大中型地网接地电阻测量方法研究

　　摘要：接地电阻值是发电厂、变电站接地系统的重要技术指标,是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合设计要求的重要参数。对于新建站和改造站在接地工程施工完成后,还必须通过实测来确定其真实值,以考核是否达到设计要求。
　　关键词：接地电阻；测量方法；存在问题；解决措施
　　一、 前言
　　接地电阻值是发电厂、变电站接地系统的重要技术指标,是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合设计要求的重要参数。对于新建站和改造站在接地工程施工完成后,还必须通过实测来确定其真实值,以考核是否达到设计要求；另外,为了检查运行中发电厂、变电站接地系统的状况,有关技术规程也规定了接地电阻的测试周期。因此,接地电阻的测量是接地系统验收和运行过程中检查其合格与否的重要手段。因而,准确地测量发电厂、变电站接地系统,特别是大型接地系统的真实接地电阻是长期困扰电力工作者的一大难题。DL475—92《接地装置工频特性参数的测量导则》规定了对大中型地网应采用工频大电流法,且电流要达30A；但该方法需要大容量的升流设备,且引线要满足电流要求，在现场测量中要满尺30A的测试电流具有一定的难度。在测试中还要受到地网杂散电流的影响,测量引线互感的影响,放线方向土壤电阻率在各方向不均匀程度的影响。该方法在现场试验中相当麻烦,特别是如何升电流到30A,如何有效地排除干扰,是需要我们认真研究的课题。
　　二、工频大量流试验方法及其实施
　　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
　　（1）
　　式中Rs——接地电阻，Ω；
　　U——实测电压，V；
　　I——实测电流，A。
　　
　　图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
　　图1中，隔离变压器T1可使用发电厂或变电所的厂用变或所用变50-200KV，把二次侧的中性点和接地解开，专作提供试验电源用；调压器T2可使用50-200KVA的移圈式或其它形式的调压器；电压表PV要求准确级不低于1.0级，电压表的输入阻抗不小于100kΩ，最好用的分辨率不大于1%的数字电压表（满量程约为50V）；电流表PA准确级不低于1.0级。
　　电极为直线布置
　　发电厂和变电所接地网接地电阻采用直线布置三极时，其电极布置和电位分布如图2所示，其原理接线如图1所示。
　　
　　图2测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图
　　直线三极法是指电流极和电压极沿直线布置，三极是指被测接地体1、测量用的电压极2和测量用的电流极3。一般，d13=（4～5）D，d12=（0.5～0.6）d13，D为被测接地装置最大对角线的长度，点2可以认为是处在实际的零电位区内。
　　实验步骤如下：
　　（1） 按图1接好试验接线，并检查无误。
　　（2） 用调压器升压，并记录相对应的电压和电流值，直之升到预定值，比如30A，并记录对应的电压值。
　　（3） 将电压极2沿接地体和电流极方向前后移动三次，每次移动的距离为d13的5%左右，重复以上试验；三次测得的接地值的差值小于电阻值的差值小于5%时即可。然后三个数的算术平均值，作为接地体的接地电阻。
　　当被测接地装置的对角线较长，或在某些地区（山区或城区）按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。由于两相导即电压线与电泫线之间的距离较小，电压线与电流线之间的互感会引起测量误差。这时可用四极补偿法进行测量。图3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3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离被测接地装置边缘的距离d14=30-100m，用高输入阻抗电压表测量1、2，1、4和2、4之间的电压。电压U12、U14和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。
　　
　　图3四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
　　Rg=(2)
　　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。
　　
　　三、试验中存在的问题及解决措施
　　1、 如何把试验电流升到30A。
　　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,
　　DL475—92《接地装置工频特性参数的测量导则》规定了试验电流致少应达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。
　　a、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0—600v；输出电流应达0—100A。
　　b、有条件的应在调压器的前面串接隔离变压器进行隔离,以免造成接地电流产生分流,如我们在测试一个大型发电厂升压站的接地电阻时,使用单相200kvA的调压器,调压到600v试验电流不到10A,后检查是从电源变压器分流所致。如没有大容量的隔离变压器,可采用容量合适的厂变或所变代替,或者另外临时安装一台容量合适的配电变压器,关键是电源变压器的中性点不能接地。最好电源变压器的二次侧不要带其它负荷线路,以防有其他不明的分流点。
　　C、尽量的减小试验回路的阻抗当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(3)
　　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10∽100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。
　　Zs=-(Zr+Zl+Zj)(4)
　　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—试验电流的预定值,A；其余同3式。
　　有时为了减少电压线和电流线这间互感的影响，使用架空线的一相作电流线,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，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。
　　四、试验中的主要干扰及消除干扰的措施
　　1．零序电流干扰及抗干扰措施
　　发电厂、变电所的高压出线由于负载不平衡，经接地体部有一些零序电流流过，这些电流注过接地装置时会在接地装置上产生电压率，给测量结果带来误差，常用如下措施进行消除。
　　（1）增加测理电流的数值，消除杂散电流对测量结果的影响。我们知道接地电阻Rg=即接地电阻等于接地装置上的电压降与电流的比值。这个电压主要是试难时施加的测试电流产生的，但是如在地网中的零序电流较大，这个电流也会在接地装置上产生压降影响测试结果。为了提高测试精度，最有效的办法是加大测试电流，以减小零序电流分量所占比例。因此，“测量导则”规定：“通过接地装置的测试电流大，接地装置中零序电流和干扰电压对测量结果的影响下，即工频接地电阻的实测值误差小。为了减小工频接地电阻实测值的误差，通过接地装置的测试电流不宜小于30A”。可见，加大测试电流的办法是减小零序电流干扰的最有效措施。
　　（2）测出干扰电压U’，估算干扰电流I’。在使用电流电压法测量工频接地电阻时，在开始加压升流前，先测出接地装置的零序干扰电压U’，如图14-9所示。
　　按图接好线后，升压前先将S1断开，用电压表先测量零序干扰电压U＇12、U’14和U’24，然后按式（14-17）估算零序干扰电流的值
　　（5）
　　式中U’12=零序干扰电压，V；
　　I’——零序干扰电流，A；
　　Rg——接地电阻估算值，。
　　当零序干扰电流估出后，试验时所升的电流I=（15-20）I’，可使没量误差不大于5%-7%。
　　
　　图4消除干扰测量结果影响的原理接线
　　（3）利用两次测量的结果，对数值进行校正，即先用电源正向升流侧出U1，然后将是源反向，测量另一组数据U2并测出干扰U’。则
　　（6）
　　式中U——校正后的电压，V；
　　U1——电源反向前所测数值，V；
　　U2——电源反向后所测数值，V；
　　U’——电源断开后测得的零序干扰电压，V。
　　如果外界干扰电流的频率与测量电流的频率不同，而为其谐波时，则U1=U2，此时，
　　（7）
　　（4）对每一个测点用三相电压轮换没量三次，然后按下式计算接地电阻，即
　　（8）
　　式中Rg——接地电阻，；
　　Ua、Ub、Ue——分别用A、B、C三相电压时测得的电压值，V；
　　Ia、Ib、Ie——与Ua、Ub、Uc电压相应的测量电流，A；
　　U’、I’——干扰电压和电流。
　　（5）为了准确的找到“零电位”区，可求d13=(4-5)D,d12=(0.5-0.6)d13.如d13取（4-5）D有困难，而接地装置周围的土壤电阻率又比较均匀，测量引线可适当缩短。当采用电极直线法布置，允许测量误差为±5%时，电压极的允许范围是表14-3；当允许测量误差炎10%时，电压极布置的允许范围见表1。
　　
　　表1电极直线法布置误差±5%时电压极的允许范围
　　d13 5D 3D 2D
　　d12/d13 规定值 0.56-0.666 0.585-0.646 0.594-0.634
　　 近似值 0．62±0.05 0.62±0.03 0.62±0.02
　　2.消除引线互感对测量的干扰
　　当采用电流电压法测量接地电阻时，因电压线和电流线要一起放很长的线距离，引线的互感就会对测量结果造成影响，为了消除引线互感影响，通常采用以下措施。
　　（1）采用三角形法布置电极，因三角形布置时，电压线和电流线相距的较远，互感也就小，不会造成大的影响。
　　（2）当采用停电的架空线路，直线布置电极时，可用一根架空线作为电流线，而电压线则要沿着地面布置，两者庆相距5-10m。
　　（3）采用四极法可消除引线布感影响，另外还可采用电压、电流表和功率表法测量。
　　
　　五、对测量仪表和引丝截面的要求
　　
　　（1）电压表内，电压表与电压极相串联，其内阻对测量准确有影响，此时电压表的读数为
　　Uv=U-IvR2(9)
　　Iv=(10)
　　解此两式得
　　（11）
　　式中Uv——电压表的读数，V；
　　U——电压表和接地体之间实际电压，V；
　　RV——电压表的内阻，；
　　R2——电压极的电阻，；
　　IV——通过电压表的电流，A。
　　由于RV存在，使得测出的电阻误差为
　　（12）
　　式中负号表示测出的接地电阻较实际值偏小。从式（14-24）看出，如果要求由电压表内阻引起的误差小于3%时，则电压表的内阻应等于或大于电压极电阻50倍。
　　若RV小于R250倍，采用电磁或电动式电压表时，则应按下式校正，即
　　（13）
　　然后近下式计算接地电阻，即
　　（14）
　　式中Rg——接地电阻，；
　　U——校正后的电压，V；
　　I——试验电流，A。
　　因此，电压表应采用高内阻的，如数字电压表、静电电压表等。
　　（2）表计准确级，测量接地电阻所用的电压表、电流表、电流互感器等的准确的不庆低于0.5级。
　　（3）导线截面，测量时电压极引线的截面不应小于1.0-1.5mm2；电流极引线的截面由电流值的大小而定，选用以每平方毫米5A为宜，与被测接地体连接地导线电阻，应不大于接地电阻的2%-3%，并要求接地体的引张处置经除锈处理，接触良好，以避免测量误差。
　　六、结束语
　　工频电流电压法测大中型接地网的接地电阻是DL475—92《接地装置工频特性参数的测量导则》规定的方法,且要求试验电流要达到30A,要达到这个电流值需做多方面的工作,并要根据被试接地网的具体情况采取切实可行的措施,其主要措施是有效地降低测试回路的阻抗,尤其是要有效地降低电流接地极的接地电阻。在测试时还要注意各种干扰并采取有效的抗干扰措施。只有这样才能测出大中型变电站接电阻的真实值,结果才是可信的。