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摘要：本文对变电站地电位的干扰源及干扰途径进行了分析，在对雷电干扰、地电位干扰进行研究的基础上找出防止干扰的措施，对保证发电厂、变电站计算机监控系统的安全稳定进行具有较好的现实意义和实现，可供参考。
关键词：变电站；地电位；干扰源；防护措施
Abstract: in this paper, the substation of potential interference sources and interference channels are analyzed, in for lightning interference, ground potential interference on the basis of research to find out the measures to prevent interference, generator, transformer substation to ensure the safety of the computer monitoring and control system has a good stability realistic meaning and realize, available for reference.
Keywords: substation; Ground potential; Interference sources; Protective measures
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A 文章编号：
1 引言
变电站的各类保护和控制系统在运行中面对的是高电压、强电场、电磁环境非常复杂，既有大电流造成的磁场干扰，又有高压设备造成的电场干扰，有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰，电网中一些非线性铁磁原件和整流设备产生的谐波干扰，还有在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰。
2 干扰源简述及干扰途径
（1）干扰源简述
a. 内部干扰
由于自动化设备本身不合理、使用电子元器件质量不合格而引起，如信号采集回路的电源不稳定或负载能力下降都会造成干扰，当采集回路电源输出下降到一定值后将导致光耦元器件处于导通与截止的临界状态，造成遥信误报。
b. 雷电干扰
2009年6月到2010年6月一年的时间里,海南电网公司三亚供电局内可查的由于雷击发生的弱电损坏就有五次之多。变电站线路落雷,造成主控地与设备之间的电位差而损坏大量的保护设备;变电站的微波塔落雷,由于感应过电压而损坏通信服务器和图像监控系统;变电站的线路落雷造成大量的测控设备损坏;变电站微波塔落雷,造成大量的保护、通讯设备损坏。
变电站附近的雷击地面、建筑物、架空线路和雷雨放电时直接形成或者雷电感应形成的过电压或干扰，能产生极强的脉冲电场和磁场，可能通过与之相连的电源线、信号线路、接地系统，以耦合、传导、辐射等形式入侵二次设备。
c. 设备操作干扰
变电站内断路器、隔离开关等一次设备在投切操作或开断故障电流时，由于感性负载的存在，开关触头开断时，产生的电弧的熄灭和重燃可能在母线或线路上引起含有多种频率分量的衰减振荡波，通过母线或设备间的连线(相当于天线)将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，形成辐射脉冲电磁场。这一系列高频振荡通过CT、PT耦合到二次设备上。尤其是SF6气体绝缘开关， 当断路器操作时，母线上会出现频率极高的振荡电压，辐射出上升沿极陡的脉冲电磁场。这类干扰电压的大小取决于负载电路的电感、触点的断开速度和介质耐受能力，其特点是具有很高的幅值和频率。
d. 接地不当引起干扰
在变电站内发生短路时，由于故障电流引起的地电位差使二次设备上出现高电位，危害设备的安全运行。如果信号电缆未接地或接地不正确，例如信号源端已接地而屏蔽层又在测控设备端接地，造成两点接地，其电势差可能会引起信号误动。
e. 直流控制回路引起的干扰
在分、合直流电源，如接通或断开跳圈时产生瞬变干扰。
f. 电缆选用及敷设方式不合理合闸线
如果未选用带屏蔽层的电缆或者强弱电电缆混合敷设，并且未采取任何防护措施，信号电缆受到干扰的可能性将大大增加。
g. 一次设备接点不良引起的干扰
一次设备接点抖动或接触不良，二次信号继电器性能不良(在直流电源电压波动时出现电颤)都会引起信号的误动。
h. 辐射电磁场
如高频载波、对讲机、电台等都会对变电站中的自动化设备产生干扰。
（2） 干扰的途径
变电站最严重的电磁干扰源是雷电，干扰分为共模干扰和差模干扰共模干扰(也称纵态干扰或共模耦合)是指出现于导线与地之间的干扰差模干扰(也称横态干扰或筹模耦合)是指出现于信号回路内的与正常信号电压相串联的一种干扰。
干扰源通过各种耦合途经作用在一次系统，从干扰源把干扰能量传递到干扰对象有2种方式：传导方式和辐射方式干扰耦合进入控制电路，或从榨制电路传导出去可以进一步分为如下几种方式：
共模阻抗耦合(电导耦合)
如图1所示，当2个或多个电路共用1条线或1个连接点时，将可能产生共模阻抗耦合干扰，干扰水平取决于共模附抗幅值。
(2)容性耦合(电耦合)
如图2所示，弱电系统每部分之间存在电容，任何电压的变化，不管在什么位置，将驱动电流通过电容而传导干扰，产生的干扰电流为：I=Cdu／dt式中，I一通过电路电容的电流；c一2个电路之间的电容；du／dt一第1个电路的电压变化率。对于容性耦合，耦合随导体间的距离增加而减小，高阻抗电路更有益丁容性耦合。
(3)感性耦合
一个电路产生的磁场可能会对另一电路产生电感性耦合，它是由干扰源与被干扰对象之间的互感所引起的，主要由干扰源的电流所决定。
(4)辐射干扰(电磁耦合)
辐射干扰是指一次系统产生的电磁干扰辐射干扰能量通过空间电磁波的形式传播到二次系统中，产生干扰，随二次电缆的接地方式不同形成共模和差模干扰
干扰源对二次回路的耦合是非常复杂的，通常同时存地几种干扰源和几种干扰方式。
另外，变电站内发生工频接地短路时流经接地装置的大电流时产生的地电位差也引起地电位干扰的主要原因，其主要有共模干扰和电容耦合干扰两种干扰形式。
3. 防止地电位升高的措施
3.1金屬屏蔽接地。
埋地电缆是对微机电源产生干扰的主要干扰源，它既是干扰的主要发生器，也是主要的接收器。电缆作为发生器，它向空间辐射电磁噪声；作为吸收器，它能敏感地接收来自邻近下扰源所发射的电磁噪声。因此，采用屏蔽电缆作为抑制地电位干扰的主要措施。
3.2等电位连接。
现代防雷理论里最主要的是均压等电位连接，可以把具体实施雷电防护的措施及各种方法看成是均压等电位连接网络的形成。等电位连接的目的是为了减小防雷空间内各种金属部件及各系统相互间的电位差；实现等电位连接的主体为：设备处在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道、供电线路(含外漏可导电部分)、防雷装置以及由电子设备构成的信息系统。
3.3改善地电位分布限制局部电位升高。
在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑，防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。
3.4降低接地网的接地电阻,限制地电位升高。
有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电站电气装置保护接地的接地电阻宜符合下列要求要求接地网的地电位升高的最大值不超过2000V、因而可以采取以下降阻措施：
(1)充分利用自然接地体降阻：接地体可分为自然接地体和人工接地体，设计中通常采用人丁接地体，以便达到所规定的接地电阻，并避免外界其他因素的影响。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体。接地体的接地电阻值取决于接地体与大地的接触面积、接触状态和土壤性质。垂直接地体之间的距离为5m左右，顶部埋深0.5～0.8m。接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m，当小于3m时，接地体的顶部处应埋深1m以上，或采用沥青砂石铺路面，宽度超过2m。埋在土壤中的接地装置连接部位应按规范规定的搭接长度焊接以达到电气连接。焊接部位应作防腐处理。
在接地工程中，充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物以及上下水金属管道等自然接地体，既能起到了减小接地电阻、均衡电位的目的，又能节约钢材。
(2)外引接地装置：当距发电厂、变电站2000m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极，在低电阻率的地方铺设专门用于降阻的接地装置，可以起到有效的降低工频接地电阻的作用。
(3)采用深井式接地极：当地下较深处有土壤电阻率较低的地质结构时，可用井式或深钻式接地极；把平面地网做成立体地网，利用下层低电阻率的地层来降阻。
(4)填充电阻率较低的物质或降阻剂：当接地电阻的面积一定时，接地电阻与土壤电阻率成正比，如果能想办法降低土壤的电阻率，也可以达到降阻的目的。
4 结论
本文在对变电站地电位干扰源及干扰途径分析的基础上，讨论了防止地位升高的常用措施。根据目前接地系统存在的不足，提出降低接地电阻、改善电位分布、等电位连接以及金属屏蔽接地等抑制地电位升高的措施。
关键词：变电站；地电位；干扰源；防护措施
Abstract: in this paper, the substation of potential interference sources and interference channels are analyzed, in for lightning interference, ground potential interference on the basis of research to find out the measures to prevent interference, generator, transformer substation to ensure the safety of the computer monitoring and control system has a good stability realistic meaning and realize, available for reference.
Keywords: substation; Ground potential; Interference sources; Protective measures
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A 文章编号：
1 引言
变电站的各类保护和控制系统在运行中面对的是高电压、强电场、电磁环境非常复杂，既有大电流造成的磁场干扰，又有高压设备造成的电场干扰，有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰，电网中一些非线性铁磁原件和整流设备产生的谐波干扰，还有在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰。
2 干扰源简述及干扰途径
（1）干扰源简述
a. 内部干扰
由于自动化设备本身不合理、使用电子元器件质量不合格而引起，如信号采集回路的电源不稳定或负载能力下降都会造成干扰，当采集回路电源输出下降到一定值后将导致光耦元器件处于导通与截止的临界状态，造成遥信误报。
b. 雷电干扰
2009年6月到2010年6月一年的时间里,海南电网公司三亚供电局内可查的由于雷击发生的弱电损坏就有五次之多。变电站线路落雷,造成主控地与设备之间的电位差而损坏大量的保护设备;变电站的微波塔落雷,由于感应过电压而损坏通信服务器和图像监控系统;变电站的线路落雷造成大量的测控设备损坏;变电站微波塔落雷,造成大量的保护、通讯设备损坏。
变电站附近的雷击地面、建筑物、架空线路和雷雨放电时直接形成或者雷电感应形成的过电压或干扰，能产生极强的脉冲电场和磁场，可能通过与之相连的电源线、信号线路、接地系统，以耦合、传导、辐射等形式入侵二次设备。
c. 设备操作干扰
变电站内断路器、隔离开关等一次设备在投切操作或开断故障电流时，由于感性负载的存在，开关触头开断时，产生的电弧的熄灭和重燃可能在母线或线路上引起含有多种频率分量的衰减振荡波，通过母线或设备间的连线(相当于天线)将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，形成辐射脉冲电磁场。这一系列高频振荡通过CT、PT耦合到二次设备上。尤其是SF6气体绝缘开关， 当断路器操作时，母线上会出现频率极高的振荡电压，辐射出上升沿极陡的脉冲电磁场。这类干扰电压的大小取决于负载电路的电感、触点的断开速度和介质耐受能力，其特点是具有很高的幅值和频率。
d. 接地不当引起干扰
在变电站内发生短路时，由于故障电流引起的地电位差使二次设备上出现高电位，危害设备的安全运行。如果信号电缆未接地或接地不正确，例如信号源端已接地而屏蔽层又在测控设备端接地，造成两点接地，其电势差可能会引起信号误动。
e. 直流控制回路引起的干扰
在分、合直流电源，如接通或断开跳圈时产生瞬变干扰。
f. 电缆选用及敷设方式不合理合闸线
如果未选用带屏蔽层的电缆或者强弱电电缆混合敷设，并且未采取任何防护措施，信号电缆受到干扰的可能性将大大增加。
g. 一次设备接点不良引起的干扰
一次设备接点抖动或接触不良，二次信号继电器性能不良(在直流电源电压波动时出现电颤)都会引起信号的误动。
h. 辐射电磁场
如高频载波、对讲机、电台等都会对变电站中的自动化设备产生干扰。
（2） 干扰的途径
变电站最严重的电磁干扰源是雷电，干扰分为共模干扰和差模干扰共模干扰(也称纵态干扰或共模耦合)是指出现于导线与地之间的干扰差模干扰(也称横态干扰或筹模耦合)是指出现于信号回路内的与正常信号电压相串联的一种干扰。
干扰源通过各种耦合途经作用在一次系统，从干扰源把干扰能量传递到干扰对象有2种方式：传导方式和辐射方式干扰耦合进入控制电路，或从榨制电路传导出去可以进一步分为如下几种方式：
共模阻抗耦合(电导耦合)
如图1所示，当2个或多个电路共用1条线或1个连接点时，将可能产生共模阻抗耦合干扰，干扰水平取决于共模附抗幅值。
(2)容性耦合(电耦合)
如图2所示，弱电系统每部分之间存在电容，任何电压的变化，不管在什么位置，将驱动电流通过电容而传导干扰，产生的干扰电流为：I=Cdu／dt式中，I一通过电路电容的电流；c一2个电路之间的电容；du／dt一第1个电路的电压变化率。对于容性耦合，耦合随导体间的距离增加而减小，高阻抗电路更有益丁容性耦合。
(3)感性耦合
一个电路产生的磁场可能会对另一电路产生电感性耦合，它是由干扰源与被干扰对象之间的互感所引起的，主要由干扰源的电流所决定。
(4)辐射干扰(电磁耦合)
辐射干扰是指一次系统产生的电磁干扰辐射干扰能量通过空间电磁波的形式传播到二次系统中，产生干扰，随二次电缆的接地方式不同形成共模和差模干扰
干扰源对二次回路的耦合是非常复杂的，通常同时存地几种干扰源和几种干扰方式。
另外，变电站内发生工频接地短路时流经接地装置的大电流时产生的地电位差也引起地电位干扰的主要原因，其主要有共模干扰和电容耦合干扰两种干扰形式。
3. 防止地电位升高的措施
3.1金屬屏蔽接地。
埋地电缆是对微机电源产生干扰的主要干扰源，它既是干扰的主要发生器，也是主要的接收器。电缆作为发生器，它向空间辐射电磁噪声；作为吸收器，它能敏感地接收来自邻近下扰源所发射的电磁噪声。因此，采用屏蔽电缆作为抑制地电位干扰的主要措施。
3.2等电位连接。
现代防雷理论里最主要的是均压等电位连接，可以把具体实施雷电防护的措施及各种方法看成是均压等电位连接网络的形成。等电位连接的目的是为了减小防雷空间内各种金属部件及各系统相互间的电位差；实现等电位连接的主体为：设备处在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道、供电线路(含外漏可导电部分)、防雷装置以及由电子设备构成的信息系统。
3.3改善地电位分布限制局部电位升高。
在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑，防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。
3.4降低接地网的接地电阻,限制地电位升高。
有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电站电气装置保护接地的接地电阻宜符合下列要求要求接地网的地电位升高的最大值不超过2000V、因而可以采取以下降阻措施：
(1)充分利用自然接地体降阻：接地体可分为自然接地体和人工接地体，设计中通常采用人丁接地体，以便达到所规定的接地电阻，并避免外界其他因素的影响。人工接地体又可分为水平接地体和垂直接地体。接地体的接地电阻值取决于接地体与大地的接触面积、接触状态和土壤性质。垂直接地体之间的距离为5m左右，顶部埋深0.5～0.8m。接地体与道路或通道出入口的距离不小于3m，当小于3m时，接地体的顶部处应埋深1m以上，或采用沥青砂石铺路面，宽度超过2m。埋在土壤中的接地装置连接部位应按规范规定的搭接长度焊接以达到电气连接。焊接部位应作防腐处理。
在接地工程中，充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物以及上下水金属管道等自然接地体，既能起到了减小接地电阻、均衡电位的目的，又能节约钢材。
(2)外引接地装置：当距发电厂、变电站2000m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极，在低电阻率的地方铺设专门用于降阻的接地装置，可以起到有效的降低工频接地电阻的作用。
(3)采用深井式接地极：当地下较深处有土壤电阻率较低的地质结构时，可用井式或深钻式接地极；把平面地网做成立体地网，利用下层低电阻率的地层来降阻。
(4)填充电阻率较低的物质或降阻剂：当接地电阻的面积一定时，接地电阻与土壤电阻率成正比，如果能想办法降低土壤的电阻率，也可以达到降阻的目的。
4 结论
本文在对变电站地电位干扰源及干扰途径分析的基础上，讨论了防止地位升高的常用措施。根据目前接地系统存在的不足，提出降低接地电阻、改善电位分布、等电位连接以及金属屏蔽接地等抑制地电位升高的措施。