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变电站内各类接地及其接地网

文档作者：卢建华曹效义菅晓清文档来源：内蒙古电力勘测设计院有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年07月18日
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变电站内各类接地及其接地网
卢建华 曹效义 菅晓清
(内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，呼和浩特010020)
技术与应用
摘要 就变电站内几类接地及其接地网的功能作用做了阐述，基于每种接地网的功用论述了
其相应的连接方法和敷设要求， 同时阐述了站内各种须接地设备应与哪层地网连接。列出几类接
地网之间的区别，指导设计及施工过程中不得混淆或互相替代。同时提出了变电站内继保室、开
关柜室、电缆沟内须敷设专用的、可见的专用保护接地网的新观点。
关键词：等电位接地网；保护接地网；抗干扰接地网；中性点接地
Earth and Earth．electrode Network in Substation
LuJianhua CaoXiaoyi JianXiaoqing
(Inner Mongolia Electric Power Survey and Design Institute，Hohhot 0 1 0020)
Abstract Earthing of the substation is presented，there is some kind of earth—electrode network．
the function of each earth．electrode network in the substation is expound in this paper．Method and
requirement about earthing is expound according it’S function．A new view is presented that the definite
purpose protective ground network is needed in th e substation．
Key words： equiptential ground；protective ground： anti—interference ground： earth neutral
1 变电站主接地网
变电站需敷设主接地网。《交流电气装置的接地
设计规范》GB／T 50065-2011中4．3．2条这样描述：
“发电厂和变电站接地网除应利用自然接地极外，
应敷设以水平接地极为主的人工接地网，⋯⋯ ”。本
文将这层接地网称作变电站“主接地网”。设计、施
工、验收各环节对变电站主接地网的认识是一致的，
没有任何异议。这里就不再详细论述， 因为后面谈
到的另两层网与该主接地网要有联系。这里点到为
止。
2 等电位接地网
变电站的电磁环境十分复杂，不可避免会对二
次系统产生电磁干扰。雷电进入一次设备及主接地
网，系统发生短路故障产生的短路冲击电流进入主
接地网，断路器、隔离开关操作时产生的电弧放电
以及一次设备正常工作时的工频电流和电压等等，
各种类型的干扰都会对二次系统正常工作带来隐
患。
通过对干扰途径的分析，可靠的接地是减少对
二次设备电磁干扰的有效措施。因此，在变电站内
敷设既独立又与一次系统紧密联系的二次系统接地
网(即等电位接地网)是十分必要的。
2．1 等电位接地网与主接地网的关系
等电位接地网既与主接地网相对独立，又密切
联系。等电位接地网需独立敷设且须与主接地网绝
缘敷设， 同时，保护室内的等电位接地网又仅在一
点与主接地网连接，二次电缆沟道内的等电位接地
网在保护室及开关场的就地端子箱处与主接地网连
接。若等电位接地网不与主接地网连接，等电位接
地网的接地电阻不能满足设计要求。
2．2 等电位接地网的构成及敷设方式
在继电保护室屏柜下的电缆层内，敷设100mm
的铜排，将该专用铜排首末端连接，按屏柜的布置
方向敷设成“目”字型结构，形成继电保护室内的
等电位接地网， 见图1。
当保护下放到配电室的开关柜内时，在开关柜
下的电缆隧道(或夹层)内，按开关柜的布置方向
敷设100mm 的铜排，形成开关柜室内的等电位接
地网，见图1。
沿二次电缆的沟道，且在沟道的上方敷设截面
2014年第12期qmlE~I127
技术与应用
不少于lOOmm 的裸铜排，构建室外的等电位接地
网， 见图1。
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继电保护室 二次设备屏体
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等电位接地体，铜排30×4∞
电缆沟 ●_—_ _
主接地网连接 ，I ／ I·
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- 4根以上5Om。
的铜排与保护室
35kv配电室 内主接地网连接
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35kv开关柜 、 、皇丝塑
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·I卜 就地保电护缆装隧置道 ／＼ _一l主变端予箱
图1 等电位接地网
完整意义上的等电位地网还须做向上、向下两
个连接(逻辑上可以这么理解)。
向下连接指：这层等电位接地网用4根以上、
截面不小于50mm 的铜排与变电站主接地网在电缆
竖井处连接。
向上连接指：在保护和控制屏柜底部、户外端
子箱底部、开关柜内二次保护室的底部应设有截面
不小于lOOmm 的接地铜排。接地铜排应用截面不
小于50ram 的铜缆与屏、柜、箱下沟道内的等电位
接地母线相连。
2．3 等电位接地网在变电站内的功能和作用
为了讲清楚这个问题，不妨按接在等电位网上
的电气量或设备分别阐述。
1)交流二次回路等电位接地
在变电站中，敷设了本文开头提到的“主接地
网”，但由于主接地网的接地体本身存在一定的电阻
128 I电||l技术2014~ 12
和电感，要做到完全等电位是不可能的。当大电流
接地系统发生单相或两相接地短路时，变电站的主
接地网中会流过很大的故障电流，此电流流过接地
体时会产生电压降，使得变电站内各点的地电位有
很大差别。同一回路连接到变电所的不同区域并且
有多点接地时，各接地点间地位差就会在连接的电
缆芯中产生电流。例如，在主变差动回路中，如果
各侧电流互感器二次回路中的中性点各自单独在端
子箱中接地，而各侧电流回路又在保护屏处有电气
连接，在有电位差时将在差动回路中流过电流，影
响差动保护动作的准确性。
在变电站中， 曾经在故障时测量到地电位差达
3万多伏的情况。这一电位差将形成很大的地网电
流，当这一电流通过电缆线或外皮时，可能会将其
烧断。
而等电位接地网将其各点可能产生的电位差降
到了最低，保证了接在其上的各二次回路对地绝缘
良好，确保在主接地网产生较大电位差时，不致损
坏二次回路绝缘，影响二次回路的正常运行。
因此，变电站内电压中性点N在继电保护室二
次屏内的等电位接地体上接地； 电流二次回路的中
性点N在就地端子箱内或继电保护室二次屏内等电
位接地体上接地。这样，不仅保证二次回路的绝缘
安全，而且也给全站的二次交流回路一个相同的工
作零电势点。 、
2)二次控制电缆的屏蔽层
二次控制回路的一个“顽症”是如何防止电磁
感应干扰。在工程中常用的措施是使用带电磁屏蔽
的控制电缆，干扰磁场会在屏蔽层上感应出涡流，
建立起反磁通与干扰磁场抵消，使芯线不受干扰。
但是在低频率干扰磁场的情况下，涡流产生反磁通
效应小，因而对外面干扰磁通场的抵御作用也小，
为增强对低频干扰磁场的屏蔽， 电缆的屏蔽层两端
或多点接地，使电缆的屏蔽层与接地网构成闭合回
路。干扰磁通在这一闭合回路中感应出的电流可产
生反向磁通，减弱干扰磁通对芯线的影响。减少屏
蔽层和地环路的阻抗，可增强屏蔽效果。
因此，在实际工程中，利用电缆的屏蔽作用减
缓电磁干扰，在控制室内电缆屏蔽层宜在保护柜上
接于柜内的等电位接地铜排，在户外开关场电缆屏
蔽层应在与高压设备有一定距离的端子箱内的等电
位接地铜排接地。
这里特别讲一下，从一次设备本体到间隔端予
箱的控制电缆的屏蔽层接地问题，依据上面的理论，
比较严密的做法是：在一次设备本体到间隔端子箱
这段距离间，随着控制电缆，再敷设一根截面不小
于100mm 的带绝缘的单芯铜电缆，这根单芯铜电
缆与电缆沟中的等电位铜排可靠连接。开到一次设
备本体的控制电缆的屏蔽层就接到单芯铜电缆上，
另一端电缆屏蔽层接到端子箱内的等电位铜排上。
显然在实际工程中，这么做有一定难度， 因为从间
隔端子箱到～次设备没有电缆沟，等电位接地体只
能选用带绝缘的铜缆，而开关场的一次设备众多，
需要消耗相当数量的铜电缆。笔者回访过的几个地
区的变电站并没有敷设从间隔端子箱到一次设备这
段距离的等电位铜缆。不敷设这部分铜缆，除了消
耗铜材太多外，还有一个理论依据， 即在《国家电
网公司十八项．电网重大反事故措施(修订版)》中
15．7-3．8条讲到“由开关场的变压器、断路器、隔离
刀闸和电流、电压互感器等设备至开关场就地端子
箱之间的二次电缆应经金属管从一次设备的接线盒
(箱)引至电缆沟，⋯⋯ ，上述二次电缆的屏蔽层
在就地端子箱处单端使用截面不小于4mm 多股铜
质软导线可靠连接至等电位接地网的铜排上，在一
次设备的接线盒(箱)处不接地。”目前来看，一次
设备端电缆屏蔽层接入等电位接地网实践起来还有
一定难度。
从以上可知，等电位接地网的很大一部分作用
是为了抗干扰而设置的，所以有些参考书上将改为
称作“抗干扰地网”。
3)屏柜内装置的逻辑接地
关于这一点，《火力发电厂、变电站二次接线设
计技术规程》DL／T 5136—20l2中有明确规定，其
中后面的条文解释16．2．3条：“当屏柜上多个装置组
成一个系统时，为避免各装置的逻辑接地点产生噪
声电位差，是整个系统无法工作，各装置的逻辑接
地点必须直接以接地线引至接地铜排，并与小箱壳
体绝缘。”当然，当装置的逻辑接地点浮空或者直接
与装置的小壳体连接时，其逻辑接地点即直接随屏
体接地并入保护接地网了。
2．4 等电位接地网在施工中的特殊要求
等电位接地体敷设时注意三点：一是在沟道、
夹层内铜排须绝缘敷设，即需要绝缘瓷瓶来固定接
地体。二是铜排须布置在电缆沟、电缆隧道、电缆
夹层(包括活动地板构成的夹层)的顶层， 以达到
良好的屏蔽效果。三是铜排连接时须搭接并焊接，
技术与应用
搭接截面不小于连接导体的最小截面；保证等电位
接地体在各种环境条件下，经过长时间的运行考验
(腐蚀和机械损伤等)，仍能可靠连接。
等电位接地体绝缘敷设的原因，在阐述完等电
位地网的功能和作用后也容易理解。如果等电位接
地体不绝缘的话，易造成多点接地，等电位接地体
里会有电流流过，或者窜入干扰信号，失去其作用。
3 保护接地及其接地网
同样也引用《交流电气装置的接地设计规范》
GB／T 50065-2011中2．0-3条的描述：“为电气安全，
将系统、装置或设备的一点或多点接地。”由于电气
装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，
在绝缘损坏的情况下有可能带电，保护接地网是为
防止其危及人身和设备的安全而设置的。
上一节论述的“等电位接地网”是针对二次设
备安全运行而设的(抵御干扰)；本节论述的“保护
接地网”主要是针对变电站内工作人员的人身安全
而设的(也有保护设备免受过电压损害的作用)。
3．1 保护接地网与主接地网的关系
严格的说，“保护接地网”就是主接地网的一部
分，将“主接地网”按其功能做拓扑变换后，形成
一个竖直的“丫”字形的导电体，“丫”的下端插在
大地里，上端的分支就是延伸到各个可能带电的金
属设备旁边的“保护接地网”。由于笔者在工作当中
发现：许多施工单位和业主总是将其与“等电位接
地网”混为一谈，或者将他们合二为一。本文为了
清晰的区分二者，这里仍采用“保护接地”这一概
念。同时考虑到，一些电力专业书中使用“保护接
地”一词，为了读者参阅方便，保留“保护接地”
一词。
还需注意一点，根据笔者经验，和许多施工技
术人员及设计同仁们交流接地问题时，称这种接地
为“保护接地”时，往往引起很多误解，总要和变
电站的继电保护混淆，应当注意二者的区别。
3．2 保护接地网的构成及敷设方式
依据设计经验及现场调查情况，笔者认为在继
电保护室、开关柜室、电缆沟内须敷设专用的、可
见的保护接地线。敷设方法如下：
在继电保护室屏柜下的电缆层内，敷设扁钢(根
据具体变电站，做短路计算后确定所需截面)，按每
排屏柜的布置方向敷设成“一”字型结构，扁钢直
接焊接在经过的每个电缆支架上或屏体基础的钢支
2014~I 12 9~lltllt I 129
技术与应用
架上，并且扁钢两端可靠连接在继电保护室内沿墙
敷设的主地网接地体。形成继电保护室内的保护接
地网。
同理，在开关柜下的电缆隧道(或夹层)内，
按每排开关柜的布置方向敷设足够截面的扁钢，扁
钢直接焊接在经过的每个电缆支架上，并且扁钢两
端可靠连接在开关柜室内沿墙敷设的主地网接地
体。形成开关柜室内的保护接地网。
沿二次电缆(或隧道)沟道敷设截面满足该站
要求的扁钢，扁钢直接焊接在经过的每个电缆支架
上，并且每隔一段距离扁钢与主接地网连接一次，
构建电缆沟的保护接地网。
这些用作保护接地的扁钢在所有方便接地的地
方都与主接地网连接，作者认为上述三处的保护接
地网不应相互连接，这样可以防止户外一次回路接
地时，高电压被“保护接地体”直接引回继电保护
室，使工作人员有触电的危险。
在保护控制屏柜底部、户外端子箱底部、开关
柜底部应设有足够截面的接地铜排(作者认为也可
以采用采用扁钢)。接地铜排(扁钢)应用足够的截
面铜排(扁钢)与屏柜下沟道内的保护接地母线相
连。
保护接地体敷设时不需要绝缘，直接焊接在固
定接地体。接地体也不必一定敷在缆沟顶层，不过
敷在顶层可以缩短保护接地支线的长度。
3．3 保护接地网在变电站内的功能和作用
保护接地网的功能很容易理解，就是为了防止
变电站内工作人员触电。因此， 以下电气装置和设
施的金属部分，应接到保护接地网：
1)保护控制柜、开关柜的金属框架及外壳
2)铠装控制电缆的铠装层
3)电缆桥架、穿电缆的钢管。
4)其他装置的外导电部分。
3．4 敷设专用保护接地网的必要性
在《交流电气装置的接地设计规范》(GB／T
50065-2011)中4．3．7条规定：“发电厂和变电站电
气装置中，下列部位应采用专门敷设的接地导体
(线)接地：1发电机机座或外壳， 出线柜、中性
点柜的金属底座和外壳，封闭母线的外壳。”其中只
提出了对出线柜敷设专门接地线，并没有对保护室
屏体、电缆沟内支架、及端子箱的接地提出单独敷
设接地线的要求。如果这些设备不敷专用接地线，
那么只能利用和屏柜、电缆支架紧靠的土建预埋件、
130 9~tlllt 2014~ 12期
基础钢构件来实现保护接地，但是就目前设计情况
来看，没有对这些预埋件、基础钢构件提出满足接
地的要求， 比如导电截面、它们相互问连接的可靠
性以及和主接地网连接等。将负责人身安全的保护
接地网建立在并没有严格电气连接要求的土建预埋
件和土建钢构件上是不能令人满意和放心的。
因此在继电保护室、开关柜室、电缆沟内敷设
专用的、可见的保护接地线是必要的。
4 等电位接地网与保护接地网
4．1 等电位接地网与保护接地网对比
通过与施工单位的交流和对变电站现场的了
解，主要的争论时这两层网的功用及如何敷设这两
层网络。这里将其主要特点对比一下，见表l。
表1 等电位接地网与保护接地网的对比
＼ 接地网
项目＼ ＼ 等电位接地网 保护接地网
＼
保障二次设备安
功能和作用 全运行 保护人身安全
抗干扰
接地体材质 铜 钢、铜
敷设方式 绝缘敷设 不绝缘敷设
与主接地网的
一
点连接 多点连接(属于主接地
连接方式 网的一部分)
接地网形式 各区域等 电位 网 户内、户外的安全地网
连成整体 分开
二次电流、电压中 屏柜外壳的导电部分
性点 电缆的铠装层、电缆保
与其连接的金 电缆屏蔽层 护管
属部分 电子装置的逻辑 电缆桥架、支架
接地点(与小箱壳体 电子装置的逻辑接地
绝缘时) 点(与小箱壳体连接或浮
空)
4．2 等电位接地和保护接地在屏、柜、箱内的体现
由以上论述可知，变电站内的屏、柜、箱都会
牵涉到这两类接地，因此，在屏、柜、箱的底部应
该设两段接地铜排，其中一段用作等电位接地，须
用绝缘子固定。另一段用作保护接地，直接和屏、
柜、箱框架固定。只要在技术协议的要求中明确提
出， 目前厂家都能提供满足接地要求的屏柜。
另外，很多端子箱内保护的接地设备不多，也
可以不设专用保护接地铜排。在箱体上设专用的接
地螺栓也可以。
现场施工遇到的另一个小问题是，屏内保护接
地母排是铜质，而屏下沟内的保护接地极是钢质，
如何连接。目前，较好的办法是在屏内铜排一侧连
接时采用铜铝过渡线夹。
4．3 等电位接地和保护接地在电缆沟内的体现
这两层接地网的接地体都要沿电缆沟敷设的部
分，直接用图来描述比较清晰，见图2。
图2 电缆沟内接地体
4,4 变电站内接地现状
经笔者走访各盟市历年建设的变电站，实际存
在以下几种不合适的接地方式：
1)“等电位接地网”与“保护接地网”没有分
开，合二为一。
2)电缆沟内没有敷设等电位接地铜排。
3)利用土建埋件、支架代替保护接地母线。(只
要在施工中能够保证这些金属件是贯通并可靠连接
的就可以，本文的观点是设专门的保护接地体。)
5 变电站其他类型接地
5．1 交流电源的中性点接地
为了给二次装置屏内的打印机、照明灯、转换
器等装置供电，以前的工程中会将站用电的单相交
流电源引到屏内。交流电源的中性线N绝对不能接
在屏内的接地母排上。需要将N用专用的电缆芯引
技术与应·用
回到站用电中性点在接地。当然如果引到屏上的是
三相五线制的交流电源时，专用的保护接地线(PE
线)需要接着屏内的保护接地母线上，中性点N仍
须引回站用电中性点。
目前，新建的很多变电站都采用综自后台统一
打印，且照明不依赖屏内的光源，于是取消了引到
屏顶的交流小母线，这时，交流电源的中性点在屏
内错误接地的问题不会存在。
5．2 电子装置的逻辑接地
电子装置还存在“逻辑接地”，也称“信号接地”。
逻辑(信号)接地就是逻辑信号系统的公共端接地
地网，使其成为稳定的参考零电位。
逻辑接地根据其系统的接线方式相应的接在
“保护接地铜排上”或“等电位接地铜排上”。
5．3 计算机系统的接地
不宜设独立的计算机接地系统，而应利用电力
保护接地网，与电力保护接地网一点接地。
6 结论
接地，事关人身安全和设备运行安全。虽然设
计、施工、运行都清楚其重要性，相关接地的规程
和验收文件都提对接地提出了要求，但是对于施工
来说还不足够的详细具体，再加上各种接地的概念
繁多，易混淆。本文将其梳理一遍，对设计、施工
有所裨益。
参考文献
[1】GB／T 14285-2006，继电保护和安全自动装置技术
规程【S】．
[2】 张智刚，李明节，陈国平，等．国家电网公司继电保
护培训教材[M]．北京：中国电力出版社，2009．
【3] 国家电网公司办公厅．关于印发国家电网公司十八
项电网重大反事故措施(修订版)[z】．北京，2012．
作者简介
卢建华(1976．)，男(汉族)， 内蒙古乌兰察布市卓资县人，本科
工程师，主要从事电气设计工作。
2014~ 12 电||l藏，Ic I131

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