仙游抽水蓄能电站分布式等电位接地网的设计

余 睿，权 强，郑智勇，高海欧

（1.福建仙游抽水蓄能有限公司，福建省仙游县 351267；2.陕西镇安抽水蓄能有限公司，陕西省镇安县 711500；3.长沙科智防雷工程有限公司，湖南省长沙市 410005）

0 引言

当电力系统发生相对地短路故障或遭遇雷击时，大电流会在地网内产生电压差，该电压差将会使二次设备发生反击，导致绝缘短路击穿或者使电缆屏蔽层电流过大，烧毁电缆；另外二次设备所处的高电场、强磁场环境，也会产生电磁干扰，有可能造成二次设备的误启动甚至死机[1]。通过对二次设备进行接地与屏蔽，优化二次系统等电位网的连接与敷设，对削弱电磁干扰、提高二次设备运行的稳定运行具有重要意义[2]。与常规水电站相比，抽水蓄能电站在水工建筑、机电设备以及自动控制和继电保护方面有自己的特点；其等电位接地网分布很广，主要由地下厂房、副厂房、地下GIS室、地面GIS室、地面出线场、中控楼等区域构成。正确布设抽水蓄能电站的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中，避免二次设备损坏及误动的情况发生，降低对二次设备的干扰，并能为二次设备信号提供稳定的基准电位。

1 仙游电站等电位现状

仙游抽水蓄能电站总装机容量1200MW，位于福建省电网负荷中心和电源中心，电站二次设备区域比较松散，分布范围很广。在电站主接地网范围内的二次设备包括：主厂房发电机层控制盘柜、副厂房LCU5室、SFC室、中控楼继保室、中控室、中控楼通信设备室、开关站GIS室。其他在主地网范围外的二次设备还包括：35kV变电站控制室、上库直流配电室、办公楼信息机房等。仙游电站自投产以来未发生因等电位地网问题导致的设备故障，但等电位接地网存在以下问题：

（1）部分屏柜内接地铜排不满足规程要求。图1为仙游电站一块通信屏，该屏柜下部接地汇流排截面积为90mm2。不满足“静态保护和控制装置的屏柜下部应设有截面不小于100mm2的接地铜排”[3]的规范要求。

（2）等电位接地网的专用铜排截面积不满足规程要求。图2为仙游电站发电机层等电位接地网，该等电位接地网的专用铜排截面积为90mm2。不满足“在主控室、保护室柜屏下层的电缆室（或电缆沟道）内，按柜屏布置的方向敷设 100mm2的专用铜排（缆），将该专用铜排（缆）首末端连接，形成保护室内的等电位接地网”[4-5]的规范要求。

（3）二次等电位接地网铜排之间的连接采用螺母压接。仙游抽水蓄能电站电缆层等电位接地网主干接地排与分支接地排的连接如图3所示，螺母压接方式存在电气连接不可靠的风险。不满足“钢质接地装置应采用焊接连接；铜质接地装置应采用焊接或熔接，钢质和铜质接地装置之间连接应采用熔接方法连接，连接部位应作防腐处理”[6]的规范要求。

图1 通信屏柜等电位接地排Figure 1 Equipotential connection of communication cabinet

图2 发电机层等电位接地排Figure 2 Equipotential connection of generator layer

图3 等电位接地网铜排连接Figure 3 Equipotential connection copper bar

（4）等电位地网与主地网多点连接。典型控制屏柜接地如图4所示，屏柜内的等电位接地网与屏柜连在一起，而屏柜固定装在基础槽钢上，基础槽钢与主地网相连；各个机组屏柜内的等电位接地网均与主地网连接，故等电位接地网与主地网之间形成了多点接地，不满足一点接地的规程要求。并列布置的屏柜柜体间接地铜排应直接连通；当屏柜上布置有多个子系统插件时，各插件的信号接地点均应与插件箱的箱体绝缘，并分别引接至屏柜内专用的接地铜排母线[7-8]。主厂房1～4号发电机旁控制盘柜、LCU5室、SFC室、中控楼继保室、中控室、中控楼通信设备室、开关站GIS室二次设备等电位接地网分别单独与电站主地网连接，二次设备等电位接地网存在多个入地点；多点接地造成不同入地点之间形成对地环流，对地环流对周边二次设备和二次电缆造成新的电磁干扰。

图4 典型控制屏柜接地示意Figure 4 Grounding schema of control cabinet

2 技术实施方案

2.1 发电机层的等电位接地网连接方案

二次设备的接地分为安全保护接地、交流接地、信号接地三种。安全保护接地是指对设备的外壳接地，既可防止漏电造成人员触电的危险，又可屏蔽外界对设备的干扰；交流接地是指交流电源中性点的接地系统；信号接地是将逻辑信号系统的公共端接到地网，使其成为稳定的参考零电位。由于信号地（逻辑地）是所有逻辑电路的公用基准点，对接地电阻要求最高（一般应不大于1Ω），而微机中使用的各种TTL门电路的逻辑“1”和“0”电平的电位差仅2V多，如果处理不当，在信号地线上形成噪声电压，造成微机不能正确工作，甚至烧毁元件，因此信号接地是各种接地中最为重要的一种。交流接地和安全接地可共用一个接地网，而信号接地宜采用并联一点接地方式。屏柜内的信号地（又称二次设备的工作地）需接在与柜体绝缘的接地铜排母线，再结合规程DL/T 5065—2009《水力发电厂计算机监控系统设计规范》，确定仙游抽水蓄能电站发电机层的等电位接地网连接方案如图5所示。其他区域的等电位接地网与此类似。但等电位接地网只保留一个入地点。

图5 发电机层等电位接地网连接方案Figure 5 Connection scheme of equipotential grounding grid for generator layer

2.2 屏柜内二次等电位接地排的治理

拆除所有二次设备屏柜下截面积不符合规范的接地汇流排，用3×40mm2的紫铜排代替。每个盘柜配两个接地汇流排，一个用作盘柜内各设备的保护接地以及交流接地的接地母排，利用螺母直接与机柜进行连接。另一个用作二次设备等电位接地（信号地）接地母排。该接地母排利用SM-35型绝缘子与屏柜连接固定和绝缘。屏柜内各设备的接地端子根据需求，利用截面积为4mm2的多股铜绞线与相应的接地母排连接。

2.3 分布式二次等电位接地网的设计和连接

由于电站二次系统分布区域很广，需要安装等电位接地网的地方较多，在电站主地网范围内包括抽水蓄能水电站的地下主厂房、开关站、中控楼区域。各区域内安装等电位接地网的具体位置如下：

（1）地下厂房在发电机旁控制盘柜区域（中间层）、LCU5室、SFC室内。

（2）中控楼在通信设备室、继保室和中控室内。

（3）开关站在地面GIS室内。

拆除上述不符合规范的二次等电位接地网。利用3×40mm2的紫铜排在各区域内布置一个等电位接地网，该等电位接地网首末端相连，形成环形。利用SM-35型绝缘子对接地网进行支撑和固定，为防止铜条变形，保持外形美观，绝缘子安装距离为1m。为保证各铜条连接的电气可靠性，采用放热焊对铜条进行连接。

2.4 屏柜内等电位接地母排的连接

接地汇流排与二次等电位地网之间采用4根截面积为50mm2的铜绞线进行连接。在铜绞线两端安装SC50-8的铜鼻子，并利用螺母分别将铜绞线两端压接在汇流排与等电位地网上。

2.5 等电位接地网间的连接

等电位地网间的连接主要是指各区域的二次等电位网间的连接。具体是采用铜绞线将主厂房内发电机旁盘柜区域、LCU5室、SFC室以及中控楼内通信设备室、继保室、中控室的二次等电位网连接在一起。连接材料均采用截面积为120mm2的BVR铜绞线。各大区域之间的连接铜绞线，敷设于二次电缆沟或桥架内，利用Ω形专用夹对连接线进行固定。为保证连接的可靠性，铜绞线的连接与紫铜排一样采用放热焊。根据等电位接地网单点入地的要求，等电位的入地点只能存在唯一点。通过现场勘查，入地点宜选在中间层发电机控制盘柜下区域；因为该区域属于LPZ2区，无直击雷入地，而中控楼或开关站属于LPZ0区，有直击雷入地。为保证连接可靠，连接线必须用至少4根截面积为50mm2的铜缆构成共点接地。在开关站和中控楼不能再有二次地网入地点。

2.6 其他二次等电位地网需完善接地区域

其他二次等位地网需完善的包括营地信息机房、35kV变电站控制室、上库直流配电室等区域。以上区域地理位置不在电站主地网区域之内，其区域地网与电站主地网是完全不同的另一个地网，没有条件与电站主要二次设备实现单点接地。因此，在上述区域接地网采用3×40mm2紫铜排制作，接地点选用就近的地网接地甩头，利用4根截面积为50mm2的铜缆进行连接。

3 结论

等电位接地网对保障电力系统的安全可靠运行至关重要。目前关于二次设备等电位接地网的规程和标准很多，但大都在一些具体细节问题上，并没有做出明确、细致的阐述。这也往往导致施工人员在工作中存在理解差别，使得等电位接地网不规范，不能有效抑制电磁干扰。

抽水蓄能电站地域面积大，二次设备分布区域广，等电位接地网敷设比较混乱。本文通过对各个规范标准仔细研究和分析，采用大于100mm2的紫铜排优化了各个二次屏柜内的接地排，设计了各个区域的二次等电位接地网，规划了各区域的二次等电位接地网之间的连接。并通过现场勘查，提出了在抽水蓄能电站中间层发电机控制盘柜下区域将二次等电位接地网与主地网连接的方案，实现了一点接地的规范要求。该治理方案可避免电厂的二次系统在受到干扰时死机、误启动或损害，提高设备健康水平，保证电站的安全稳定运行。