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  关于大中型接地网工频接地电阻测试的研究    3星级
作者:李景禄  发布时间:2007/10/11  3814  来源:电气商情网
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        长沙理工大学电气与信息工程学院  长沙 410077

摘要:本文对大中型接地网工频接地电阻测试中的地网杂散电流干扰,测量引线的互感干扰

造成的误差进行了分析和探讨;研究了现场测试中不均匀土壤对“零电位点”的影响和“零

电位点”对试验经果的影响;提出了现场消除测量引线互感影响的有效措施;分析了在采用

工频大电流法在试验现场中升不起试验电流的原因,研究出了适合于现场条件并有效升起

工频电流值的方法;对异频测试仪器法和工频电流、电压法的测试结果进行了现场分析和对

比较,认为只要能有效消除测量引线的互感影响,合理选择试验仪器的容量,采用合适的测试

方向并正确的确定“零电位点”后,采用异频法测试大中现接地网的工频接地电阻具有与工

频电流电压法相同测试结果。

关键词:  接地试验   接地电阻   误差分析  

1、引言

    在大、中型接地网的工频接地电阻的试验中由于地网中有杂散电流的干扰,在测量时又

有测量引线互感的影响,为了提高测量的信噪比,提高测试准确度文献[1]规定了测试大、

1

中型接地网工频接地电阻的方法,即工频电流、电压法,且试验电流要求达 30A 及以上 ;

为消除测量引线的互感影响文献[1]推荐了消除互感的方法—“四极补偿法”;为了找准

“零电位点”,  文献[1]规定了测试中电流引线的长度要达地网对角长度的 3 倍以上。在

现场试验中要完全采用文献[1]推荐存方法往往有许多困难,比如要把试验电流升到规定

值就牵扯到试验变压器的容量问题,试验引线的截面问题;采用“四极补偿法”补偿接地极

的位置问题;采用 3D 4D 法是为了准确的找到“零电位点”,这在均匀土壤中是可行的,

但是在不均匀土壤中“零电位点”是不同的,因而就有不同的测试方向有不同的测试结果。

因为采用工频电流电压法要求试验电流大,现场升流困难,工作量大,因而在接地电阻测试中

出现了变频接地电阻试验仪、异频接地电阻试验仪,那么这些仪器在现场测试方面与工频电

流、电压法有多少等同性?在什么情况下与工频电流、电压法等同?以及应如何选用仪器

才能测出准确的结果?这些都是我们在接地试验时应认真对待和研究的。

2、工频电流、电压法在现场测试中存在的问题分析和解决措施

  1

 

2.1、工频大电流的获得  在现场采用电流、电压法测试接地电阻时最为困难的是如何把试

验电流升到 30A,因为采用电压、电流法测量接地电阻的试验接线如图 1 所示。这是一种常

用的方法。施加电源后,同时读取电流表和电压表值,并按下式计算接地电阻,即

U

Rs =                1

I

式中  Rs——接地电阻,Ω;

        U——实测电压,V

        I——实测电流,A

T1 T2

U

V

PV

A PA

1

2 3

 

1  电压电流法测接地电阻的试验接线

T1-隔离变压器;T2-变压器;1-接地网;

2-电压极;3-电流极

在试验时,为了有效排除地网杂散电流的干扰,提事测量的信噪比,文献[1]规定试验

电流致少应达 30A,但是要把试验电流升到 30A 并不是一个容量的事。首先要解决的是试验

电源的容量问题;其次是试验电源的输出电压;还有如何有效降低测试回路的阻抗间题和试

验电源的隔离问题。关于试验电源、用工频电流、电压法测量接地网的工频接地电阻可用

单相或三相调压器作为试验电源;调压器的容量致少应达到 100kvA,输出电压应为 0600v;

输出电流应达 0100A。这在现场虽说比较困难但还容易做得到,而最困难的是需在调压器

的前面串接隔离变压器进行隔离,因为大容量的隔离变压器一般沒有,定型的隔离变压器只

  2

 

30kvA ,再大容量的就要特殊定做,一般买不到现成的产品。如不用隔离变压器进行隔

离就会产生分流而升不起电流如我们在测试一个大型发电厂升压站的接地电阻时,使用单

200kvA 的调压器,调压到 600v 试验电流不到 5A,后检查是从电源变压器分流所致。后来

经反复的现场探索试验、隔离变压器 T1 可使用发电厂或变电所的大容量的厂用变或所用变

压器把二次侧的中性点和接地解开,作电源变压器和隔离变压器使用,取得了满意的升流效

果。把厂变或所用变的其他二次负荷和接地点解开主要是防止分流,起到隔离变压器的作

用。

其次是如何有效降低试验回路的阻抗问题,在试验时应尽量的减小试验回路的阻抗 

调压器的输出电压一定时,决定能否把试验电流升到预定值的主要是试验回路的阻抗,回路

阻抗主要由以下几部分组成:

   Z=Zr+Zl+Zj+Zs                           (2)

式中:Z—试验回路总阻抗,; Zr—调压器内阻抗,大小与调压器容量有关; Zl—试验回路电流

线的阻抗,其值与电流回路的长度和电流线的截面大小有关,因要满足 30A 的电流要求,所使

用导线的截面一般不能太小,所以 Zl 在回路阻抗中所占比例也不大;Zj—被试地网的工频接

地阻抗,对大中型地网来说一般不大于 5Ω:Zs—试验时电流接地极的接地阻抗,此阻抗与电

流极所在位置的土壤电阻率,电流极接地装置的型式有关,一般在 10100 之间。当调压器

容量和电流线长度和截面满足要求后,回路阻抗主要由电流极的接地阻抗决定。因而如何有

效地降低电流极的接地电阻就成为试验电流能否升到预定值的关键。因而,在选定电流极接

地点的位置时,一定要选土壤电阻率较低的地方打电流极,必要时要事先做成一小型试验接

地装置,加食盐或降阻剂把试验接地装置的接地阻抗处理到预定值以下。

U

      Zs= -(Zr+Zl+Zj)                        (3)

I

式中  Zs—试验接地装置的接地阻抗, Ω;U—调压器的输出电压,v;I—试验电流的预定

,A;其余同(2)式。有  时为了减少电压线和电流线放线的工作量,常使用架空线的两相

作电流线和电压线,在试验中如遇到升电流有困难时,应检查架空线路的导线接头是否接触

好,接触电阻是否过大,也会升不起电流。如我们有一次在做一水电厂的接地电阻测试时,

调压器调到满量程却升不起电流,最后检查是由于试验时所用的 35kV 架空线路导线弓子接

  3

 

头长期失修、氧化,使接头处电阻过大所致,经处理后电流才会升到预定值。

2.2、测量引线互感的影响及消除措施  由于大、中型接地网的工频接地电阻一般都比

较小,大多不到 1Ω,而试验时试验引线—电流和电压线又比较长,试验电压又是工频交流电

,其电流线和电压线的互感影响就造成了较大的测量误差,特别是采用架空线路的两相作

试验引线时更为突出。为此,文献[1]推荐采用四极补偿法代替三极法消除互感的影响。

其试验接线如图 2 所示,是消除电压线和电流线之间的互感影响的四极法的原理接线图。图

2 的四极是指被测接地装置 1;测量用的电压极 2;电流极 3 以及辅助电极 4。辅助电极 4

被测接地装置的边缘用高输入阻抗电压表测量 1214 24 之间的电压。 电压 U12

U14 U24 以及通过接地装置流入地中的电流 I,得到被测接地装置的工频接地电阻。

2   四极法测量工频接地电阻的原理接线图

1-  被测接地装置; 2-测量有电压极; 3-测量有电流极; 4-辅助电极

1 2 2 2

Rg= (U +U -U )                     (4)

12 12 24

2U I

14

式中  U12——被测接地装置 1 和电压极 2 之间的电压;

U14——被测接地装置 1 和辅助极 4 之间的电压;

U24——电压极 2 和辅助极 4 之间的电压;

I——通近接地装置流入地中的试验电流。

     采用四极补偿法理论上虽能消除电流线和电压线之间互感的影响,但实际测量时仍存

在问题,这就是补偿极 4 的位置问题,因为补偿电极位置的改变,试验结果也会随之改变,并不

能准确的消除测量引线互感的影响,这己为大量的现场试验所证实。通过大量的实践探索,

  4

 

我们认为最有效的消除引线互感影响的方法是把电流线和电压线之间的相对距离加大,

如相距 5m 以上就能有效消除之间的互感影响。在利用架空线作试验线路时,可用架空线路

的一相作为电流线(因为电流线因电流大有截面要求),而在地面另放一根导线作为电压测

2

量线,这样可以有效的消除引线互感的影响

2.3、零电位点的确定与测试方向的影响   使用电流、电压法测接地网的工频接地电

阻时,要求电流极引线的长度 d13 要达到地网对角线长度的 25 ,而电压极引线的长度为

电流极为 d13 0.618 倍或 0.6 倍。这主要是出于“零电位点”的确定。在均匀土壤中,电流

引线的长度达到地网对角线的3,即可把测量误差控制在5%以内,这在工程上是可以接受

的。但是在现场测量时发现同一接地网向不同的方向放测量线,其测量结果有很大的差别,

在山区和地形、地势复杂的地区这种现象尤为突出。这主要是由于不同的测量方向土壤电

阻率的均匀度不同,特别是由于地质发生断层,土壤电阻率不均匀影响了“零电位点”的位

置。在采用三极法测接地网的工频接地电阻时其电极布置和电位分布如图 3 所示。

3   测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图

我们知道,电场强度 E=Jρ,ρ为土壤电阻率,而电场中任意两点间的电位差,等于

电场强度在两点之间的线积分。设无穷无远处的电位为零,所以距离接地网中心x(x rg)

处所具有的电压为

x

x x -ρ ? ρl ?

U = -Edx = dx =        5

2 ? ?

2 x 2πx

π ? ?

由式(5)知,电极 12、之间出现的电位差为

  5

 

Iρ 1 1

U'= ( - )                              6

2π r d

g 12

电极 3 使 12、之间出现的电差为

Iρ 1 1

U'= ( - )                            7

2π d d

23 13

1  2 电极之间的总电位等于 U’与 U”之和,即

Iρ 1 1 1 1

U =U'+U''= ( - + - )                        8

2π r d d d

g 12 23 13

因此 12 极之间呈现一的电阻 Rg

U ρ 1 1 1 1

R = = ( - + - )                          9

g

I 2π r d d d

g 12 23 13

接地体 1 的接地电阻实际值为

ρ

               R=                               10

2πr

g

式中 R——接地体的实际电阻;

rg—接地网的等效半径;

要使测量的接地电阻 Rg,等于接地体的实际接地电阻 R,就必须使式(9)式(10)式

相等,即

1 1 1

- - =0                           11

d d d

23 12 13

d12=d13,d23=(1-a)d13,代入式(11)得

1 1

- -1=0

1-a a

2

                       a +a-1=0

 

解得                     a=0.618

系数 a 表明,如果电流极不置于无穷远处,则电压极必须放在电流与被测接地体两

  6

 

者之间,距接地体 0.618d13 处,即可测得接地体的真实接地电阻值,此方法称为 0.618

法或补偿法。

这一结论的应用是有范围的,与假设的前提有关,即仅在接地体为半球形,球形中

心位的已知没有半球形,土壤电阻率均匀一致,镜象的影响忽略不计时适用。但实际情况下

接地体一般为网状,如测试放线方向的土壤再不均匀,比如有山谷、河流等使土壤电阻率在

测试方向发生突变,则在距接地体 0.618d13 处就不再是“零电位点”,而使测量产生误差。

这也就不难理解在山区和地形、地势复杂的地区测试接地装置的接地电阻时,改变测试方向

会出现不同的则试结果了。所以在测试接地装置的接地电阻时,其放线方向应尽可能的向土

壤比较均匀的方向放测量线,而不要向土壤不均匀或地质有突变的方向测量。

    2.4、异频、变频接地测量仪法与电流、电压法的等同性 由于采用电流、电压法测量

接地网的接地电阻需使用大型设备,试验条件要求苛刻,试验工作量大,许多地方无法满

足试验条件,因而近来许多地方采用异频或变频仪器对大、中型接地网的接地电阻进行测

量。但是采用异频、变频接地测量仪法与电流、电压法的等同性如何?以及在什么条件,

什么情况下可以采用异频、变频接地测量仪法测量,在测量中应注意什么问题,则是我们在

现场试验时应该注意的。为此,我们在现场接地试验时对异频、变频接地测量仪法与电流、

电压法进行了大量的对比试验,发现只要我们注意以下一些方面的事情是可以用异频、变频

接地测量仪法替代电流、电压法的。

   1)、注意消除地网杂散电流的影响  采用电流、电压法并要求升电流到 30A 及以上主

要是为了消除地网杂散电流的影响,提高测量时的信噪比。在地网杂散电流较小时, 异频、

变频接地测量仪法与电流、电压法有很好的等同性。如我们在浙江某 110kv 变电所测接地

电阻时,地网杂散电流为 0.3A,用相同的电流、电压极,采用异频接地电阻测试仪测的结果

1.81Ω,而采用工频电流、电压法测得的接地电阻为 1.79Ω,两者具有很好的等同性。当

地网杂散电流较大时,可在试验时暂时接开变电所变压器中性点的接地,以降低杂散电流的

干扰,并使用容量较大的异频、变频接地测量仪,可以获得较为准确的测量结果。

. 2)、布线时,加大电流、电压线距离,消除引线互感的影响 不管是异频法还是变频法,

都属于交流测量,引线之间都会有互感存在,如不注意都会影响测量结果,因而在测量时最

好把电流线和电压线分开,并使其之间的距离不小于 5m,就可有效消除互感的影响。

  7

 

3)、选择合适的测量方向和放线长度找出零电位点,消除土壤不均匀造成的影响 

用异频、变频接地电阻测量仪进行接地电阻测量与使用工频电流、电压法测量一样,测量电

流引线的长度要达到地网对角线长度么 35 倍。测量放线方向要选择土壤均匀的方向,

要向土壤不均匀或地质有突变的方向测量。以防因土壤电阻率的不均匀或突变,影响“零电

位点”的位置,产生测量误差。

3、结束语

     工频电流、电压法和异频、变频法测大中型接地网的接地电阻在一定的条件下具有等

同性,在测量时都要注意消除地网杂散电流的影响;测量引线互感的影响;采取合适的测量方

向和放线长度,要根据被试接地网的具体情况采取切实可行的措施,只有这样才能测出大中

型变电站接电阻的真实值,获得真实可信的测试结果。

参考文献

1DL47592《接地装置工频特性参数的测量导则》[S]中国电力出版社

2、李景禄,实用电力接地技术[M]中国电力出版社 93-99,202 年第一版。
责任编辑:168dq  
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