摘要：接地電阻值是發(fā)電廠、變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo),是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求的重要參數(shù)。對于新建站和改造站在接地工程施工完成后,還必須通過實(shí)測來確定其真實(shí)值,以考核是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　關(guān)鍵詞：接地電阻；測量方法；存在問題；解決措施
　　一、 前言
　　接地電阻值是發(fā)電廠、變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo),是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求的重要參數(shù)。對于新建站和改造站在接地工程施工完成后,還必須通過實(shí)測來確定其真實(shí)值,以考核是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；另外,為了檢查運(yùn)行中發(fā)電廠、變電站接地系統(tǒng)的狀況,有關(guān)技術(shù)規(guī)程也規(guī)定了接地電阻的測試周期。因此,接地電阻的測量是接地系統(tǒng)驗(yàn)收和運(yùn)行過程中檢查其合格與否的重要手段。因而,準(zhǔn)確地測量發(fā)電廠、變電站接地系統(tǒng),特別是大型接地系統(tǒng)的真實(shí)接地電阻是長期困擾電力工作者的一大難題。DL475—92《接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則》規(guī)定了對大中型地網(wǎng)應(yīng)采用工頻大電流法,且電流要達(dá)30A；但該方法需要大容量的升流設(shè)備,且引線要滿足電流要求，在現(xiàn)場測量中要滿尺30A的測試電流具有一定的難度。在測試中還要受到地網(wǎng)雜散電流的影響,測量引線互感的影響,放線方向土壤電阻率在各方向不均勻程度的影響。該方法在現(xiàn)場試驗(yàn)中相當(dāng)麻煩,特別是如何升電流到30A,如何有效地排除干擾,是需要我們認(rèn)真研究的課題。
　　二、工頻大量流試驗(yàn)方法及其實(shí)施
　　采用電壓、電流法測量接地電阻的試驗(yàn)接線如圖1所示。這是一種常用的方法。
　　施加電源后，同時(shí)讀取電流表和電壓表值，并按下式計(jì)算接地電阻，即
　　（1）
　　式中Rs——接地電阻，Ω；
　　U——實(shí)測電壓，V；
　　I——實(shí)測電流，A。
　　
　　圖1電壓電流法測接地電阻的試驗(yàn)接線
　　T1-隔離變壓器；T2-變壓器；1-接地網(wǎng)；
　　2-電壓極；3-電流極
　　圖1中，隔離變壓器T1可使用發(fā)電廠或變電所的廠用變或所用變50-200KV，把二次側(cè)的中性點(diǎn)和接地解開，專作提供試驗(yàn)電源用；調(diào)壓器T2可使用50-200KVA的移圈式或其它形式的調(diào)壓器；電壓表PV要求準(zhǔn)確級不低于1.0級，電壓表的輸入阻抗不小于100kΩ，最好用的分辨率不大于1%的數(shù)字電壓表（滿量程約為50V）；電流表PA準(zhǔn)確級不低于1.0級。
　　電極為直線布置
　　發(fā)電廠和變電所接地網(wǎng)接地電阻采用直線布置三極時(shí)，其電極布置和電位分布如圖2所示，其原理接線如圖1所示。
　　
　　圖2測量工頻地裝置的直線三極法電極和電位分布示意圖
　　直線三極法是指電流極和電壓極沿直線布置，三極是指被測接地體1、測量用的電壓極2和測量用的電流極3。一般，d13=（4～5）D，d12=（0.5～0.6）d13，D為被測接地裝置最大對角線的長度，點(diǎn)2可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。
　　實(shí)驗(yàn)步驟如下：
　　（1） 按圖1接好試驗(yàn)接線，并檢查無誤。
　　（2） 用調(diào)壓器升壓，并記錄相對應(yīng)的電壓和電流值，直之升到預(yù)定值，比如30A，并記錄對應(yīng)的電壓值。
　　（3） 將電壓極2沿接地體和電流極方向前后移動三次，每次移動的距離為d13的5%左右，重復(fù)以上試驗(yàn)；三次測得的接地值的差值小于電阻值的差值小于5%時(shí)即可。然后三個(gè)數(shù)的算術(shù)平均值，作為接地體的接地電阻。
　　當(dāng)被測接地裝置的對角線較長，或在某些地區(qū)（山區(qū)或城區(qū)）按要求布置電流極和電壓極有困難時(shí)，可以利用變電所的一回輸電線的兩相導(dǎo)線作為電流線和電壓線。由于兩相導(dǎo)即電壓線與電泫線之間的距離較小，電壓線與電流線之間的互感會引起測量誤差。這時(shí)可用四極補(bǔ)償法進(jìn)行測量。圖3是消除電壓線和電流線之間的互感影響的四極法的原理接線圖。圖3的四極是指被測接地裝置1、測量用的電壓極2、電流極3以及輔助電極4。輔助電極4離被測接地裝置邊緣的距離d14=30-100m，用高輸入阻抗電壓表測量1、2，1、4和2、4之間的電壓。電壓U12、U14和U24以及通過接地裝置流入地中的電流I，得到被測接地裝置的工頻接地電阻。
　　
　　圖3四極法測量工頻接地電阻的原理接線圖
　　1- 被測接地裝置；2-測量有電壓極；3-測量有電流極；4-輔助電極
　　Rg=(2)
　　式中U12——被測接地裝置1和電壓極2之間的電壓；
　　U14——被測接地裝置1和輔助極4之間的電壓；
　　U24——電壓極2和輔助極4之間的電壓；
　　I——通近接地裝置流入地中的試驗(yàn)電流。
　　
　　三、試驗(yàn)中存在的問題及解決措施
　　1、 如何把試驗(yàn)電流升到30A。
　　在試驗(yàn)時(shí),為了有效排除地網(wǎng)雜散電流的干擾,提事測量的信噪比,
　　DL475—92《接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則》規(guī)定了試驗(yàn)電流致少應(yīng)達(dá)30A,但是要把試驗(yàn)電流升到30A并不是一個(gè)容量的事。首先要解決的是試驗(yàn)電源的容量問題；其次是試驗(yàn)電源的輸出電壓；還有如何有效降低測試回路的阻抗間題和試驗(yàn)電源的隔離問題。
　　a、關(guān)于試驗(yàn)電源、用工頻電流、電壓法測量接地網(wǎng)的工頻接地電阻可用單相或三相調(diào)壓器作為試驗(yàn)電源；調(diào)壓器的容量致少應(yīng)達(dá)到100kvA，輸出電壓應(yīng)為0—600v；輸出電流應(yīng)達(dá)0—100A。
　　b、有條件的應(yīng)在調(diào)壓器的前面串接隔離變壓器進(jìn)行隔離,以免造成接地電流產(chǎn)生分流,如我們在測試一個(gè)大型發(fā)電廠升壓站的接地電阻時(shí),使用單相200kvA的調(diào)壓器,調(diào)壓到600v試驗(yàn)電流不到10A,后檢查是從電源變壓器分流所致。如沒有大容量的隔離變壓器,可采用容量合適的廠變或所變代替,或者另外臨時(shí)安裝一臺容量合適的配電變壓器,關(guān)鍵是電源變壓器的中性點(diǎn)不能接地。最好電源變壓器的二次側(cè)不要帶其它負(fù)荷線路,以防有其他不明的分流點(diǎn)。
　　C、盡量的減小試驗(yàn)回路的阻抗當(dāng)調(diào)壓器的輸出電壓一定時(shí),決定能否把試驗(yàn)電流升到預(yù)定值的主要是試驗(yàn)回路的阻抗,回路阻抗主要由以下幾部分組成:
　　Z=Zr+Zl+Zj+Zs(3)
　　式中:Z—試驗(yàn)回路總阻抗,；Zr—調(diào)壓器內(nèi)阻抗,大小與調(diào)壓器容量有關(guān)；Zl—試驗(yàn)回路電流線的阻抗,其值與電流回路的長度和電流線的截面大小有關(guān),因要滿足30A的電流要求,所使用導(dǎo)線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—被試地網(wǎng)的工頻接地阻抗,對大中型地網(wǎng)來說一般不大于5Ω:Zs—試驗(yàn)時(shí)電流接地極的接地阻抗,此阻抗與電流極所在位置的土壤電阻率,電流極接地裝置的型式有關(guān),一般在10∽100之間。當(dāng)調(diào)壓器容量和電流線長度和截面滿足要求后,回路阻抗主要由電流極的接地阻抗決定。因而如何有效地降低電流極的接地電阻就成為試驗(yàn)電流能否升到預(yù)定值的關(guān)鍵。因而,在選定電流極接地點(diǎn)的位置時(shí),一定要選土壤電阻率較低的地方打電流極,必要時(shí)要事先做成一小型試驗(yàn)接地裝置,加食鹽或降阻劑把試驗(yàn)接地裝置的接地阻抗處理到預(yù)定值以下。
　　Zs=-(Zr+Zl+Zj)(4)
　　式中Zs—試驗(yàn)接地裝置的接地阻抗,Ω；U—調(diào)壓器的輸出電壓,v；I—試驗(yàn)電流的預(yù)定值,A；其余同3式。
　　有時(shí)為了減少電壓線和電流線這間互感的影響，使用架空線的一相作電流線,在試驗(yàn)中如遇到升電流有困難時(shí)，應(yīng)檢查架空線路的導(dǎo)線接頭是否接觸好，接觸電阻是否過大，如我們有一次在做一水電廠的接地電阻測試時(shí)，調(diào)壓器調(diào)到滿量程卻升不起電流，最后檢查是由于試驗(yàn)時(shí)所用的35kV架空線路導(dǎo)線弓子接頭長期失修、氧化，使接頭處電阻過大所致，經(jīng)處理后電流才會升到預(yù)定值。
　　四、試驗(yàn)中的主要干擾及消除干擾的措施
　　1．零序電流干擾及抗干擾措施
　　發(fā)電廠、變電所的高壓出線由于負(fù)載不平衡，經(jīng)接地體部有一些零序電流流過，這些電流注過接地裝置時(shí)會在接地裝置上產(chǎn)生電壓率，給測量結(jié)果帶來誤差，常用如下措施進(jìn)行消除。
　　（1）增加測理電流的數(shù)值，消除雜散電流對測量結(jié)果的影響。我們知道接地電阻Rg=即接地電阻等于接地裝置上的電壓降與電流的比值。這個(gè)電壓主要是試難時(shí)施加的測試電流產(chǎn)生的，但是如在地網(wǎng)中的零序電流較大，這個(gè)電流也會在接地裝置上產(chǎn)生壓降影響測試結(jié)果。為了提高測試精度，最有效的辦法是加大測試電流，以減小零序電流分量所占比例。因此，“測量導(dǎo)則”規(guī)定：“通過接地裝置的測試電流大，接地裝置中零序電流和干擾電壓對測量結(jié)果的影響下，即工頻接地電阻的實(shí)測值誤差小。為了減小工頻接地電阻實(shí)測值的誤差，通過接地裝置的測試電流不宜小于30A”。可見，加大測試電流的辦法是減小零序電流干擾的最有效措施。
　　（2）測出干擾電壓U’，估算干擾電流I’。在使用電流電壓法測量工頻接地電阻時(shí)，在開始加壓升流前，先測出接地裝置的零序干擾電壓U’，如圖14-9所示。
　　按圖接好線后，升壓前先將S1斷開，用電壓表先測量零序干擾電壓U＇12、U’14和U’24，然后按式（14-17）估算零序干擾電流的值
　　（5）
　　式中U’12=零序干擾電壓，V；
　　I’——零序干擾電流，A；
　　Rg——接地電阻估算值，。
　　當(dāng)零序干擾電流估出后，試驗(yàn)時(shí)所升的電流I=（15-20）I’，可使沒量誤差不大于5%-7%。
　　
　　圖4消除干擾測量結(jié)果影響的原理接線
　　（3）利用兩次測量的結(jié)果，對數(shù)值進(jìn)行校正，即先用電源正向升流側(cè)出U1，然后將是源反向，測量另一組數(shù)據(jù)U2并測出干擾U’。則
　　（6）
　　式中U——校正后的電壓，V；
　　U1——電源反向前所測數(shù)值，V；
　　U2——電源反向后所測數(shù)值，V；
　　U’——電源斷開后測得的零序干擾電壓，V。
　　如果外界干擾電流的頻率與測量電流的頻率不同，而為其諧波時(shí)，則U1=U2，此時(shí)，
　　（7）
　　（4）對每一個(gè)測點(diǎn)用三相電壓輪換沒量三次，然后按下式計(jì)算接地電阻，即
　　（8）
　　式中Rg——接地電阻，；
　　Ua、Ub、Ue——分別用A、B、C三相電壓時(shí)測得的電壓值，V；
　　Ia、Ib、Ie——與Ua、Ub、Uc電壓相應(yīng)的測量電流，A；
　　U’、I’——干擾電壓和電流。
　　（5）為了準(zhǔn)確的找到“零電位”區(qū)，可求d13=(4-5)D,d12=(0.5-0.6)d13.如d13取（4-5）D有困難，而接地裝置周圍的土壤電阻率又比較均勻，測量引線可適當(dāng)縮短。當(dāng)采用電極直線法布置，允許測量誤差為±5%時(shí)，電壓極的允許范圍是表14-3；當(dāng)允許測量誤差炎10%時(shí)，電壓極布置的允許范圍見表1。
　　
　　表1電極直線法布置誤差±5%時(shí)電壓極的允許范圍
　　d13 5D 3D 2D
　　d12/d13 規(guī)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.消除引線互感對測量的干擾
　　當(dāng)采用電流電壓法測量接地電阻時(shí)，因電壓線和電流線要一起放很長的線距離，引線的互感就會對測量結(jié)果造成影響，為了消除引線互感影響，通常采用以下措施。
　　（1）采用三角形法布置電極，因三角形布置時(shí)，電壓線和電流線相距的較遠(yuǎn)，互感也就小，不會造成大的影響。
　　（2）當(dāng)采用停電的架空線路，直線布置電極時(shí)，可用一根架空線作為電流線，而電壓線則要沿著地面布置，兩者慶相距5-10m。
　　（3）采用四極法可消除引線布感影響，另外還可采用電壓、電流表和功率表法測量。
　　
　　五、對測量儀表和引絲截面的要求
　　
　　（1）電壓表內(nèi)，電壓表與電壓極相串聯(lián)，其內(nèi)阻對測量準(zhǔn)確有影響，此時(shí)電壓表的讀數(shù)為
　　Uv=U-IvR2(9)
　　Iv=(10)
　　解此兩式得
　　（11）
　　式中Uv——電壓表的讀數(shù)，V；
　　U——電壓表和接地體之間實(shí)際電壓，V；
　　RV——電壓表的內(nèi)阻，；
　　R2——電壓極的電阻，；
　　IV——通過電壓表的電流，A。
　　由于RV存在，使得測出的電阻誤差為
　　（12）
　　式中負(fù)號表示測出的接地電阻較實(shí)際值偏小。從式（14-24）看出，如果要求由電壓表內(nèi)阻引起的誤差小于3%時(shí)，則電壓表的內(nèi)阻應(yīng)等于或大于電壓極電阻50倍。
　　若RV小于R250倍，采用電磁或電動式電壓表時(shí)，則應(yīng)按下式校正，即
　　（13）
　　然后近下式計(jì)算接地電阻，即
　　（14）
　　式中Rg——接地電阻，；
　　U——校正后的電壓，V；
　　I——試驗(yàn)電流，A。
　　因此，電壓表應(yīng)采用高內(nèi)阻的，如數(shù)字電壓表、靜電電壓表等。
　　（2）表計(jì)準(zhǔn)確級，測量接地電阻所用的電壓表、電流表、電流互感器等的準(zhǔn)確的不慶低于0.5級。
　　（3）導(dǎo)線截面，測量時(shí)電壓極引線的截面不應(yīng)小于1.0-1.5mm2；電流極引線的截面由電流值的大小而定，選用以每平方毫米5A為宜，與被測接地體連接地導(dǎo)線電阻，應(yīng)不大于接地電阻的2%-3%，并要求接地體的引張?zhí)幹媒?jīng)除銹處理，接觸良好，以避免測量誤差。
　　六、結(jié)束語
　　工頻電流電壓法測大中型接地網(wǎng)的接地電阻是DL475—92《接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則》規(guī)定的方法,且要求試驗(yàn)電流要達(dá)到30A,要達(dá)到這個(gè)電流值需做多方面的工作,并要根據(jù)被試接地網(wǎng)的具體情況采取切實(shí)可行的措施,其主要措施是有效地降低測試回路的阻抗,尤其是要有效地降低電流接地極的接地電阻。在測試時(shí)還要注意各種干擾并采取有效的抗干擾措施。只有這樣才能測出大中型變電站接電阻的真實(shí)值,結(jié)果才是可信的。