水电厂电气二次系统接地整体整体解决方案

电气二次系统接地整体解决方案国电陕西水电开发有限公司

内容提要

一、涉及水电厂二次接地要求的标准规范二、水电厂二次系统普遍出现的接地问题三、水电厂二次系统接地分析四、二次接地整体整体解决方案国电陕西水电开发有限公司案例一：

江西某发电厂的开关站土壤电阻率较高，接地系统的接地电阻为0.69Ω，虽然电厂想尽办法增加30吨接地带来扩大接地网面积，但是始终收效甚微，只好长期带缺陷运行，该开关站最大短路电流为8000A。1984年7月31日，电厂110kV在倒闸运行操作中，I母线GW4-110刀闸B相头部段落，甩到II母线同相刀闸上，形成单相接地短路故障，短路电流6800A。地电位升为4692V，高压窜入电气、热工二次系统，引发全厂通电和机组过速的严重事故。事故直接损失达1300万元。国电陕西水电开发有限公司案例二：

湖北省某变电站地处高土壤电阻率地区，采用各种办法降低接地电阻，结果接地电阻仍高达1.5Ω。1986年4月25日，由于线路故障引入变电站，35kV设备多处放电、燃烧，并发展为相间短路，同时高压窜入用电系统、通讯系统及保护回路，造成失火及大量设备损坏，引起110kV、9.0kVA主变烧坏，事故损失达3000万元。国电陕西水电开发有限公司一、涉及水电厂二次接地要求的标准规范1、《防止电力生产的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）》《“国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）”继电保护专业重点实施要求》2、《水电厂计算机监控系统基本技术条件》（DL/T578-2008）《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2009）3、《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T14285-2006）《继电保护和安全自动装置通用技术条件》（DL/T478-2010）国电陕西水电开发有限公司一、涉及水电厂二次接地要求的标准规范

4、《电子信息系统机房设计规范》（GB/T50174-2008）《电子工程防静电设计规范》（GB/T50611-2010）

《电力光纤通信工程验收规范》（DL/T5344-2006）5、《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》（GB50171-2012）《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）《交流电气装置的接地设计规范》(GB50065-2011)国电陕西水电开发有限公司二、水电厂二次系统普遍出现的接地问题

依据上节提到的标准规范，在技术监督现场检查过程中，发现的水电厂二次系统接地出现的共性问题如下：1、关于是否建立二次系统的等电位接地网各电厂对标准要求的等电位接地理解不同，造成对二次系统建立等电位接地网有所争议。

二次系统建立等电位接地网有何必要性

等电位接地网怎么建立

根据功能不同的接地，哪些应该接入等电位，哪些又不该接入。国电陕西水电开发有限公司二、水电厂二次系统普遍出现的接地问题2、电缆屏蔽层是否接地，是一点接地还是两端接地在技术监督过程中，发现各电厂有的电缆屏蔽层未接地，有的一点接地，有的两端接地，有的部分电缆一点接地，部分电缆两端接地。电缆屏蔽层屏蔽是抗干扰的重要手段，屏蔽层该不该接地

哪些电缆屏蔽层应该一点接地

哪些电缆屏蔽层要求两端接地国电陕西水电开发有限公司二、水电厂二次系统普遍出现的接地问题3、保护地与工作地接地方式

水电厂二次系统主要的接地就是保护地和工作地在现场检查中，发现保护接地和工作接地比较混乱，有的共用接地铜排，并接入等电位接地网；有的保护接地和工作接地虽是分开，然工作地接地铜排未与柜体绝缘；有的工作地未接入等电位地网；有的保护地未接地。国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统接地分析接地（grounded）：电力系统和电气装置的中心点、电气设备的外露导电部分和装置经由导体与大地相连。接地网（groundinggrid）：有垂直和水平接地体组成的具有泄流和均压作用的网状接地装置。

水电厂二次系统的接地种类：

保护接地交流工作接地

保护性接地防雷接地功能性接地直流工作接地

防静电接地屏蔽接地

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析保护接地（protectiveground）：又称安全接地或机壳接地，正常运行时不应带电的金属部分，包括盘柜外壳、机箱外壳、电源地等。通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将设备外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。

见《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2009）第11.0.3条及《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》（GB50171-2012）第7条。国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析盘、柜门接地跨接线盘、柜门，特别是对于装有电器的可开启的门应采用截面不小于4mm2且端部接有终端附件的多股软铜导线与接地的金属构架可靠连接。装有电器的可开启的盘、柜门，若无软导线与盘、柜的框架连接接地，则当门上的电器绝缘损坏时，将使盘、柜门上带有危险的电位，危机运行任运的人身安全。现一般采用黄绿绝缘多股接地铜导线作为活动部位的接地线，保证设备运行安全。

见《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》（GB50171-2012）第7.0.5条国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析盘、柜门接地跨接线国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析防雷接地（lightningprotectiveground

）：防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。

二次系统防雷接地在可能遭受雷电侵入的部分设置防雷保护元件。防雷保护元件按三级防雷网络设置，最后一级应将浪涌过电压限制在设备能安全承受的范围内。

见《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2009）第11.0.4条国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析防静电接地（staticprotectiveground）：将带静电物体或有可能产生井底啊的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地。

静电危害：在气候干燥地区，极易产生静电，静电放电现象若不作一定的消除，会对电厂设备特别是计算机及通信机房会产生较大的伤害。对计算机系统造成的危害主要表现在以下现象：磁盘读写失败，通讯中断，打印机打印混乱，芯片被击穿，造成电路的潜在损伤会使其参数变化、品质劣化、寿命降低，使设备运行一段时间后，随温湿度、时间、电压的变化出现各种故障。静电放电还会形成频谱很宽的干扰电磁场，极大地影响设备工作的可靠性，同时还会引起周围设备产生瞬断、重启和误码等故障现象。

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析计算机及通信机房静电防护措施：（1）

电磁屏蔽

在计算机及通信机房空间设置金属屏蔽网或金属屏蔽室，屏蔽网间电气导通，可靠接地；机房内的金属门、窗、防静电地板等，应使用金属导线（最好是绝缘包裹的导线）与室内的汇流排作等电位连接。设备应远离外墙结构柱及屏蔽网等可能存在强电磁场干扰的地方。（2）接地

接地是消除静电最基础的一环，接地的好坏直接关系到静电消除的效果。在一般情况下静电接地可以和保护接地共用一个接地体，静电接地应尽可能避开和设备的信号接地共用一个接地体。因为静电接地泄放静电有时可产生较高脉冲，

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析对仪器产生干扰。静电接地应和防雷接地分开，因为防雷接地在泄放雷电流时，可产生较高反击电压，通过静电接地能将反击电压引入静电防护区造成安全事故或将仪器设备损坏。（3）保持机房内一定的湿度和洁净度

在相对湿度30%以下时，就极易产生静电现象，机房设备对环境湿度有严格的要求，一般不低于40%。机房设备一般都是高能耗设备，会产生大热量，会降低机房内湿度，此外在某些地方和季节，随季节气候的变化，一般机房湿度很难保证在40%以上，因此需要一定的手段保证机房的湿度在要求范围内。（见《水电厂计算机监控系统基本技术条件》（DL/T578-2008）第4.1.2条及《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）附录1）国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析电路板上的灰尘较大时，数据电路之间的绝缘强度就相应的下降，电路板的耐压强度就相应降低，因此保持机房一定的洁净度是必要的。含尘度要求请见《水电厂计算机监控系统基本技术条件》（DL/T578-2008）第4.1.3条及《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）第5.1.2条。

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析工作接地（workingground）：电气装置中，为运行需要所设的接地。通常分为交流工作接地和直流工作接地。交流工作接地：主要指中性点或中性线（N线）接地。

有交流电源输入的二次机柜应有工作接零。供电电缆中应含零线芯。零线芯不应与二次机柜的金属外壳线连接。

当为三相五线制交流电源向二次机柜供电时，供电电缆中应含零线芯（N）和保护接地线（PE）芯。二次机柜的接零与接地应独立，不允许混淆，接地指连至接地网，接零至接至交流电源的中性线，电源中心点仅在电源端与接地网一点连接。详见《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065-2011）第7条及第8条。国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析直流工作接地：为了提供一个电位参考点,以供设备正常工作.仪表电路一般工作电平低,信号幅度小,容易受到地电位差和外界磁场的干扰,因此需要一个良好的直流工作接地,以消除地电位差和磁场的影响。

直流工作接地分为逻辑地和模拟地。逻辑地和模拟地采用共地方式还是浮空方式，应按照设备的技术要求确定。

详见《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2009）第11.01.1条。

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析屏蔽接地：对产生磁场的设备外壳设屏蔽装置，并将屏蔽体接地，可以降低屏蔽体以外的电磁场强度，保护屏蔽接地体内的设备免受外界电磁场的干扰影响。为降低电场和磁场的干扰，二次控制系统中广泛使用屏蔽电缆。电缆屏蔽层要产生屏蔽作用，就必须接地。屏蔽电缆的屏蔽层如何接地一直是一个令人关注的问题，现在尚无统一规定，而是根据具体情况采用不同的实施方法。电缆屏蔽层接地有两种方式：一点接地或两端接地。众所周知，对于通过电容耦合的电场干扰，一点接地即可大大降低干扰电压，发挥屏蔽作用。对于通过感应耦合的磁场干扰，一点接地不能起到屏蔽作用，只有两端都接地，外部干扰电流产生的磁场才能在屏蔽层中感应产生一个与外部干扰国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析电流方向相反的电流，这个电流起到抵销降低干扰电流的作用，即屏蔽作用。可是两端接地时，如果两端地电位不一致（在地网流过暂态电流时），则将在屏蔽层中产生一个附加电流，这个电流将在屏蔽电缆中信号线产生干扰电压。正是由于两点接地的这种“有利”和“有弊”之间的矛盾，须根据具体情况来确定是否采用。对于通过高压开关场的二次回路，其电缆芯所在回路为多为强电回路，电缆多处于高压环境，高压开关场的电磁干扰很强烈，电缆屏蔽层必须采用两点接地以降低电磁干扰。接地点（特别是靠近高压设备的接地点）应离开大短路接地电流或雷电入地点适当距离，以尽量避免这些大接地电流在接地网中产生不均衡电压。如果通过高压开关场的是电平很国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析低的弱电系统，则接地方式需慎重考虑，这种情况最好采用抗干扰性能较强的传输回路，例如采用双绞线或光纤。

对电力载波保护高频同轴电缆来说，高频同轴电缆的屏蔽层同时也作为传输高频信号的回路，为了提高抗干扰性能，一般将屏蔽层两端接地。当系统接地故障地网中有电位差时，在屏蔽层中也将流过工频电流，这个电流可能使线路调谐器的变压器饱和而影响高频信号的传输，严重时可能使屏蔽层烧坏。如果为了提高屏蔽效果而必须将同轴电缆屏蔽层的两头都接地，为消除在接地故障过程中电流烧毁同轴电缆屏蔽层的可能性，则需紧靠高频同轴电缆敷设截面不小于100mm2两端接地的铜导线。

对传送音频信号应采用屏蔽双绞线，其屏蔽层应在两端接地。国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析对于信号电平较低的弱电回路，更需要用屏蔽电缆以降低高频电磁干扰，如回路较短宜采用一点接地，以降低外部电场的共模干扰，对弱电回路一般应采用双绞线以降低感应耦合的差模干扰，因为双绞线两线上感应的干扰电压接近相等，但应用回路中是互相抵销的。所以计算机监控系统中屏蔽电缆屏蔽层一般采用一点接地。屏蔽层的接地点一般在屏柜侧一端接地。电缆屏蔽层在现场及屏柜接于专用的接地铜排，在屏柜内的该铜排与信号接地铜排连接。此外，如果屏蔽层与带电回路不等电位，会在屏蔽层产生充电电流，因此需要建立工作地等电位接地网。

见《水电厂计算机监控系统基本技术条件》（DL/T578-2008）第4.3.11条及《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T14285-2006）第6.5.3.3条。国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析等电位接地网随着电力系统的迅速发展，电网间的联系越来越紧密，系统的短路容量也越来越大，短路时的接地电流最大可达几千安。即使将接地电阻控制在0.5Ω以下，在短路点仍然会产生上百伏的电压，而远离短路点的电压可以认为是零电位，这样从接地点到零电位之间的接地网上就会产生自高到低的不均匀电位。如果二次系统直接接入一次系统接地网，不仅会二次设备产生严重危害，而且对双端接地的控制电缆屏蔽层来说，在屏蔽层两端的电压差会产生不平衡电流，且该电流产生的磁场会在电缆芯线上产生一个交变的电压，严重时会影响二次设备的正常运行。敷设与一次系统紧密联系的二国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析次系统等电位接地网可以有效防止这种不平衡电压对二次设备的危害。二次系统等电位接地网可以有效降低厂站主接地网内的不平衡电压引起二次系统内，是避免二次设备造成伤害及防止对二次设备干扰的重要手段。

根据能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》、《“国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）”继电保护专业重点实施要求》、《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T14285-2006）、《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2009）都要求电厂二次系统建立等电位接地网。国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析关于保护地和工作地

对保护地来说，为保证人身和设备安全，必须将设备外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。

对工作地来说，为减缓电磁干扰的耦合，应在设置符合要求的等电位接地网。

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析关于保护地和工作地

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析关于保护地和工作地

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析关于保护地和工作地

国电陕西水电开发有限公司三、水电厂二次系统各部位接地分析关于保护地和工作地

国电陕西水电开发有限公司四、二次系统接地整体整体解决方案4.1、有交流电源输入的二次机柜应有工作接零。供电电缆中应含零线芯。零线芯不应与二次机柜的金属外壳线连接。

当为三相五线制交流电源向二次机柜供电时，供电电缆中应含零线芯（N）和保护接地线（PE）芯。接地线（PE）芯应与二次机柜的金属外壳相连接。接地线芯的材料和截面应符合现行标准《交流电气装置的接地设计规范》(GB50065-2011)规定4.2、二次机柜的保护地应设置截面不小于100mm2的接地铜排，并将通过截面积不小于4mm2的多股铜导线连接到上述铜排，该铜排应采用不小于50mm2的带绝缘铜导线或铜缆与主接地网可靠连接。4.3、二次机柜的工作地应设与机柜绝缘截面不小于100mm2的接地铜排，并将通过截面积不小于4mm2的多股铜导线连接到上述铜排，该铜排应采用不小于50mm2的带绝缘铜导线或铜缆与等电位地网可靠连接。国电陕西水电开发有限公司四、二次系统接地整体整体解决方案4.4、二次系统等电位接地网的敷设4.4.1、二次系统等电位接地网的敷设原则应在主控室、保护室、通信室、机旁二次盘柜、二次电缆沟道、开关站的接地端子箱等处使用截面不小于100mm2的裸铜排（缆）敷设与直接地网紧密连接的等电位接地网。室内等电位接地网与主接地网之间只能存在唯一的连接点，这样可以有效避免主接地网中的电位差引入到二次设备中，连接点位置宜选择在电缆竖井处。为保证连接可靠，连接线必须用至少4根以上、截面不小于50mm2的铜排（缆）构成共点接地。屏