响水水电站扩机工程接地电阻测量与分析

摘 要 接地电阻值是接地系统的重要技术指标， 是衡量接地系统的有效性、安全性以及判定接地系统是否符合设计要求的重要参数。本文通过对响水水电站扩机工程接地电阻的测量，对接地电阻的测量原理，方法及优缺点进行了总结。

关键词 响水；接地电阻测量；自动抗干扰

中图分类号O4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0176-03

1 接地电阻测量的意义

接地装置是确保电气设备在正常和事故情况下可靠和安全运行的主要保护措施之一。接地电阻值是衡量发变电站接地系统的有效性、安全性以及判定接地系统是否符合设计要求的重要参数。近年来，国内许多地区连续发生多起因接地网不满足要求而引起的设备损坏事故，多数与地网接地电阻不合格有关。接地网起着工作接地和保护接地的作用，若接地电阻过大，则发生接地故障时，中性点电压偏移增大，可能使健全相和中性点电压过高，而造成设备损坏；而在雷击或雷电波袭击时，由于电流很大，产生很高的残压，会使附近的设备遭到反击而损坏设备。同时接地系统的接地电阻是否合格直接关系到电站运行、检修人员的人身安全。因此在接地工程施工完成后， 必须通过测量来确定其真实的接地电阻值，以判定是否达到设计要求。

2 工程概况

贵州六盘水响水水电站扩机工程是贵州省重点建设项目，位于六盘水北盘江上游云贵两省界河河段，是在已建成的响水水电站的基础上进行扩机的工程，装机容量为130兆瓦。扩机工程是在已建电站的基础上，利用已建成的水库，在库首右岸上游增设一进水口，经引水隧洞和高压埋管引水至已建电站上游附近建厂发电。工程主要有进水口工程、引水隧洞工程、调压井及高压埋管工程、厂房工程等。

3 接地装置施工情况

工程地处山区，大部分都是石类的地质条件，山区的地质较硬，土层稀薄。而工程设计要求厂房及出线场接地网接地电阻需小于0.42Ω，这就对接地网的施工提出了更高的要求。目前常用的降低接地电阻的技术措施有以下几种：

1）换土。这种方法是采用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围半米以内及接地体长度的1/3处，替换土壤应采用随取随埋的作法，不破环土壤原有的特性，以保持此法的有效性。但这种方法对耗时耗力；

2）深埋法。当地下深处的土壤或水电阻率较低时，深埋接地体，对降低接地电阻的作用非常显著。这种方法对含砂土壤最有效果，且无须考虑土壤冻结和干燥等其它影响土壤电阻率的不稳定因素，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大；

3）外引接地法。当在接地装置附近有导电良好的土壤或不冻的河流湖泊时，可采用此法，对降低接地电阻也有效。外引接地一般采用排状或环状。水底安装接地体最好装在有河沙堆积的地方，如果水中含有腐蚀性物质，必须对接地体进行防腐处理；

4）人工处理法。在接地体周围土壤中加入化学物，如煤渣、木炭、炉渣、炭粒以及盐类等，提高接地体周围土壤的导电性。这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性、加速接地体的腐蚀、减少接地体的使用年限。因此，万不得以的情况下才建议采用；

5）降阻剂法。在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。降阻剂是由多种无机盐或有机物所组成的，因而有较好的吸水保湿性能，保持了土壤的湿润度，加强盐类溶液的离子化，增强它的导电性。

结合响水电站地质条件，为降低接地网的接地电阻，通过比较分析采取了外引接地法来降低接地网的接地电阻。厂房及出线场接地网从在尾水出口沿河道使用热镀锌扁钢外引了约50m宽200m长的接地网。施工完成后整个接地网面积约14500m2，最大对角线约310m。

4 接地电阻测量方法

4.1 工频电流电压表法测量

当前，较为常用的接地电阻测量方法是工频电流电压表法。其测量方法如图1所示，测量时在电源两端分别接上电流表、电压表和开关。当开关闭合后，用电流表测出线路中的电流I。用高内阻电压表测出接地极与电压极之间的电位差U。最后用公式R=U/I计算出接地电阻值。

其原理是在接地体E与电流极C之间加上交流电源U后，通过大地构成电流回路。当电流从接地体E向大地扩散时，在接地体周围土壤中产生压降。距离接地体E和电流极C越近，土壤中电流密度越大，单位长度上的压降越大；距离接地体E和电流极C越远，电流密度越小，单位长度上的压降越小；当处于接地体E和电流极C之间合适的区域时，压降近乎为零。测量过程中就是改变电压极P的位置，找到这个区域后，用电压表测得电压值U，除以电流表测得的电流值I，计算出接地电阻值。

4.2 工频电流电压表法测量的不足之处

使用工频电流电压表法测量接地电阻时，由于受不平衡零序电流以及射频等各种干扰，使得测试结果产生很大的误差。另外外界环境对测试结果也影响较大，特别是在气候多雨、空气潮湿，地形多山、土壤电阻率不均匀的地方，使用工频电流电压表法测量存在很大的难度，测量结果的准确性也无法保证。

4.3 自动抗干扰地网电阻测量仪测量

自动抗干扰地网电阻测量仪是测量接地装置特性参数的专用仪器。仪器采用变频抗干扰技术，能在强干扰环境下准确测量。仪器符合JJG 984-2004《接地导通电阻测试仪检定规程》和DL/T 475-2006《接地装置特性参数测量导则》，适用于发电厂、变电站、配电站、建筑物等在建或运行接地系统的测试。

4.4 自动抗干扰地网电阻测量仪测量的优点

与工频电流电压表法相比，自动抗干扰地网电阻测量仪采用变频抗干扰技术，能将工频干扰抑制到万分之一以下。采用了5A大电流测量，这种情况下可以基本忽略干扰的存在。同时自动抗干扰地网电阻测量仪的数据准确性高，仪器采用了全数字信号处理技术，测量数据准确、可靠、稳定。采用标准四极法测量，消除了导线引起的测量误差，更能真实反映地网的实际特性。

4.5 测量方法的比较与选择

由于工频电流电压表法测量是通过加大测试电流来加大信号电压和信号电流，从而提高信噪比，减小测量误差。因此这种方法需要很大的测试电流（DL/T475-2006推荐不宜小于50A），这就使得试验设备非常笨重，且放线劳动强度很大，耗时耗力。而使用自动抗干扰地网电阻测量仪测量，由于采用自动变频测量技术，具有优异的抗干扰能力，测试数据非常稳定，能在强干扰环境下测得 50Hz 的准确数据；该仪器还采用傅立叶变换数字波形分析技术，测量数据准确可靠。不需很大的试验电流，就能准确地测得地网的接地电阻。综合比较后确定使用自动抗干扰地网电阻测量仪来进行接地电阻的测量。

5 试验方案

试验使用自动抗干扰地网电阻测量仪进行测量。响水水电站扩机工程厂房及出线场沿下游方向有一条简易公路，公路在1500m范围内近似为直线，故采用直线法的原理进行放线测量。其测量原理如图2所示，电流极、电压极与待测接地装置呈直线。通常电流极C与被试接地装置边缘的距离dCG应为地网对角线长度的4～5倍；电压极P与被试接地装置边缘的距离dPG通常为（0.5～0.6）dCG。在放线时，应使电流线和电压线保持尽量远的距离，以减小电磁耦合对测试结果的影响。应尽量减小电流极电阻，如果必要可浇水降低电阻。用仪器“电流极”或“电压极”方式测量，电流极电阻应小于80Ω，电压极应小于200Ω。

据此原理，整个接地网形状呈长方形，面积约14500m2，最大对角线约310m。则 dCG=（4-5）D =（4-5）×310=1240-1550m，电流极距接地网距离控制在1300米左右；相应的电压极距接地网距离dPG=（0.5-0.6） dCG =（0.5-0.6）×1300=650-780m。

另外试验过程中还应注意以下事项：

1）由于土壤湿度对接地电阻的影响很大，因此不宜在刚下雨后进行；

2）注入接地电流测量接地电阻时，会在接地装置注入处和电流极周围产生较大的电压降，因此，在试验时因采取安全措施，不应有人或动物进入；

3）试验时全站所有架空避雷线与地网断开，使被测地网成为孤立地网。

6 试验步骤

1）将电压极、电流极布线。电压极引线和电流极引线使用2×2.5mm2铜芯胶质线。电压极距地网距离为dPG，电流极距地网距离为dCG。电压极引线和电流极引线之间距离不小于2m，以减小互感耦合对测试结果的影响；

2）电流极由6根1.2m长Φ20圆钢打入实土并联组成，电压极各采用1根1.2m长Φ20圆钢打入实土；

3）布线完成后将自动抗干扰地网电阻测量仪按使用说明接线；

4）加电源，用仪器“电流桩”或“电压桩”方式测量，电流桩电阻应小于80Ω，电压桩应小于200Ω；

5）将自动抗干扰地网电阻测量仪的输出电流升至试验电流（5A）；

6）准确读出测得的地网接地电阻值；

7）记录数据后关掉电源；

8）改变电压极位置，使dPG2= dPG-0.05×dCG；

9）重复上述步骤（5），（6），（7）进行测量；

10）改变电压极位置，使DPG3= dPG+0.05×dCG ；

11）重复上述步骤（5），（6），（7）进行测量；

12）将上述三次测量结果相比较，如三次测量的电阻值误差在5%以内即可；

13）试验结束，清理现场。

7 试验结果

实际试验过程中测量的线路从厂房门口测量接地极向下游方向放线，电流极距地网约1300m，电压极距地网约800m。采用自动抗干扰地网电阻测量仪根据直线法的原理，在间隔约50m的位置设置了三个电压极测量比较。分别测得的接地电阻值为：0.4026Ω，0.3973Ω，0.4155Ω. 由此可以确定响水电站扩机工程厂房及出线场接地网的接地电阻值符合设计与规范的要求。

8 结论

试验结果表明在地质条件不好的地区，通过使用外引接地法能有效的降低接地电阻，使接地网的接地电阻符合设计要求，从而有效的防止设备损坏，为工作人员创造一个安全可靠的工作环境。而使用采用变频法的自动抗干扰地网电阻测量仪进行接地电阻测量，有效的避免了各种干扰，测量数据准确可靠。同时较工频电流电压表法减少了大容量电源的需求以及布线的难度，工作量显著降低，在今后的测量中应大力推广，以充分发挥现代智能方法的综合优势，不断提高测量方法的准确性和实用性。

参考文献

[1]JJG 984-2004 接地导通电阻测试仪检定规程.

[2]DL/T 475-2006 接地装置特性参数测量导则.

[3]GB50150-2006 电气装置安装工程电气设备交接试验标准.