周谦
（云南欣博工程咨询有限公司，云南 昆明 650000）
变电站运行环境中，由于大型感性负荷操作、大故障电流等情况会产生各种电磁干扰，并以各种耦合方式，对站内二次系统产生相应的暂态干扰。这种干扰，尤其会对站内二次设备间经长电缆传输的低幅值电信号造成畸变。严重时，可能会使二次设备产生误动或拒动，极端情况时甚至会损坏设备，这将导致站内二次系统停止工作，进而造成巨大的经济损失。
随着现代技术的发展，变电站的二次设备中也更多地采用由固体电路、电子及微电子元件组成的新型电路，但新型电路的抗干扰能力比电磁式设备的抗干扰能力减弱，对暂态干扰具有更明显的敏感性和脆弱性，因此暂态电压的干扰问题就显得更为突出。与此同时，一次系统设备的高电压、大容量，也会对作用于二次系统的电磁干扰进行加强。
目前，为降低变电站内电磁干扰对二次设备的影响，通常采用在站内设置等电位接地网的方法，也就是设置常说的静态接地网，将保护装置的二次回路进行等电位连接接地。本文以现行规程规范及南方电网公司相关反措要求为依据，对变电站内静态接地网的作用及设置进行归纳分析，并结合工程实际，对静态接地网的设置进行分析及建议。
将二次系统的干扰电压限制到二次设备可承受的耐压水平范围内，就能进一步提高变电站运行的安全和可靠性。同时结合屏蔽技术，采用合适的静态接地网设置方式，就能解决站内大部分干扰产生的问题。静态接地网以功能和对应作用划分，大致可归纳为三类，见表1。
表1 静态接地网划分表
其中，电子装置的逻辑接地和计算机系统接地均在二次装置的内部完成。抗干扰接地实现的重要途径之一，就是将控制电缆的金属屏蔽层进行双端接地。
在交流电磁场中的控制电缆，可看作单一的RL 串联电路（图1）。这时，外部的电磁场会以电缆中心形成对其包围的干扰磁通，这部分磁通会在控制电缆屏蔽层产生感应电势（Es）及感应电流（Is），此关系公式为：
图1 站内无静态接地网的等效电路图
由公式（1）可知，感应电势（Es）大小，分别与与感应电流（Is）及作用于屏蔽层的电阻（Rs）及感抗（XL）的压降有关。
对于公式（1）中的电抗部分：可理解为感应电流（Is）作用于感抗（XL）形成的压降。这部分压降，根据公式XL=2πfL 可知，频率（f）越高，感抗（XL）越大，对应的压降就越大，所以在高频时的电抗特性，能够抵消外部干扰的影响。当屏蔽层双端同时接地，且接地于同一静态接地网中时，此部分所产生的电流可近似于0，因此金属屏蔽层能抑制外部交流电磁场对控制电缆缆芯的高频干扰。
对于公式（1）中的电阻部分：可理解为感应电流（Is）作用于电阻（Rs）形成的压降。这部分压降，会在以下两方面产生作用：其一，可将由外部交流电磁场形成的感应电流经屏蔽层流通，进一步减小干扰电流对流经控制电缆缆芯的影响；
其二，当站内发接地故障时，可将流经控制电缆的部分故障电在屏蔽层流过，从而使控制电缆缆芯进一步减少短路影响。
根据清华大学研究结论[1]，在控制电缆屏蔽层采用双端接地的前提下，即便站内发生最严酷的接地故障时，控制电缆屏蔽层内的电位差仍小于主接地网电位升高的40%。因此可将全站二次系统的绝缘耐受电压由2 kV 提高到2 kV/（40%）=5 kV，进而全站接地电阻允许值可按公式R允≤5000/IG对入地电流进行计算。
为避免故障电流较大，烧毁屏蔽层，则需设置静态接地网，并将屏蔽层双端接地与静态接地网可靠连接（图2）。根据公式R=ρ（L/S）可知，电阻率（ρ）相同情况下，电阻值（R）与长度（L）为正比，与截面积（S）为反比。静态接地网截面积最小为100 mm2，控制电缆金属屏蔽层最薄处不小于0.05 mm，在同一长度下，静态接地网的电阻（RJ）远远小于控缆金属屏蔽层的电阻（Rs）。因此当发生故障时，故障电流主要从静态接地网中流过，流过控制电缆屏蔽层的电流较小。因此静态接地网的设置，进一步消除了控制电缆烧毁的危险，确保了二次系统的安全。
图2 站内有静态接地网的等效电路图
综上所述，在变电站内进行电子装置的逻辑接地、计算机系统接地，并将控制电缆采用屏蔽层双端接地并设置静态接地网后，可最大限度减少站内电磁干扰对二次系统的影响。同时，设置静态接地网后，可将全站二次系统的绝缘耐受电压提高到5 kV，进一步确保了二次系统的安全。
变电站内的静态接地网根据设置地点的不同，大致可分为户内静态接地网与户外静态接地网，其设置方式、作用分别如下。
户内静态接地网：其主要目的是为了让主控室内的各保护装置形成等电位连接。在主控室内保护屏下方的电缆通道中，沿屏位方向，采用截面不小于100 mm2的铜排（或铜缆），首末端连接形成“目”字型结构的等电位接地网。各保护屏内的保护装置，采用截面不小于4 mm2的多股铜线与屏内接地铜排可靠连接；
保护屏内接地专用铜排，采用截面不小于100 mm2铜排，首尾可靠连接形成环网后，再以截面不小于50 mm2的铜缆与室内静态接地网一点可靠连接。就此完成户内静态接地网的设置，可实现主控室内各保护屏的一点接地，使各保护屏间均形成等电位面，从而可避免由于参考地电位的不同而引起电位差，而导致保护装置误动。
户外静态接地网：其主要目的是为了让户外各控制电缆回路形成等电位连接。在户外控制电缆沟内，沿二次电缆沟方向敷设一根截面不小于100 mm2的铜排（或铜缆），形成户外等电位接地网。由一次设备引出的控制电缆在接入户外端子箱内的端子排时，将控制电缆屏蔽层用截面不小于4 mm2的多股铜线与端子箱内接地铜排可靠连接；
箱内接地专用铜排（截面不小于100 mm2铜排），以截面不小于50 mm2的铜缆与户外静态接地网可靠连接。就此完成控制电缆的屏蔽层在户内、户外双端接地与同一等电位点。需要注意的是户外静态接地网不可首尾相连，避免当一次设备发生故障或其他干扰入侵时，在户外静态接地网中形成环流。
户内、户外静态接地网的连接：其主要目的是为了确保户内、户外静态接地网形成等电位连接的效果。在每条电缆沟的户外与户内交界处，用截面积不小于100 mm2的铜缆与户外静态接地网可靠连接。
户内静态接地网与主接地网的连接：其主要目的是为了巩固接入静态接地网中的各保护设备间的等电位连接。采用4 根截面不小于50 mm2的铜排（缆），与主接地网在外部电缆沟或竖井的入口处一点连接。需要注意的是，当主控室存在多个外部电缆入口时，各二次电缆沟道内敷设的接地铜排要汇集到主控室内静态接地网与主接地网处，一点接地。户内静态接地网与主接地网只能存在唯一连接点。
户外静态接地网与主接地网的连接：其主要目的是为了巩固接入静态接地网中的各保护设备间的等电位连接。在户外静态接地网末梢处（电缆沟远端），用截面积不小于100 mm2的铜缆分别与主接地网可靠连接。需要注意的是，户外静态接地网与主接地网的连接点，要与大电流（主变、PT、避雷器、避雷针等）设备的接地点的距离，沿主接地网中水平接地体的地中部分长度大于15 m。
综上所述，全站静态接各部分的连接建议按下述原则进行：户内静态网与主接地网在电缆沟的户外与户内交界处，与主接地网一点连接；
户内、户外静态网在户外与户内交界处可靠连接。户外静态网在电缆沟末梢与主接地网多点连接。保护装置内的专用接地铜排首尾连接后，与静态接地网一点连接；
控制电缆屏蔽层与静态接地网双端可靠连接。
在实际工程中，对于新建站变电站的设计，已要求按终期规模同步建成户内、户外静态接地网。而对于二期变电站的设计，则需将站内静态接地网的现状情况了解、分析后，再结合实际开展本期工程的相关设计。下面以某110 kV 变电站二期工程为例，对其静态接地网的设计进行分析。
该110 kV 变电站前期仅在主控室内设置有静态接地网，户外场地未设置静态接地网。在进行该变电站二期工程设计时，建设单位的运行部门建议，在本期工程户外场地的新增电缆沟中设置静态接地网，让本期新增保护装置实现“一点接地”。综前章节所述，依据规范及反措相关内容，结合工程实际分析得出下列结论：
该工程本期新增的户外静态接地网，确可以实现本期新增保护装置“一点接地”的要求。根据公式（1）可知，在新增静态接地网区域的控制电缆屏蔽层中，其感应电势(Es)=IsRs；
而在没有静态接地网区域的控制电缆屏蔽层中，其感应电势为(Es)=IsRs+jIsXL。因此，前期的控制电缆就会与本期新增的控制电缆，在接入同一保护装置后形成电位差。以主控室内的母线差动保护装置为例，本期新增间隔的控制电缆接入母差保护装置后，将会与前期间隔接入母差保护装置的控制电缆形成电位差。当极端情况发生时，这一电位差会对母差保护装置中的电流回路的逻辑判断造成影响，严重时甚至会导致保护误动；
当站内发生接地故障或雷击电流时，也会将控制电缆间形成电位差不断放大，进而对继电保护系统造成危害。
因此，对于该变电站在二期工程设计时，设计结合运行部门要求，提出本期工程，在户外场地新增电缆沟中设置静态接地网的同时，相应完善前期户外分段间隔中电缆沟内静态接地网的设计方案，满足了规程规范及运行要求。
综上所述，在新建变电站工程中，静态接地网应按终期规模整体建设；
在二期工程中，建议在新设置静态接地网的同时，应完善前期相应的静态接地网。
变电站内静态接地网对于二次系统的保护，主要体现在抗干扰和提高短路地电位两方面的作用。以静态接地网为二次系统等电位接地基础，通过电子装置逻辑接零形成稳定参考零电位，由计算机系统内各部一点接地形成巩固，结合控制电缆双端屏蔽方式作保障的设置方式，可最大限度减少站内电磁干扰对二次系统的影响，同时也能够将全站二次系统的绝缘耐受电压提高到5 kV，进一步确保了二次系统的安全。
户内静态网与主接地网一点连接设置点；
户外静态网在电缆沟末梢与主接地网多点连接时需注意与大电流设备接地点距离。保护装置内专用铜排的一点接地；
控制电缆屏蔽层与静态接地网双端可靠连接。在实际工程中，新建变电站工程的静态接地网按终期规模整体建设；
二期变电站工程中，应完善前期相应的静态接地网。