大型接地装置工频接地阻抗的测试方法

摘 要:本文综合介绍了大型接地装置工频接地阻抗的测试原理、测试方法以及提高测量精度的措施。重点介绍了常用的夹角布置、倒相操作测试方法，对电力系统大型接地装置接地阻抗的测试具有一定的参考和借鉴作用。

关键字：大型接地装置工频接地阻抗夹角补偿法倒相法

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

大型接地装置是指110KV及以上电压等级变电所的接地装置，装机容量在200MW以上的火电厂和水电厂的接地装置或者等效面积在5000m2以上的接地装置。

接地阻抗，是指接地装置对远方电位零点间的电位差与通过接地装置流入地中的电流的比值。工频接地阻抗是指按工频交流电流求得的接地电阻。有效接地网的接地阻抗规定值要求：Z≤2000/I或Z≤0.5Ω（I＞4000A 为短路电流）。大型接地装置接地阻抗一般要求Z≤0.5Ω。

2 接地阻抗测试的基本原理及误差修正和提高测试精度的措施

2.1 接地阻抗测试的基本原理

接地阻抗测试的理论依据是欧姆定律R=U/I，测试原理如图1。当接地极A与B之间加上交流电压U后，电流自接地极A流入通过接地体E在360°方向呈球面状向大地扩散，通过大地接地极B构成电流回路。这样在接地体E周围的土壤中就形成了电压降，其电压降分布如图1（b）所示。由分布图可知，距离接地体E、接地极B越近，土壤中电流密度越大，单位长度的压降越大相反则越小。当距离AB两极足够远时，就会在其中部，出现逐渐趋于零电位的C点。找到C点测出A 、C之间的电压UAC，测出流经接地体E的电流I,就能计算出接地阻抗Z=UAC/I。

图1接地阻抗（电阻）的测试原理图

（a）接线图 、（b）接地体周围土壤中的电位分布

E—接地体；C—电位探针（电压接地极）；B—电流接地极；PA —电流表；PV—电压表

2.2 测试距离对接地阻抗测量误差的影响

研究发现L(A 、B电极之间距离)与D(接地体E的直径)之间不同距离时，对接地阻抗测量结果存在误差如下表1、2。

表1圆盘接地体不同测试距离时，接地阻抗的误差

表2圆环接地体不同测试距离时，接地阻抗的误差

由表1、2可得出结论：当A 、B电极之间距离 L=5D时，其测量误差达到万分之五，相当于实际接地阻抗；当A B电极之间距离L≥2D时，就可以将误差控制在1%。据此测试距离一般不应小于2D。

2.3 提高精度，减少干扰影响的技术措施

发电厂、变电所中性点接地的电气设备以及电焊机等工作时，由于负载不平衡或直接在地面施工，一些工频零序电流流过接地装置，就会产生零序电压U0，就会影响测试阻抗的真实值。

为了提高测试精度、减小干扰电流的影响，在试验中最有效的抗干扰方法是：增大试验电流。增大试验电流数值，就可相应减少干扰电流所占比重。其次采用倒相法，变更电源输出极性，两次测量求平均值来消除U0的正、负相关的影响。增大测试电流和倒相法同时应用，对减少干扰影响效果最好。第三，对测试方法和测试仪器的正确选择，也是提高精度的重要内容。大型接地装置一般不采用常规接地电阻测试仪，就是因为常规测试仪无法消除地网中干扰电流影响、其次测试距离小于接地网的对角线2倍距离时，误差也较大。

3 大型接地装置接地阻抗的测试方法

大型接地装置一般都是网状的接地网，其接地阻抗测试方法分为远离法和补偿法来两种。

3.1 远离法

远离法就是利用接地网G中心到电流极C距离为5D（D为接地网G的最大对角线）时，在2D左右位置利用电位探针找到电位零点读取电位差U,记下此时的电流值I,通过欧姆定律R=U/I得出接地装置的接地阻抗。其测试布置图如图2

图2用远离法测量接地阻抗的布置图

（a）电压极、电流极在接地网的同侧；（b）电压极、电流极在接地网的不同侧；

远离法的缺点是测试往往受到施工现场不具备空间条件、测试线较长如大几百米甚至几公里、测试工作量大，同时如地下情况复杂时，电位零点也难以确定，而采用较少。

3.2补偿法

3.2.1 直线补偿法：如图3（a）在用直线法测量接地网阻抗时实际上可能不知道接地网的确切中心位置，而把离它x的地方误认为是地网中心，为了消除可能由于x的存在而引起的误差，可以应用三点法测量。这里L1取2D,L2取三个不同的电压极位置（0.8D，1.2D，1.6D）测出三个相应的阻抗值（Z1，Z2，Z3）,利用 Z=-1.330Z1+3.0407Z2-0.7057Z3公式（1）得出接地网的真实阻抗值。

由公式（1）可以得出L2=0.618L1时测量结果比较准确，这就是补偿法。

直线补偿法因受土壤不均匀的影响较大，大型接地装置一般不宜采用该法测试。如果条件所限必须采用时，应注意电流线与电位压线保持尽量远的距离，以减少互感耦合的影响。

图3 采用补偿法时测量接地阻抗的布置图（a）电压、电流极成直线；（b）电流-电压线成夹角θ布置

3.2.2 夹角补偿法，即电流-电压线成夹角θ布置如图3（b），电压、电流测试线等长即L2≈L1时，得到测试值Z′=U/I，按以下公式（2）进行修正得出接地阻抗的实际值Z。

公式（2）这里D为接地体对角线，dPG为L2, dCG为L1，θ为电流-电压线的夹角。当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀的地区，L1可取2D；当土壤电阻率不均匀时，L1可取3D。在土壤电阻率不变的情况下，通常选取夹角θ=30°，由公式（2）可推导出：

当L1=L2=2D时，得出修正公式：Z= Z′*(4/3)=1.3333 Z′公式（3）

当L1=L2=3D时，得出修正公式：Z= Z′*(6/5)=1.2 Z′ 公式（4）

该方法的优点：可以减少引线间互感的影响；在不均匀土壤中，当取L1=2D时，用夹角法的测量结果，相当于L1=3D直线法的测量结果；夹角法电压极附近的电位变化较缓，从29°到60°的电位变化相当于直线法从0.618L1到0.5 L1的电位变化。因此大型接地装置一般采用夹角补偿法的方式测试接地阻抗。

4 夹角布置、倒相操作测试大型接地装置工频接地阻抗的详细操作步骤

4.1测试方法的选择

某电站一次接地网为平面网格状，其对角线直径D为150m，接地网及其周边土壤一致，即土壤电阻率均匀，且周围有一定的空间。根据此状况，接地电阻的测试可以采用夹角布置、倒相操作的方法。为了节约，选择电流-电压线等距2倍对角线长度即L1=L2=2D、取夹角θ=30o、工频测试电流取I=50A。

4.2测试工器具及安全措施的准备

工频220V交流电源1处，100A单相空气开关（1只带漏保）2只，单相隔离变压器、手动调压器（功率10KVA）各1台， HL3电流互感器1只，交流电流表（0.2级）1只，钳型电流卡表1只，高内阻电压表（或FLUKE 117C型数字万用表）1只，接地电阻测试仪（ZC-8或4105型）1台，500V兆欧表1只，10 mm2电源线10m、电流线（10 mm2绝缘铜导线）长度2.2D，电位线（2*2.5mm2铜双绞线）长度2.2D，接地极(圆钢Φ15mm，长度最小0.5m）2根，连接导线（10mm2软裸铜线 ）20m，大铁锤1只；安全措施器具：安全警戒线（长度5D）；警示牌“当心触电，禁止入内”12块，对讲机3对，绝缘靴、安全监护人若干。

4.3 测试接线图 如下

图4中大型接地装置（G接地网）工频接地阻抗测试接线图

5大型接地装置工频接地阻抗测试的质量控制要点

5.1 选择在干燥季节和土壤未冻结时进行，不应在雷、雨、雪中或其后立即进行；

5.2 根据现场土壤电阻率、周边环境条件、测试工具，优化选择测试方法；

5.3 测试导线：截面积必须满足测试电流，长度必须大于2D，导线导通良好、外皮绝缘良好；

5.4 电位-电流线成30°夹角布置，对地绝缘大于0.5MΩ，与接地极连接后确保导通良好。

6 结语

如今我国电厂及超高压变电所建设日新月异，大型接地装置接地阻抗的测试越来越受到重视。本文提供的测试方法在实际应用中误差较小可操作性强，受到我国电气权威武高所的认同。对于土壤电阻率不均匀，空间条件受限制的大型接地装置，可采用直线补偿法，测试结果差异较大时，可采取远离法。最后希望本文对我国电厂及超高压变电所的接地阻抗测试有所帮助。

参考文献：

陈天翔，王寅仲，海世杰，电气试验[M]．北京：中国电力出版社．2008

吕千，陈淑芳 《进网作业电工培训教材》沈阳：辽宁科学技术出版社1993

解广润 《电力系统接地技术》武汉大学：水利电力出版社 1996.11

杜澍春 《交流电气装置接地》 DL/T-621-1997