異頻法在接地電阻測(cè)量中的應(yīng)用

譚惠芬 馮雪翀

(廣州市氣象局，廣東 廣州 510000) (高明市氣象局，廣東 高明 528500)

異頻法在接地電阻測(cè)量中的應(yīng)用

譚惠芬 馮雪翀

(廣州市氣象局，廣東 廣州 510000) (高明市氣象局，廣東 高明 528500)

介紹了異頻法測(cè)量接地電阻的原理，通過工程實(shí)例介紹了異頻法在實(shí)際工程測(cè)量中的應(yīng)用。采用異于工頻的電流進(jìn)行測(cè)量，可以有效消除地中工頻干擾信號(hào)造成的測(cè)量誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。

異頻法；接地電阻；測(cè)量

目前國(guó)內(nèi)外基本都采用注入電流法來測(cè)量工頻接地電阻，其測(cè)量的原理都是基于基本的物理量間的關(guān)系：利用歐姆定律來求解地網(wǎng)接地電阻的大小。常用的接地電阻測(cè)量方法有遠(yuǎn)離法、補(bǔ)償法、三極法、四極法、倒相法、異頻法等等，采用哪種方法進(jìn)行測(cè)量不僅要適應(yīng)測(cè)量環(huán)境和實(shí)際工程的要求，更重要的是要減少測(cè)量的誤差。下面，筆者介紹了異頻法測(cè)量接地電阻的原理，通過工程實(shí)例介紹了異頻法在實(shí)際工程測(cè)量中的應(yīng)用。

1 異頻法測(cè)量接地電阻原理

異頻法是指利用變頻電源產(chǎn)生異于工頻電流頻率的電流對(duì)接地電阻進(jìn)行測(cè)量，從而通過濾波的方法來消除接地網(wǎng)中的干擾信號(hào)［1］。采用變頻電源的目的是在測(cè)量中調(diào)整測(cè)量頻率使之不與地網(wǎng)干擾信號(hào)的頻率相同，這樣將所測(cè)量到的結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析并提取電壓和電流分量，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出接地電阻值。異頻法測(cè)量接地電阻的原理圖如圖1所示，其中，異頻法測(cè)量接地電阻比較關(guān)鍵的問題是所使用的變頻電源和采用計(jì)算機(jī)軟件分析時(shí)電壓和電流信號(hào)提取的技術(shù)。

1)測(cè)量頻率選擇 采用頻率在40～60Hz之間的電流進(jìn)行測(cè)量是減少誤差的關(guān)鍵。從接地裝置干擾電壓和地網(wǎng)干擾頻率之間的關(guān)系圖(見圖2)中可清楚的看到頻率在50～150Hz附近的幅度比較大，在小于35Hz和60～110Hz間的2個(gè)頻段范圍時(shí)幅度為零。從注入變頻電流后所測(cè)得的地網(wǎng)干擾信號(hào)的頻譜變化圖(見圖3)中可以清楚的看到在35～60Hz之間和大于120Hz這2個(gè)區(qū)域的干擾電壓比較大［2］。測(cè)量電流的頻率和工頻的頻率之間的差值不應(yīng)大于10Hz，因此，采用的測(cè)量頻率值應(yīng)該在40～60Hz之間。

圖1 異頻法測(cè)量接地電阻原理圖 圖2 接地裝置干擾電壓和地網(wǎng) 圖3 連續(xù)變頻測(cè)量接地干擾頻率之間的關(guān)系圖電阻結(jié)果

2)電壓和電流信號(hào)的提取 為準(zhǔn)確獲取有用的電壓和電流信號(hào)，在進(jìn)行信號(hào)采樣時(shí)，采樣周期內(nèi)固定采樣的點(diǎn)數(shù)N的需要由變頻電源S的輸出頻率決定。之后再對(duì)所采樣的信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)采樣的有用信號(hào)(基波)通過采用傅里葉變換求出所采樣的有用信號(hào)的相位和幅度，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理［3-4］。使用異頻法測(cè)量接地電阻最大的優(yōu)點(diǎn)就是在測(cè)量中能有效的把地網(wǎng)的干擾電流從測(cè)量中使用的有效信號(hào)電流中分離開來，這樣處理后地網(wǎng)中的干擾電流則不能進(jìn)入所測(cè)量的系統(tǒng)中，從而消除了干擾電流對(duì)接地電阻產(chǎn)生的誤差。

2 應(yīng) 用

表1 主要檢測(cè)設(shè)備清單

1)工程情況及測(cè)量?jī)x器 某電廠緊挨著#1期擴(kuò)建2臺(tái)300MW機(jī)組，目前土建工程已經(jīng)完成。本次#2期地網(wǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度D≈700m，#2期地網(wǎng)緊挨著#1期地網(wǎng)，運(yùn)行后#1期地網(wǎng)將與#2期地網(wǎng)緊密結(jié)合成一個(gè)整體，整個(gè)全廠接地網(wǎng)等效對(duì)角線長(zhǎng)度D≈1300m。目前#2期地網(wǎng)已在升壓站與#1期地網(wǎng)分幾處焊接，且#1期和#2期的設(shè)備金屬管道已經(jīng)連成一體，因此本次測(cè)試無法單獨(dú)測(cè)量#2期地網(wǎng)的接地電阻，而是把包含#1期和#2期地網(wǎng)的全廠接地網(wǎng)作為一個(gè)整體進(jìn)行測(cè)量。按照設(shè)計(jì)要求，#1期和#2期地網(wǎng)組成全廠接地網(wǎng)整體接地電阻為0.156Ω。電廠#1期升壓站有4回220kV架空出線，2個(gè)基終端塔，出線構(gòu)架共有8根普通地線和1根OPGW光纖地線與地網(wǎng)相連；#1期無10kV電纜出線。本次測(cè)試在帶著上述出避雷線運(yùn)行的條件下進(jìn)行，主要檢測(cè)設(shè)備清單如表1所示。

2)測(cè)量方法 根據(jù)電廠現(xiàn)場(chǎng)地形情況和試驗(yàn)條件，選擇30°夾角法結(jié)合異頻法測(cè)量地網(wǎng)接地電阻［5］。電流線選用6mm2塑膠絕緣導(dǎo)線進(jìn)行人工布線，沿電廠后面西江邊的河堤大道布放至平村附近的江邊，利用路邊的小水洼作為電流極，電流極距地網(wǎng)邊緣距離d12=2.6km≈2.0D(D為地網(wǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度)。電壓線選用花線進(jìn)行人工布線，沿電廠前面的小路布放后右轉(zhuǎn)至平村，打下50mm×50mm×5mm、長(zhǎng)約1.5m的角鐵作為電壓極，電壓極距地網(wǎng)邊緣d13=2.6km≈2.0D。地網(wǎng)邊緣與電流極的連線、地網(wǎng)邊緣與電壓極之間的夾角為30°。根據(jù)DL/T475-2006《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》的要求，選用異頻(接近50Hz的異頻)法測(cè)量，所加測(cè)試電流3～20A［6］。

3)測(cè)量程序 測(cè)量程序如下：①按試驗(yàn)要求的30°夾角法結(jié)合異頻法接線圖接好線，電流引入點(diǎn)取#2期變壓器場(chǎng)地#2啟備變接地引下線處；②分別選擇注入電流頻率48Hz和52Hz，測(cè)量干擾電壓U；③合上電源開關(guān)，施加試驗(yàn)電流I，記錄電壓表讀數(shù)U；④斷開試驗(yàn)電源開關(guān)；⑤計(jì)算實(shí)測(cè)地網(wǎng)接地電阻測(cè)量值：R= (U-U)/I；⑥對(duì)選擇注入電流頻率48Hz和52Hz的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均；⑦改變注入電流頻率為47Hz和53Hz，重復(fù)②～⑥；將電流注入點(diǎn)分別換到#2期#4主變(未安裝)和主廠房?jī)?nèi)(未安裝)接地引上線處，重復(fù)②～⑥；⑧選擇48Hz頻率，施加測(cè)試電流，分別測(cè)量流過#1期升壓站內(nèi)出線構(gòu)架上220kV出線避雷線(包括OPGW)對(duì)測(cè)試電流的分流，得到分流系數(shù)，以便于剔除分流因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，得到較為真實(shí)的電廠主地網(wǎng)接地電阻值。

試驗(yàn)結(jié)束后，斷開試驗(yàn)電源開關(guān)，拆除臨時(shí)接線，恢復(fù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)原狀。

4)測(cè)量結(jié)果 電廠全廠主接地網(wǎng)接地電阻測(cè)試結(jié)果如表2所示，電流注入點(diǎn)分別取#2期變壓器場(chǎng)地#2啟備變接地引下線、#4主變接地引上線和主廠房?jī)?nèi)接地引上線處。從表2的測(cè)試結(jié)果比較，施加47、53、48和52Hz的小測(cè)試電流所測(cè)得的接地電阻值基本相同，0.311Ω可以等效于接地網(wǎng)的工頻接地電阻測(cè)量值。

3 結(jié) 論

1)地網(wǎng)工頻干擾電壓的影響能夠通過異頻測(cè)試電流進(jìn)行抑制，選擇選頻性能好的異頻接地網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)，通過選用稍偏離工頻的47、48、52、53Hz頻率，可以使干擾電壓的數(shù)值大幅度下降到mV級(jí)，從而減少干擾信號(hào)造成的測(cè)量不準(zhǔn)確性。

2)采用偏離50Hz的異頻電流測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與工頻測(cè)試結(jié)果可能有一定的偏差，為了減少這種偏差，采用對(duì)稱頻率(如53和47，52和48Hz)測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均能夠減小異頻測(cè)試帶來的誤差。

表2 電廠全廠主接地網(wǎng)接地電阻測(cè)試結(jié)果

［1］中華人民共和國(guó)水利能源部.接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量導(dǎo)則［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1993.

［2］DL/T62l-1997,交流電氣裝置的接地［S］.

［3］蔣靜坪，李陽春.大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試方法的探討［J］.電力建設(shè)，2003，24(3)：23-26.

［4］曹梅月.變頻技術(shù)用于運(yùn)行中大型變電站地網(wǎng)接地電阻的測(cè)量［J］.供用電，1993，11(l)：18-20.

［5］鄧南竹，周建，葉國(guó)強(qiáng).用異頻法測(cè)量地網(wǎng)參數(shù)［J］.四川電力技術(shù)，2005，10(1)：44-48.

［6］張科.接地電阻測(cè)量方法比較分析［J］.河南電力，1996，6(4)：38-41.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.046

TM862

A

1673-1409(2012)07-N135-03

2012-03-23

譚惠芬(1983-)，女，2005年大學(xué)畢業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事防雷檢測(cè)技術(shù)方面的研究工作。

［編輯］ 洪云飛