電磁干擾的來源，這些電磁干擾源會對變電站內部二次設備的正常使用產生極大的影響，因此為了有效降低電磁波對變電站正常使用的影響，本文認為有必要對干擾的特性進行全面分析。

1.1 干擾源分類

對于變電站而言，在其實際使用中變電站內部的一些電氣設備由于運行特點以及內部構造等因素會在使用中產生一定的電磁波進而對繼電保護二次系統的運行產生干擾。正常運行時的電流電壓抑或是短路時產生的短路電流都會產生一定波段的電磁波，對二次回路的正常使用產生影響，具體可以分為電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾等等。這些干擾源的種類相對較多，且干擾方式也有著很大的區別。這一問題的存在使得繼電保護二次設備的抗干擾工作在進行中非常復雜。

1.2 傳播方式

干擾主要的傳播方式有兩種，分別是傳導干擾以及輻射干擾。所謂的傳導干擾實際上指的就是干擾介質沿著導線進入到二次回路當中，進而對繼電保護回路的正常運行產生影響。例如電容耦合、電感耦合等等。而所謂的輻射干擾實際上指的是干擾源產生電磁波后，電磁波向空間當中以輻射的方式進行傳播，進而對二次回路的正常使用造成影響，例如局部放電干擾。

1.3 變電站干擾源成因

對于變電站的二次系統來說，為了保障其功能的完整性，一般設計人員會為其配備一次設備以及二次設備，不同的設備產生干擾的種類也各不相同。具體而言，會對二次回路造成干擾的原因主要有以下幾類：

第一，當變電站所處地區氣候較為惡劣時，一旦雷雨天氣發生，那么產生的雷電流很可能進入到變電站的主接地網當中對二次回路造成破壞。

第二，當一次系統由于其他因素的影響產生短路故障時，短路電流會順著導線進入到主接地網當中。

第三，變電站內各個一次設備進行分合操作的過程當中會產生一定的電磁場，從而對二次系統的正常使用造成影響。

第四，當變電站處于高壓強場到環境下時，很可能由于電磁場的作用導致電磁輻射等干擾的產生。

2 接線方式分析

對于抗干擾工作而言，在實際進行中主要是從以下兩個方面進行思考的：第一，通過一定的技術手段盡可能地提高繼電保護二次設備本身所具有的抗干擾能力，并且對其他類型的電磁波進行兼容。第二，通過一定的方式方法對繼電保護二次系統進行有效保護，從而改善其運行環境，降低來自其他電磁波的干擾。第二方面的保護手段主要有屏蔽以及接地。之所以進行接地操作，最根本的目的是為了滿足電力系統工作過程當中對于安全的需求，將一些需要進行保護的設備與接地設備連接起來進而與大地進行連接。通過這樣的方式可以有效保護二次設備的正常使用，當前這種方式已然經過了大量的實踐，充分表明只要將設備進行有效接地就可以避免電氣設備產生故障時釋放出高壓電流，對設備以及現場工作人員的安全形成保障[2-3]。根據防護措施最終目的的區別可以將接地方式進一步分為工作接地、保護接地以及防雷接地三大類型，下面對其進行一一探討：

第一，工作接地。采取工作接地措施的根本目的是為了使電力系統的穩定運行不受干擾。這種接地措施是最常用的接地措施技術之一，通過這種接地方式的使用可以有效保障電力系統的安全使用。

第二，保護接地。采取這種接地方式的根本目的是為了防止電氣設備在使用中由于內部結構或其他因素所導致的漏電行為對二次系統的正常使用造成破壞。一旦電氣設備產生漏電行為，漏電電流可以通過接地設備作用的合理發揮導入到大地當中，從而有效避免對工作人員以及電力設備造成破壞。

第三，防雷接地。在電力系統實際使用的過程當中，雷電是造成電網安全事故的重要因素之一。而通過有效的防雷接地技術的應用可以充分降低雷電對電網所造成的傷害。此外，雷電除了會對一次系統造成影響外，還會產生電磁干擾，對二次系統的應用產生影響，導致二次系統發生故障[4]。

3 接地技術方案設計分析

經過多年的發展，技術人員當前主要是將二次設備通過等電位銅排接入到變電站主接地網當中。通過這樣的方式可以使整個二次系統的抗干擾能力得到實質性的增強，尤其是智能技術不斷推廣的今天更是如此。在無人值守智能變電站應用時，由于智能技術的實際使用需求需要使用到大量的測控通信繼電保護裝置，為了滿足社會發展的需求，這些裝置的精密度也變得越來越高。在這樣的情況下，要想保障這些設備的合理運行，那么周邊環境一定要滿足設備的實際應用需求。而將這些設備置于一個等電位平臺當中可以保障不同設備之間的通信工作不會受到其他因素的影響，此外還能進一步降低由于短路來電等產生的干擾[5]。下面結合實際工作進行簡要分析：

3.1 變電站二次系統接地網設計

為了使繼電保護二次系統在實際使用時不但能夠有效抵抗來自周邊環境的干擾，還能充分保護滿足接地保護工作的實際需求，應當在繼電保護設備安裝的區域安裝獨立的等電位接地網。為了保障接地效果，使用銅排的橫截面積應當大于等于100 平方毫米。對于站內敷設有二次電纜的區域也應當加裝等電位接地網，例如開關柜、電纜溝等。對于繼電保護裝置來說，在其使用中能否可靠地運行在很大程度上和通信系統以及后臺機有著非常密切的聯系。因此，為了保障接地效果，使二次系統的正常運行不受干擾，應當采取一定的技術措施將通信室、集控室、保護室采用截面積大于100 平方毫米的銅排連接起來。此外，對于各室對應的上下層電纜室、電纜溝等也應當加裝接地網。當各室的等電位接地網加裝完畢之后，為了保障接地效果，有效保護二次系統，應當將其和變電站主接地網進行連接。連接的點位不需過多，但是必須是與主接地網進行相連的，只有這樣才能保障著等電位接地網接地電阻滿足設計要求。對于連接點的選擇而言，應當根據變電站實際情況進行合理選擇，如果連接點遠遠超過實際應用需求，那么當主接地網由于周邊環境因素的影響導致電位出現不平衡的情況時，這種不平衡會蔓延到其他接地網當中，進而對二次系統的穩定運行產生影響。進行一點連接不但能夠滿足接地電阻的要求，還能夠在最大程度上降低接地網電阻分布不平衡給二次系統帶來的不良影響[6]。

3.2 戶外端子箱接地技術分析

在安裝戶外端子箱的過程當中，為了保障其穩定運行，應當根據具體需求為其加裝橫截面積大于等于100 平方毫米的接地銅排。此外，為了保障接地銅排的穩定性，應當在橫向通過螺栓將其兩端牢牢地固定在端子箱的內部，從而使二次設備與其他接地線進行密切相連，最后與電纜溝內的等地位接地網進行連接。

3.3 保護裝置接地技術分析

一般而言，由于接地系統本身的構造特點，為了將其功能充分地發揮出來，人們一般將其安裝在室內的保護柜里面。為了使安全更有保障，保護柜內部也應當裝設橫截面積大于等于100 毫米的接地銅排。此外，為了連接的有效性，應當將接地銅排敷設在平柜的下方，這樣的設置手法可以將電纜屏蔽線電互感器與二次回路接地線進行密切連接。此外，為了防止電磁波的侵入，柜與門之間也應當用橫截面積大于等于4平方毫米的多股軟銅線與保護柜的本體進行連接，并且與保護柜下方的接地銅排進行緊密相連。

3.4 電纜于設備接地技術分析

繼電保護系統當中的二次電纜的屏蔽層與相關設備都應當與大地連接起來，此外一次設備與主控室保護制之間相連的二次電纜應當通過金屬管從一次設備接線盒引入到二次電纜端子箱當中，同時金屬管的上部應當與設備的底座通過焊槍焊接起來，而金屬管的下端應當采取就定性原則將其焊接帶在接地網上面。對于保護系統的控制電纜來說，為了使其在使用中屏蔽來自電磁波的干擾，應當將屏蔽層的兩端進行接地。二次回路則由于本身的使用特性無需將其進入到一次設備端子箱當中，應當直接從本體引出一條電纜并且連接到計量保護裝置的二次電纜端子箱中[7]。

3.5 互感器接地技術分析

根據保護工作的實際要求，為了讓電流互感器的作用能夠更加充分地發揮出來，應當在其二次側設置一個接地點位，而一些安裝有多個互感器的電流回路，為了防止電流互感器出現功能異常，應當將接地點位設置在保護柜內部的接地銅排上方。對于一些處于獨立狀態的互感器而言，接地點應當設置在戶外的端子箱內部接地銅排上。

4 二次電纜屏蔽層接地分析

在設計工作實際進行的過程當中，為了有效保障屏蔽層的實際使用功能，應當將電纜屏蔽層的兩端進行接地操作。如果僅僅將電纜屏蔽層的一端進行接地，雖然可以有效避免產生電流回路的形成，但是這樣的設計方式對于干擾的抵抗性相對較差。而兩端接地之后不但可以有效提高整個屏蔽層的抗干擾能力，還可以大幅度降低電纜屏蔽層的過電壓水平。通過一定的方式方法對電纜屏蔽層進行有效的接地處理，可以在最大程度上防止容性耦合與感性耦合對二次系統的正常使用造成影響。

在屏蔽層兩端接地的整個過程當中，如果兩端由于種種因素的影響存在一定的電位差別，那么將不可避免地會在屏蔽層內部流入一些電流。這樣的話很可能導致電磁波的產生，進而使電纜中的一些傳輸信號無法進行正常的傳輸工作。如果在這一過程當中，一次系統由于外界或內部因素的影響導致短路的產生，那么屏蔽層內部流過的電流將會快速升高甚至會燒毀屏蔽層。在這一過程當中，由于電纜線芯與屏蔽層之間存在著一定的電容電感，因此線芯當中會由于電磁感應產生電流電壓，進而對二次系統的正常使用產生不良影響。而如果接地電網的電阻小到一定程度時，屏蔽層內部流經的電流會非常微弱。通過大量經驗不難發現，通過沿電纜溝敷設并聯接的導體作為二點接地的輔助測試可以使電位得到很好的平衡，有效減少過電壓現象的產生[8]。

5 結語

通過上述分析不難發現，當前經過多年的發展，設計人員已經對繼電變電站繼電保護二次系統的相關接地設計有了一定的掌握。然而在實際設計時，我們還需要進行不斷的分析，只有這樣才能提升二次系統的抗干擾能力。