一种变电站保护设备屏蔽小室接地方法

摘要

本发明涉及一种变电站保护设备屏蔽小室接地方法，所采用的方法是：首先分析保护小室接地的目的，明确了接地的目的后，比较不同的接地方式给减低电磁骚扰带来的影响，通过试验、调查和运行经验的积累确定合理的接地方式和实现手段。本发明具有较高的准确性，可为今后高电压等级变电站二次设备的保护小室接地的设计提供依据与借鉴。

说明书

技术领域

本发明属于高压输变电工程电磁兼容领域，具体地讲是一种变电站保护设备屏蔽小室接地方法。

背景技术

我国电力建设飞速发展，目前全国已形成500kV电压等级输电线路为主干骨架的电力网络，举世瞩目的三峡工程即以500kV电压等级为送出线路等级的输变电工程，三峡工程的投产运行极大的满足了我国经济社会可持续发展的用电需求。

输变电工程包括输电和变电两个部分，变电站即执行其中的变电任务。由于变电站带电一次高压设备多，密集程度大，随着电压等级的提高，电磁环境越复杂。500kV变电站电压等级高，其开关场地的电磁环境的复杂性、严酷性，使得人们对这些安装在现场的二次设备的安全性、工作可靠性等问题提出疑问。为了给现场运行的二次设备提供安全工作的电磁环境，采用屏蔽的保护小室作为抗干扰的措施来解决保护及下放技术的应用和强电磁环境的矛盾，是国内500kV变电站建设和运行现行的一种方式。

在地网之上的保护小室如何接地，是保护小室设计建设的重要问题之一。由于对保护小室的接地缺乏深入系统的研究，给降低电磁骚扰的设计带来了一定的困难，而不合理的接地方法会使保护小室失去应有的保护效果，给电力系统的安全稳定运行带来隐患。

发明内容

本发明从保护小室接地的目的出发，分析了不同接地方式的影响，根据试验和运行经验提供了一种安全可靠的变电站保护设备屏蔽小室接地方法，为今后高电压等级变电站二次设备的保护小室接地的设计提供依据与借鉴。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：首先分析保护小室接地的目的，明确了接地的目的后，比较不同的接地方式给减低电磁骚扰带来的影响，通过试验、调查和运行经验的积累确定合理的接地方式和实现手段。

其具体步骤是：

第一步骤：分析保护小室接地的目的；

第二步骤：分析不同接地方法对电磁骚扰的影响：

接地通常分为单点接地，多点接地和混合接地等种类；

单点接地：所有电路的地线接到公共地线的同一点，进一步可分为串联单点接地和并联单点接地；

多点接地：所有电路的地线接到公共地线的不同点，一般电路就近接地；

混合接地：在地线系统内使用电感、电容连接，利用电感、电容器件在不同频率下有不同的阻抗的特性，使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构；

第三步骤：确定保护小室接地方法：

保护小室接地的方式的确定主要应从减小电磁骚扰的角度出发。

通过变电站保护小室的设计和实际运行经验来看，本发明具有较高准确性和可靠性，为今后高电压等级变电站二次设备的保护小室接地的设计提供依据与借鉴。

附图说明

图1为本发明电缆接地方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明的详细步骤是：

第一步骤：分析保护小室接地的目的；

变电站内埋设有专门的接地网，并且接地网的设计应满足各种条件的要求：

a.较低的接地电阻；

b.限制跨步电压和接触电压；

c.降低高频和低频共模骚扰；

d.能够承受短路的大电流。

在地网之上的保护小室如何接地，是保护小室设计建设的重要问题之一。显然降低高频和低频共模骚扰是保护小室接地的目的，而共模骚扰的来源，一是雷击或短路故障造成的地电位升高，二是所连电缆传导过来的。

第二步骤：不同接地方法对电磁骚扰的影响

接地通常分为单点接地，多点接地和混合接地等种类。

单点接地：所有电路的地线接到公共地线的同一点，进一步可分为串联单点接地和并联单点接地。

多点接地：所有电路的地线接到公共地线的不同点，一般电路就近接地。

混合接地：在地线系统内使用电感、电容连接，利用电感、电容器件在不同频率下有不同的阻抗的特性，使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构。

1)单点接地

单点接地有两种形式，一种是串联单点接地，另一种是并联单点接地。串联单点接地中，许多电路之间有公共阻抗，因此相互之间由公共阻抗耦合产生的干扰十分严重。

这种接地方式虽然有很大的问题，却是实际中最常见的，因为它十分简单。解决这个问题的方法是并联单点接地。但是并联单点接地需要较多的导线，实践中可以采用串联、并联混合接地。

串联单点接地结构由于简单而受到设计人员的青睐，但它所带来的公共阻抗耦合干扰问题又经常让人头疼。并联单点接地结构能够彻底消除电路之间的影响，但是接地复杂，并且导线过长会引起接地阻抗较大。

一个折衷的方法：将电路按照特性分组，相互之间不易发生干扰的电路放在同一组，相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。

这个方法的关键：绝不要使功率相差很大的电路或电平相差很大的电路共用一段地线。

2)多点接地

为了减小地线电感，在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中，每个电路就近接到低阻抗的地线面上。电路的接地线要尽量短，以减小电感。在工作频率很高的系统中，通常接地线要控制在几毫米的范围内。

如前所述，多点接地时容易产生地环路问题。在低频的场合，通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时，只能通过减小地线阻抗(减小地环路)来解决。由于趋肤效应，电流仅在导体表面流动，因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻。

工作频率通常1MHz以下时，可以用单点接地；10MHz以上时，可以用多点接地，在1MHz和10MHz之间时，如果最长的接地线不超过波长的1/20，可以用单点接地，否则用多点接地。

3)混合接地

混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构；

第三步骤：确定保护小室接地方法

保护小室接地的方式的确定主要应从减小电磁骚扰的角度出发。

表1列出了操作空载母线所引起的骚扰计算结果，由表中数据可以看出，采取电缆外皮在控制室或保护小室输入端接地较好。

表1  操作(合)空母线时的骚扰电压(计算)

根据相关研究，并行接地导体应在小室入口外接地，而不引入小室内。而且如果安全规则许可，并行接地导体在CT、PT的接线盒接地，不在CT、PT二次侧接地，可以降低骚扰电压(图1)。

关于雷电造成的暂态地电位升的问题，根据计算结果，在保护小室附近的构件遭受30kA雷击时，保护小室内最大的电位差约为数百伏到1kV(低于1kV)。需要指出的是，30kA的雷击在统计中，属比较强的雷击现象，出现的概率较小，所以计算所考虑的属偏严的情况。在考虑到二次设备已有的抗扰度水平，这样的电位不足以引起设备工作的异常。

变电站保护小室内设备众多，工作频率不高，正常工作时频率为50HZz，采用多点接地和混合接地显然是不合理的，采用单点接地为宜。单点接地中以并联单点接地为优，但由于保护小室中各设备间存在一定的距离，如果全部采用并联单点接地，有些设备的地线会很长，应采用上文介绍的折衷的单点接地方式。

另外，通过对雷击变电站接地网的大量计算，获得以下主要结论：

第一，雷击变电站接地网将造成保护小室内产生不均匀分布的瞬态地电位升，它将通过保护小室内保护和控制等二次设备的接地系统对这些二次设备产生电磁干扰。

第二，保护小室内应该单独铺设接地网，该接地网与变电站接地网最好采用四角点连接方式进行连接，以确保雷击变电站接地网时保护小室内最大瞬态电位差最小。由于四角点连接方式实际施工时较难实现，单点连接与四角点连接相比，保护小室内最大瞬态电位差相差不是太大，根据实际运行经验，采用单点连接以可以满足需要。

第三，在保护小室接地网相同的连接方式下，铜制接地网比钢制接地网使保护小室内最大瞬态电位差要小，但是效果并不明显。减小保护小室接地网的网格尺寸比使用铜制接地网对于降低保护小室内最大瞬态电位差更加有效。

第四，避雷针位置距离保护小室越近，雷击避雷针时在保护小室内产生的最大瞬态电位差也越大。因此，避雷针的位置应该尽量远离保护小室。

根据以上研究和实际运行经验，对保护小室的接地应采用保护小室内装设接地铜排(最好形成闭合回路)，铜排与变电站主地网实行单点可靠连接。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。