摘要：本文论述了发电厂、变电所二次系统的接地必要，接地方式和方法及其抗干扰的措施，供工程设计参考。
　　
　　1前言
　　
　　由于微电子设备在二次设备中使用越来越广泛，对抗干扰的要求越来越高，以往常规的某些接地方法已不能*要求，有许多新的情况新的问题需要考虑。在二次接线的设计中需要解决有关问题。至于常规的电流互感器及电压互感器回路的接地，已有较成熟的经验和完善的规定，可参见电力部1994年颁布的《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》，本报告不再详细讨论。
　　
　　本报告适用于电气部分的计算机监控系统，至于热工控制系统另有规定、不在本报告范围之内。
　　
　　2发电厂和变电所的接地系统
　　
　　为了保证人身和设备安全，发电厂和变电所应设有完善的接地系统，提供一个对地的低阻抗通道以便将短路、雷击、静电及辐射的能量散泄于大地。
　　
　　接地系统可分为两个部分：与户外大地相连的接地体；连接电气系统与接地网的接地线。
　　
　　2．1接地体
　　
　　发电厂和变电所都应设置以水平接地体为主构成的闭合环形接地网，它起到均压、减小接触电压和跨步电势、散流等作用。接地体通常由镀锌的Φ14圆钢或40X4mm2扁钢构成。地下埋深一般在0.6—0.8m，冻土地区应敷设在冻土层下。
　　
　　对防雷的接地装置，为加强对高频雷电流的散泄，还应补充敷设相应的垂直接地体。垂直接地通常使用镀锌的厚度不小于4mm的角钢或槽钢以及管壁厚度不小于3.5mm的钢管。
　　
　　对于装设电子设备的控制保护室及通信室，应围绕机房敷设环形接地母线。环形接地母线一般应采用截面不小于90mm2的铜排线或120mm2的镀锌扁钢。在机房外地面下应围绕机房建筑敷设闭合环形接地网。室内环形接地母线与屋外接地网至少应有4根对称连接线相连。室外接地网与发电厂、变电所的主接地网至少用两根不小于40X4mm的镀锌扁钢相连。
　　
　　接《电力设备接地设计技术规程SDJ8—79》等规定，电力系统中接地网工频接地电阻允许值见表1。
　　
　　计算机室的接地电阻允许值未在《电力设备接地设计技术规程》中做出明确规定，但《火电厂计算机监控系统设计技术规定NDGJ0l一89》要求不大于2Ω，《水电厂计算机监控系统设备基本技术规范》要求不大于1Ω。
　　
　　表1中的避雷针和防静电的接地网原则上应规定冲击电阻允许值，计算冲击电阻时通常是以其工频电阻值乘以冲击系统，冲击系数与接地体的形状、土壤电阻率等多种因数有关。详见有关资料。表中的数值是工频电阻。　　
　　2．2接地线
　　
　　按《电力设备接地设计技术规程》，低压电力设备在地面上的接地线截面不应小于表2所列的值。　　低压电力设备的接地线在短路电流作用下不应熔断。
　　
　　裸露于大气中的钢导体应有防腐措施。
　　
　　二次设备一般采用铜导线作为接地线。
　　
　　3二次设备的接地系统
　　
　　3．1接地的种类
　　
　　二次系统接地的种类一般分为安全保护接地、交流接地、信号接地三种。安全保护接地是指对设备的外壳接地，既可防止漏电造成人员触电的危险，又可屏蔽外界对设备的干扰。交流接地是交流电源中性点的接地系统，将交流电源的中性线接到接地体，故障情况下的接地电流就会流过中性线。信号接地就是将逻辑信号系统的公共端接到地网，使其成为稳定的参考零电位。由于信号地（逻辑地）是所有逻辑电路的公用基准点，对接地电阻要求zui高（一般应不大于1Ω），而微机中使用的各种TTL门电路的逻辑“l”和“0”电平的电位差仅2V多，如果处理不当，在信号地线上形成噪声电压，造成微机不能正确工作，甚至烧毁元件，因此，信号接地是各种接地中zui为重要的一种。
　　
　　3．2交流接地及安全接地
　　
　　在二次设备的屏柜上必须有接地端子，并用截面不小于4mm2的多股铜线与接地网连接，作为安全接地。有电源输入的屏柜必须有接地线接到交流电源所在的接地网上。
　　
　　向二次设备供电的交流电源必须有中性线（零线）回路，中性线须在电源处与接地网连接。对于三相五线制系统，中性线与接地线是分别独立的，从电源至所供电的屏柜与带电线及中性线通过同一电缆或电缆管的至少还应有一根设备的接地线，该接地线的作用是为了给接地故障电流从设备至过流保护提供一个低阻抗回路。若仅将电源输入屏的接地端子接至接地体，则在带电线与屏柜发生短路故障时，故障电流的大小可能受到限制。对于三相四线制系统，中性线与接地线是合并的。中性线和接地线的截面应保证导线部分与被接地部分或中性线之间发生短路时，zui近点的保护器件能可靠切除线路故障段。详见有关规定。
　　
　　交流接地和安全接地通常共用一个接地网。不要将二次设备安装在那些与电力系统地网不等电位的架构上，如果避免不了，须将架构可靠接至电力系统的地网上。用户所有的电缆管、电缆槽均应可靠接地。
　　
　　3．3信号接地（零电位基准）
　　
　　3．3．1控制系统信号地的设置
　　
　　控制系统各类电路通常都需要有零电位基准，即信号地，也称逻辑地。在实际装置中，零电位（信号地）的设置有以下几种情况：
　　
　　（1）零电位浮空：适用规模较小或工作频率较低的装置，如继电保护装置（包括某些微机保护），很多都采用零电位浮空方式。
　　
　　（2）零电位直接接地：适用于大规模或高频的装置和系统。有些工作频率较高但规模较小的装于一个机壳内的独立装置往往采用零电位接机壳，机壳再直接接地。对于规模较大由多个装置构成的系统，则要求有电阻很小能保证电位相同的直流公共母线作为基准零电位点。
　　
　　此外某些通信回路还将接地线作为信号回路一部分，如载波保护的高频同轴电缆回路，其屏蔽层是信号返回通道同时也接地，但控制系统通常禁止这样做。
　　
　　3．3．2信号接地的方式
　　
　　信号接地有一点接地和多点接地之分，一点接地还可分为串接一点接地和并接一点接地（见图1）。
　　
　　串接一点接地，由于各装置的接地点经过不同的接地线阻抗，造成相互间噪声干扰，一般不予采用。
　　
　　并接一点接地，各电路没有共阻抗，各地电流之间无耦合关系，其地电位不受其它回路或装置影响。但系统一大，接地线越长，配线量大增，在高频电路中，因这种方式接地线的电感增大，也会造成各地线之间的感应耦合，另外，接地线间的分布电容也会引起接地线间的耦合。　　多点接地，由于长接地线的电感导致接地阻抗趋于增大，为降低接地线的阻抗缩短接地线，各回路应就近接地。
　　
　　一般来说，IOMHz以上频率系统内采用多点接地方式较好，1MHz以下频率的系统内采用一点接地方式较好。1—10MHz之间的系统内，接地线的长度小于波长的1／20，采用一点接地方式较好；大于波长的1／20，采用多点接地方式较好。
　　
　　发电厂和变电所实际应用的二次设备的频率较低，一般应采用并联一点接地。对于规模较大的系统，应将信号地接于一条共用的接地干线，然后再将接地干线的一点与接地网连接。这样接地网中的干扰电压虽然会影响控制系统的整体电压，但不会在控制系统各点形成附加的电位差（噪声电压）。
　　
　　3．3．3信号接地的实施方法
　　
　　装有微电子设备的控制和保护屏柜上应设有的接地铜排，作为共用的零电位基准点。铜排截面不小于lOOmm2以保证其多点电位一致。
　　
　　当屏柜上多个装置的信号逻辑零电位分别独立并且不引出（浮空）或接壳时，接地铜排可不与屏柜绝缘。装置的箱体的接地线应分别与接地铜排可靠连接。各屏柜铜排应首末可靠连接成环网，并仅在一点引出与交流（安全）接地网连接。
　　
　　当屏柜上多个装置组成一个系统时，此时应将每个装置的逻辑地分别引出（与壳不连接）接到信号接地铜排。铜排应与屏柜绝缘。组成一个控制系统的多个屏柜装在一起时，只应有一个屏柜的直流接地铜排有引出接地线接至接地网。其它屏柜的绝缘接地铜排均分别用绝缘铜线接至有引出接地线的屏柜的接地铜排，见图2。　　当采用没有隔离的RS一232一C从一所房子到另一所房子进行通信时，它们须共用同一个接地系统。如果不能将各建筑物中的电气系统都接到一个公共的接地系统，那么它们彼此之间的通信必须实现电气上的隔离，如采用隔离变压器、光隔、隔离化的短程设制解调器。
　　
　　3．3．4信号地与交流地的关系
　　
　　图2盘间直流公共端的星形连接为建立基准零电位，接地铜排构成的零电位母线必须与交流系统地网处于同一电位，实现的办法就是将零电位母线接到zui近的接地体上，例如接到控制室夹层的环形接地母线。需要注意，信号地（零电位母线）只能通过一点接于交流地（夹层接地母线）。环形接地母线应与室外接地网可靠连接，室外接地网应至少有两处与主接地网相连（见图3）。
　　
　　零电位母线所接的接地体不得与发电厂变电所的主接地网形成电气上隔离，零电位母线若与主接地网不相连，即接入另一独立地网，在雷击和一次设备短路时交流主接地网可能流过很大的接地电流而使地网电位抬升，其值可达数千伏，将会在交流系统与信号系统之间形成危险的电位差，并可能通过电缆等将这种电位差引到设备上，从而可能损毁设备、导致人员触电。　　在交流地网中，经常可能有干扰杂散电流流过，在系统操作或事故时可能有很大的高频瞬变电流流过，为防止这些干扰电流通过信号接地进入设备，零电位母线与主接地网不能在产生较大的故障电流和电气干扰的刀闸和旋转电机附近进行连接。
　　
　　3．3．5信号接地线
　　
　　信号接地线不能与其它设备的接地线共用，信号接地线应具有以下特性：
　　
　　（1）信号接地线采用铜绞线，其截面要求如下：
　　
　　零电位母线（铜排）至接地网≥35mm2
　　
　　屏柜间零电位母线的连接线≥16mm2
　　
　　（2）信号接地线必须绝缘。电缆槽道中的裸电线接地不符合信号接地线须绝缘的要求。
　　
　　（3）信号接地线与接地体的连接应采用焊接，不得采用钳接。振动、腐蚀、不同金属的热胀率都会影响钳接，使接点变松。
　　
　　（4）信号接地线的长度应尽可能短。除提供系统零电位参考点外，信号接地线中将泄流高频干扰电流，所以接地线的效果与其长度和在接地线中传播的干扰电流频率有关。
　　
　　4关于接地的若干问题
　　
　　4.1计算机监控系统是否要设置独立接地网
　　
　　在3．3．4节已指出，信号接地网与交流接地（安全接地）网必须保持等电位，特别是发电厂、变电所的交流接地网在雷击或高压电气设备对地短路时可能流过很大的电流使地电位严重升高。如果信号接地系统电压不能同时升高，则这种情况下出现的电位差可能严重危害人员和损坏设备。因此计算机监控系统的接地网必须与交流接地网可靠连接，不能形成独立接地网。
　　
　　有的工程在计算机独立接地网与交流主接地网之间加装氧化锌避雷器或放电器，正常两电网分开运行，变电所出现大接地电流故障，两地电位差增大到一定数值，避雷器或放电器击穿。这种方法不能认为是合适的，因为交流主接地网通常遍布于整个变电所，包括装设监控系统的控制室的安全接地都接于该地区。要另建一个独立接地网是很不方便的。两个地网通过避雷器这种不可靠连接，必然增加对设备和人员的潜在危险。
　　
　　为避免交流系统中的干扰信号电流引入控制系统，关键是信号地应使用绝缘铜线接于零电位母线，再将零电位母线一点（只能是一点）用绝缘铜导线接于交流主接地网。即所谓“一点接地”。附带说明“一点接地”通常是对信号接地的要求，对交流和安全接地不作此要求。
　　
　　发电厂、变电所的主接地网接地电阻很低，一般小于0．5Ω。信号接地网与其相连，满足信号接地电阻的要求一般是没有问题的。对于小接地电流系统或低压配电网，其接地电阻可能较高，见第2节，为满足信号接地电阻（为避免大接地电流入地点附近地网的不均衡电压对信号接地的影响，信号接地母线引接入主接地网的地点与大接地电流入地点沿接地体距离不宜小于15m。
　　
　　总之，发电厂、变电所的计算机监控系统信号接地应统一接于零电位母线（铜排）并通过一点与交流主接地网可靠连接，不应设独立接地网。信号母线接入主接地网的地点与大接地电流入地点沿接地体距离不宜小于15m。
　　
　　4．2关于屏蔽电缆屏蔽层的接地问题
　　
　　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。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。*，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。
　　
　　对于以往大量应用的通过高压开关场的常规二次回路，如电流、电压回路及直流控制回路等，其控制电缆的屏蔽层一般采用两点接地，因为这些电缆通常是长距离电缆，高压开关场的电磁干扰很强烈，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。由于常规二次回路的信号电平较高，过去的运行经验表明地电位不同引起的附加干扰还未出现大的问题。如果通过高压开关场的是电平很低的弱电系统，则接地方式需慎重考虑，这种情况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。如果现场中的地网良好，屏蔽层的接地点可选在现场侧，否则就在屏柜侧一端接地。但热电偶的屏蔽层在首端接地以避免充电电流。电缆屏蔽层在现场及屏柜接于的接地母线，在屏柜内的该接地母线与信号接地母线连接。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。
　　
　　若主机和控制系统信号公共端的地电位不等，那么，如工程师工作站、主机之类的装置由RS一232一C口来与控制系统进行通信，必需进行电气上的隔离。工程师工作站或主机的供电和接地应通过接到与控制系统相同的分支电源插座。若不能与控制系统使用同一电源，采用隔离化的短距离调制解调器来实现工程师工作站、主机等类似的装置与控制系统的隔离。在主机与控制系统相连时，应先检查控制系统的信号公共端与主机的电源地的电位差。
　　
　　4．3关干载波保护高频同轴电缆的接地
　　
　　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。
　　
　　美国西屋公司布勃克勃恩写的在上很有影响的著作《继电保护的应用》1979年版是这样写的：“一般同轴电缆只在终端设备端接地，以阻止在接地故障时工频50Hz或60Hz的电流流过同轴电缆的屏蔽层。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，那么，电缆管中应穿入一条4／0（107．2mm2）铜芯电缆以使在同轴电缆两头将接地点相互连接起来，这种布置将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”。
　　
　　为解决此问题，电力部1994年颁布的《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》的7．3条规定“高频同轴电缆应在两端分别接地，并紧靠高频同轴电缆敷设截面不小于100mm2两端接地的铜导线”。