余 睿,權(quán) 強,鄭智勇,高海歐
(1.福建仙游抽水蓄能有限公司,福建省仙游縣 351267;2.陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能有限公司,陜西省鎮(zhèn)安縣 711500;3.長沙科智防雷工程有限公司,湖南省長沙市 410005)
當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生相對地短路故障或遭遇雷擊時,大電流會在地網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生電壓差,該電壓差將會使二次設(shè)備發(fā)生反擊,導(dǎo)致絕緣短路擊穿或者使電纜屏蔽層電流過大,燒毀電纜;另外二次設(shè)備所處的高電場、強磁場環(huán)境,也會產(chǎn)生電磁干擾,有可能造成二次設(shè)備的誤啟動甚至死機[1]。通過對二次設(shè)備進行接地與屏蔽,優(yōu)化二次系統(tǒng)等電位網(wǎng)的連接與敷設(shè),對削弱電磁干擾、提高二次設(shè)備運行的穩(wěn)定運行具有重要意義[2]。與常規(guī)水電站相比,抽水蓄能電站在水工建筑、機電設(shè)備以及自動控制和繼電保護方面有自己的特點;其等電位接地網(wǎng)分布很廣,主要由地下廠房、副廠房、地下GIS室、地面GIS室、地面出線場、中控樓等區(qū)域構(gòu)成。正確布設(shè)抽水蓄能電站的二次設(shè)備等電位接地網(wǎng),能有效阻止主接地網(wǎng)的不平衡電壓引入到二次系統(tǒng)中,避免二次設(shè)備損壞及誤動的情況發(fā)生,降低對二次設(shè)備的干擾,并能為二次設(shè)備信號提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。
仙游抽水蓄能電站總裝機容量1200MW,位于福建省電網(wǎng)負(fù)荷中心和電源中心,電站二次設(shè)備區(qū)域比較松散,分布范圍很廣。在電站主接地網(wǎng)范圍內(nèi)的二次設(shè)備包括:主廠房發(fā)電機層控制盤柜、副廠房LCU5室、SFC室、中控樓繼保室、中控室、中控樓通信設(shè)備室、開關(guān)站GIS室。其他在主地網(wǎng)范圍外的二次設(shè)備還包括:35kV變電站控制室、上庫直流配電室、辦公樓信息機房等。仙游電站自投產(chǎn)以來未發(fā)生因等電位地網(wǎng)問題導(dǎo)致的設(shè)備故障,但等電位接地網(wǎng)存在以下問題:
(1)部分屏柜內(nèi)接地銅排不滿足規(guī)程要求。圖1為仙游電站一塊通信屏,該屏柜下部接地匯流排截面積為90mm2。不滿足“靜態(tài)保護和控制裝置的屏柜下部應(yīng)設(shè)有截面不小于100mm2的接地銅排”[3]的規(guī)范要求。
(2)等電位接地網(wǎng)的專用銅排截面積不滿足規(guī)程要求。圖2為仙游電站發(fā)電機層等電位接地網(wǎng),該等電位接地網(wǎng)的專用銅排截面積為90mm2。不滿足“在主控室、保護室柜屏下層的電纜室(或電纜溝道)內(nèi),按柜屏布置的方向敷設(shè) 100mm2的專用銅排(纜),將該專用銅排(纜)首末端連接,形成保護室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)”[4-5]的規(guī)范要求。
(3)二次等電位接地網(wǎng)銅排之間的連接采用螺母壓接。仙游抽水蓄能電站電纜層等電位接地網(wǎng)主干接地排與分支接地排的連接如圖3所示,螺母壓接方式存在電氣連接不可靠的風(fēng)險。不滿足“鋼質(zhì)接地裝置應(yīng)采用焊接連接;銅質(zhì)接地裝置應(yīng)采用焊接或熔接,鋼質(zhì)和銅質(zhì)接地裝置之間連接應(yīng)采用熔接方法連接,連接部位應(yīng)作防腐處理”[6]的規(guī)范要求。
圖1 通信屏柜等電位接地排Figure 1 Equipotential connection of communication cabinet
圖2 發(fā)電機層等電位接地排Figure 2 Equipotential connection of generator layer
圖3 等電位接地網(wǎng)銅排連接Figure 3 Equipotential connection copper bar
(4)等電位地網(wǎng)與主地網(wǎng)多點連接。典型控制屏柜接地如圖4所示,屏柜內(nèi)的等電位接地網(wǎng)與屏柜連在一起,而屏柜固定裝在基礎(chǔ)槽鋼上,基礎(chǔ)槽鋼與主地網(wǎng)相連;各個機組屏柜內(nèi)的等電位接地網(wǎng)均與主地網(wǎng)連接,故等電位接地網(wǎng)與主地網(wǎng)之間形成了多點接地,不滿足一點接地的規(guī)程要求。并列布置的屏柜柜體間接地銅排應(yīng)直接連通;當(dāng)屏柜上布置有多個子系統(tǒng)插件時,各插件的信號接地點均應(yīng)與插件箱的箱體絕緣,并分別引接至屏柜內(nèi)專用的接地銅排母線[7-8]。主廠房1~4號發(fā)電機旁控制盤柜、LCU5室、SFC室、中控樓繼保室、中控室、中控樓通信設(shè)備室、開關(guān)站GIS室二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)分別單獨與電站主地網(wǎng)連接,二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)存在多個入地點;多點接地造成不同入地點之間形成對地環(huán)流,對地環(huán)流對周邊二次設(shè)備和二次電纜造成新的電磁干擾。
圖4 典型控制屏柜接地示意Figure 4 Grounding schema of control cabinet
二次設(shè)備的接地分為安全保護接地、交流接地、信號接地三種。安全保護接地是指對設(shè)備的外殼接地,既可防止漏電造成人員觸電的危險,又可屏蔽外界對設(shè)備的干擾;交流接地是指交流電源中性點的接地系統(tǒng);信號接地是將邏輯信號系統(tǒng)的公共端接到地網(wǎng),使其成為穩(wěn)定的參考零電位。由于信號地(邏輯地)是所有邏輯電路的公用基準(zhǔn)點,對接地電阻要求最高(一般應(yīng)不大于1Ω),而微機中使用的各種TTL門電路的邏輯“1”和“0”電平的電位差僅2V多,如果處理不當(dāng),在信號地線上形成噪聲電壓,造成微機不能正確工作,甚至燒毀元件,因此信號接地是各種接地中最為重要的一種。交流接地和安全接地可共用一個接地網(wǎng),而信號接地宜采用并聯(lián)一點接地方式。屏柜內(nèi)的信號地(又稱二次設(shè)備的工作地)需接在與柜體絕緣的接地銅排母線,再結(jié)合規(guī)程DL/T 5065—2009《水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》,確定仙游抽水蓄能電站發(fā)電機層的等電位接地網(wǎng)連接方案如圖5所示。其他區(qū)域的等電位接地網(wǎng)與此類似。但等電位接地網(wǎng)只保留一個入地點。
圖5 發(fā)電機層等電位接地網(wǎng)連接方案Figure 5 Connection scheme of equipotential grounding grid for generator layer
拆除所有二次設(shè)備屏柜下截面積不符合規(guī)范的接地匯流排,用3×40mm2的紫銅排代替。每個盤柜配兩個接地匯流排,一個用作盤柜內(nèi)各設(shè)備的保護接地以及交流接地的接地母排,利用螺母直接與機柜進行連接。另一個用作二次設(shè)備等電位接地(信號地)接地母排。該接地母排利用SM-35型絕緣子與屏柜連接固定和絕緣。屏柜內(nèi)各設(shè)備的接地端子根據(jù)需求,利用截面積為4mm2的多股銅絞線與相應(yīng)的接地母排連接。
由于電站二次系統(tǒng)分布區(qū)域很廣,需要安裝等電位接地網(wǎng)的地方較多,在電站主地網(wǎng)范圍內(nèi)包括抽水蓄能水電站的地下主廠房、開關(guān)站、中控樓區(qū)域。各區(qū)域內(nèi)安裝等電位接地網(wǎng)的具體位置如下:
(1)地下廠房在發(fā)電機旁控制盤柜區(qū)域(中間層)、LCU5室、SFC室內(nèi)。
(2)中控樓在通信設(shè)備室、繼保室和中控室內(nèi)。
(3)開關(guān)站在地面GIS室內(nèi)。
拆除上述不符合規(guī)范的二次等電位接地網(wǎng)。利用3×40mm2的紫銅排在各區(qū)域內(nèi)布置一個等電位接地網(wǎng),該等電位接地網(wǎng)首末端相連,形成環(huán)形。利用SM-35型絕緣子對接地網(wǎng)進行支撐和固定,為防止銅條變形,保持外形美觀,絕緣子安裝距離為1m。為保證各銅條連接的電氣可靠性,采用放熱焊對銅條進行連接。
接地匯流排與二次等電位地網(wǎng)之間采用4根截面積為50mm2的銅絞線進行連接。在銅絞線兩端安裝SC50-8的銅鼻子,并利用螺母分別將銅絞線兩端壓接在匯流排與等電位地網(wǎng)上。
等電位地網(wǎng)間的連接主要是指各區(qū)域的二次等電位網(wǎng)間的連接。具體是采用銅絞線將主廠房內(nèi)發(fā)電機旁盤柜區(qū)域、LCU5室、SFC室以及中控樓內(nèi)通信設(shè)備室、繼保室、中控室的二次等電位網(wǎng)連接在一起。連接材料均采用截面積為120mm2的BVR銅絞線。各大區(qū)域之間的連接銅絞線,敷設(shè)于二次電纜溝或橋架內(nèi),利用Ω形專用夾對連接線進行固定。為保證連接的可靠性,銅絞線的連接與紫銅排一樣采用放熱焊。根據(jù)等電位接地網(wǎng)單點入地的要求,等電位的入地點只能存在唯一點。通過現(xiàn)場勘查,入地點宜選在中間層發(fā)電機控制盤柜下區(qū)域;因為該區(qū)域?qū)儆贚PZ2區(qū),無直擊雷入地,而中控樓或開關(guān)站屬于LPZ0區(qū),有直擊雷入地。為保證連接可靠,連接線必須用至少4根截面積為50mm2的銅纜構(gòu)成共點接地。在開關(guān)站和中控樓不能再有二次地網(wǎng)入地點。
其他二次等位地網(wǎng)需完善的包括營地信息機房、35kV變電站控制室、上庫直流配電室等區(qū)域。以上區(qū)域地理位置不在電站主地網(wǎng)區(qū)域之內(nèi),其區(qū)域地網(wǎng)與電站主地網(wǎng)是完全不同的另一個地網(wǎng),沒有條件與電站主要二次設(shè)備實現(xiàn)單點接地。因此,在上述區(qū)域接地網(wǎng)采用3×40mm2紫銅排制作,接地點選用就近的地網(wǎng)接地甩頭,利用4根截面積為50mm2的銅纜進行連接。
等電位接地網(wǎng)對保障電力系統(tǒng)的安全可靠運行至關(guān)重要。目前關(guān)于二次設(shè)備等電位接地網(wǎng)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)很多,但大都在一些具體細節(jié)問題上,并沒有做出明確、細致的闡述。這也往往導(dǎo)致施工人員在工作中存在理解差別,使得等電位接地網(wǎng)不規(guī)范,不能有效抑制電磁干擾。
抽水蓄能電站地域面積大,二次設(shè)備分布區(qū)域廣,等電位接地網(wǎng)敷設(shè)比較混亂。本文通過對各個規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)仔細研究和分析,采用大于100mm2的紫銅排優(yōu)化了各個二次屏柜內(nèi)的接地排,設(shè)計了各個區(qū)域的二次等電位接地網(wǎng),規(guī)劃了各區(qū)域的二次等電位接地網(wǎng)之間的連接。并通過現(xiàn)場勘查,提出了在抽水蓄能電站中間層發(fā)電機控制盤柜下區(qū)域?qū)⒍蔚入娢唤拥鼐W(wǎng)與主地網(wǎng)連接的方案,實現(xiàn)了一點接地的規(guī)范要求。該治理方案可避免電廠的二次系統(tǒng)在受到干擾時死機、誤啟動或損害,提高設(shè)備健康水平,保證電站的安全穩(wěn)定運行。