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电力系统二次侧弱电设备的接地


电力系统二次侧弱电设备的接地

摘要:文章详细分析了在调试过程中遇到的因变送器接地不正确引起测量错误的问题和由于变送器信号线屏蔽层未接地引起的跳机现象,以及这两种不合格的接地方法可能引起的严重后果,从而强调了电力系统二次侧弱电设备接地的重要作用,并重点介绍了电力系统二次侧弱电设备常见的 种接地类型诸如信号接地、屏蔽接地、电子式电能表接地、现场测试用仪表装置接地的概念和现象,针对不同应用情况的各种接地方法和应该注意的问题提出了建议。

关键词:接地;弱电设备;信号接地;屏蔽接地

作者:王智,徐植坚 ,杨 茂 涛

引言

随着我国经济的快速发展,我国现代电力企业发展也日新月异,以电子技术、计算机技术 、通讯技术竟相发展并紧密结合的微机保护和自动控制系统、电子式电能表和变送器等二次仪表系统,以其重要的作用在电力系统占据了不可替代的地位,这些复杂的弱电系统,容易受到外界的干扰,干扰可导致系统工作不正常,输出信息失真,严重可导致系统瘫痪。电力系统抗干扰的技术多种多样,其中接地是一项重要且应用很广的措施。接地技术似乎很简单,但不认真对待,就达不到接地的效果,甚至引发严重的事故。

1 电厂调试遇到的问题及分析

实例一:在电厂调试阶段进行变送器检定时,发现三相四线有功功率变送器,输出端只断开出线(负端导线),将其输出接入变送器检定装置(DK-3481),仪器接地(注:经万用表测量,装置的负输人端与接地端电阻为O), 在装置上读到的输出量很小;把输出线反接(即变送器的正端接装置负输入端,变送器的负输出端接装置的正输人端),在装置上显示符合准确度等级负的输出值(即能正常测量);用万用表直接测量变送器两输出端,能测量出正常的输出值;当万用表的正端接变送器正端输出导线(即接入装置正输入端的导线)此时装置正端已无导线接入,万用表负表笔同变送器负端输出导线仪器接入仪器负端,万用表读数比实际值小lmA(实际值为4 mA)。经过查寻,发现是变送器正输出端接地(通过输出导线接地),从而可以得出正确接线而无法正常测量的原因了,接线图如图1所示,同样也可以画出测最出正确的负输出值的接线图,如图2所示。在电厂,变送器正确接地的方法是将变送器的输出负端接地,这样才能正常测量,接线图如图3所示。(图中"T"表示变送器,"A"表示测量变送器输出量的仪表)

图1变送器错误接地测量图

图2将装置输入反接测量图

图3变送器正确的接地的测量图


电厂中,变送器的作用是将系统经互感器变换的一次侧电流、电压、有功功率、无功功率、频率等信息转换成直流小信号(通常为4-20mA电流量),该信号将送去集控室显示并由运行人员观察做出机组是否正常运行等判断的依据,或是送人ECS、MCS系统进行控制的逻辑量,如果变送器输出端接地错误而没有及时发现并纠正,就会导致运行人员无法判断或做出错误判断,也会使系统发出错误的控制措施,严重者导致整个电厂系统无法正常运行。所以在变送器的调试过程中,有个重要的工作就是测量变送器输出端对地电阻,以保证变送器准确可靠的接地。

实例二:在电厂机组并网前,锅炉点火实现机组试运行,电气部门的工作人员正在作并网前的最后检查。突然DCS有功功率信号受到一个较大的波动,导致某个汽机保护动作,引起“机跳炉",试运行失败。事后,经过查找DCS历史资料,发现某个有功功率(由变送器屏送往DCS)波动峰值达满度的40%(对应模拟量也就是lOmA左右),整个波动持续时间约1秒。在事故发生时,变送器屏没有任何加量,哪来的功率信号,而且只有一个功率信号产生如此大的波动?经过反复查找和试验,发现是由于该信号线的屏蔽层没有接地,工作人员使用对讲机工作时对变送器输出产生干扰引起其信号波动。将变送器屏的金属门关上或将屏蔽层实现单点接地后,对讲机对其的干扰大大减少。

电厂是个环境复杂,干扰很强的工作场所,小信号线必须进行屏蔽,屏蔽层一定要接地,才能保证信号正常工作,否则将会由于一个接地的小错误留给一个大系统极大的隐患。

2 电力系统二次侧仪表设备接地的基本方法及注意事项

2.1 信号接地

上述的变送器输出的接地类型在电力系统二次仪表中很常见,通常称为信号接地。信号接地的目的是为信号操作提供一个平稳的电位参考。如果参考电位不稳定,随着电子仪器的使用,错误信号容易进入内部,干扰操作。信号线路接地一般有两种方法,即一点接地和多点接地。电力系统二次侧基本上用的是一点接地,一点接地又分串联接地和并联接地。其中串联接地是将各电路串联起来,然后接地。这种方法接地的特点是比较简单,但各地线电阻是串联,容易形成公共地线干扰。为了使接地良好,必须尽量减小地线电阻,要求实验时采用导线电阻率要小,导线不要过长。当接地的各部分电路电压相差不大时,使用效果较好。并联接地方式是各地线自成一个回路,最后再分别接在同一点地上,各地地线是分离的,不直接相连。这种接地法可以很好消除各地线间的相互影响。但是线路连接复杂接地线多且长,地线阻抗大,容易生成寄生震荡,不适用高频信号。对千电力系统二次侧弱电设备中很多小于1MHz的低频信号线路,单点并联接地体系是一种理想的接地设计,因为这样的接地方法会使整个地线通道中,不存在环行回路,没有地环电流,也就不存在外界磁力线穿过地环产生感应电流而造成的干扰。但对千二次仪表系统中的高频工作电路,常用多点接地的方法,因为高频电路,工作信号弱,接地若不合适,电线呈现的电阻、电容、电感等产生的干扰信号较大,严重于扰设备的正常运行【1】。

信号接地应注意以下几个问题: (1)电力系统的二次设备都是工作在强电场所,各种干扰及其严重,接地体系很复杂,接地也会对信号产生干扰,要根据实际情况选择接地方式,基本原则是减小公共地线部分的阻抗,可采用并联接地或串并联混合单点接地;(2)电力系统二次仪表系统中,有输出信号的仪表,也有接收信号的仪表,一般接收信号的仪表的输人信号接地点是与电源接地连接在一起的,所以进行测量时,输入端的信号接地点不得和大地有电压差的点直接进行短路连接,因此在连接输人点开始进行测量前,必须慎重判断,如上文调试变送器遇到的情况,标准装置输入信号的接地点未与变送器输出信号接地点连接,而是与未接地端连接,造成了测扯误差。

2.2 屏蔽接地

屏蔽层都必须可靠接地,目的是减少干扰,屏蔽电磁场和静电放电保护仪器。设备的屏蔽壳的接地 一般与其内部元器件连接在一起,例如屏蔽壳与放大器的公共端连接。导线屏蔽层接地的方法分为一点接地法两点接地法和多点接地法。对于单点接地的低频电路应该采用一点接地法,如果屏蔽层有了两点接地点,就会在屏蔽层中产生噪声电流流动,从而通过感性耦合进入信号电缆。值得注意的是,对于 “信号源-电缆-放大器 “电路系统,屏蔽层的接地点可选在放大器端或信号源端,但不能同时两端接地。当屏蔽层两端接地,屏蔽层和两条接地导线构成闭合回路,屏蔽层与信号电缆的电感性耦合使信号线中产生干扰 。当频率高千1MHz及电缆长度超过波长的1/20时,由于集肤效应的作用,噪声电流只在屏蔽层外表通过,因此常采用多点接地,以保证屏蔽层上的地电位为零。实际上是电缆屏蔽层在两端接地,对千长电缆,在每隔1/10波长处接地 一 次,这样可以保证屏蔽层所有的地线能够分别接至相应的接地点,以降低电线阻抗,减小地电位差引起的干扰电压玑应该注意,采用同轴射频电缆作为高频高电平信号的传输导线,屏蔽层主要是防止信号对外辐射,要求两端接地,但是接地线不能长,单端接地只能屏蔽电场,不能屏蔽磁场。高频低电平线的屏蔽层是防止外界杂波进人电器对其产生干扰。为构成部件间高频信号的地回路,屏蔽层的两端接地,但机架中有较大的地电流时,宜采用单端接地[气对千电缆,它的金属保护管或金属全封闭桥架应两端接地,可有效降低外部磁场、电场和电磁场对电缆的干扰,同时也可有效降低电缆内部通过的直接或感应雷电流。

2.3 电子式电能表系统的接地

正确接地也是电子式电能表系统抑制干扰所必须注意的重要问题。采用的措施如下:采用一点接地法,接地端线粗,以减少电阻;大电流和弱信号应分开接地走线,模拟地和数字地也应分开走线。电子式电能表系统接地关键点是要 一 点接地即所有的地线必须汇集在一点,然后接人大地。在仪表内部地线应尽量直接接地,应避免地线相互串联,防止产生共模干扰叹对于500kV线路使用的电能表,由于采用2/3的接线方式,流入电能表的电流为合电流,为了实现 一端接地,在计量屏内合电流接地。其它接线方式二次侧电流都在开关小室的TV端接地。

2.4 用于调试 、检定的仪表装置的接地

在电厂,变电站建立之初,要对即将投运的各种设备、屏柜进行调试,确保其能正常运行,二次侧的关口电能表需要进行周期检定,以保证其准确计量。用于现场调试和检定的装置仪表,由于其工作环境复杂,干扰较多,它们的接地要求比室内使用的仪表装置要高。首先要求外壳必须有效接地,才能进行工作;其次,输出源的电流回路一般采用四线制,有的电压回路采用六线制,这是为了保证电流的回线接在同一个接地点,有效防止了电流回路之间的电位差造成的扰动。如果在现场不得不使用六线制电流的输出源工作,应将其三相电流回线短接在 一 起。应注意避免在现场使用电压、电流接地端与外壳接地端存在电位差的仪器,防止由千接地端的不统一造成计量 、测试的准确率降低。

3结论

由于将标准仪器输人端的信号接地点与大地有有电压差的点直接进行连接而造成了测量不准确,由于对讲机的干扰造成变送器输出波动很大,从而使电厂试运行失败,其间题的真正原因是变送器输出信号接地、信号线屏蔽层接地不正确,前面已分析这两种错误接地将可能产生严重的问题。总之,电力系统二次侧弱电设备的接地很重要,为了人身和设备的安全、信号传输的准确,计扯的正确性,必须根据具体的实际情况,将仪器设备和线路正确可靠地接地。

参考文献

[1]张勇关于电子线路实验接地问题的讨论[J].德州学院学报,2003,19 (2):39一43.

[2]成永红,陈玉,陈小林测控技术在电力设备在线检测中的应用[M].北京:中国电力出版社2006.

[3]熊信银,张步涵.电力系统工程基础[M].武汉:华中科技大学出版社, 2002.

[4]陈静变电所弱电设备的接地及防雷设备的选择[J]新疆电力技术, 2007,(3):27-28.

[5]李凯勇电子设备的千扰及抑制方法[J]榆林学院学报,2008,18(4): 53-55.

[6]吴铮石化企业DCS及仪表系统二次防雷(J]. 电气应用,2008,27(15): 22-24.

[7]于海涛,许良军,芦娜丿J、电流机电设备接地干扰及抑制(J]. 机械工程与自动化,2007,(5):182一183.

[8]杨旭东油田电子信息设备接地系统的理论与事件[J]油气田地面工程,2007, 26(9): 52一53.

[9]汪大海大型精密仪器设备接地保护装置的设计与安装[J]实验技术与管理,2006,23(6): 23-25.

[10]于彭波电子式电能表的硬件抗干扰电路设计[J]仪表技术,2008,(8):60一61.

作者简介:

王智(1984一),女,汉族,本科,助理工程师,研究方向为电测仪表检定及其自动化。

徐植坚(1952一), 男,汉族,本科,高级工程师,主要从事电能计量研究工作。

杨茂涛(1978一),男,汉族,硕士,工程师,研究方向为互感器及关口电能表计量检定。



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