簡析大型地網接地裝置幾個特性參數的測量

孫琪　楊凡　王欣眉　黃樹華　張源源

摘 要：大型地網接地裝置接地不良，易引起和造成事故擴大、導致電力系統停運和設備損壞。該文簡要介紹了如何對大型接地裝置各項特性參數進行測量，以保證大型地網接地裝置接地性能良好，設備安全運行。大型接地裝置包括110 kV以及大于110 kV的電壓變電所接地裝置、高于200 mW裝機容量的火電站、水電站及核電廠接地裝置、面積大于5 000m2接地裝置等。隨著電力工業的快速發展，電壓等級不斷升高，電網容量越來越大，大型接地裝置的數量越來越多。

關鍵詞：大型地網 接地裝置 參數 測量

中圖分類號：TM934 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0127-02

大型接地裝置包括110 kV以及大于110 kV的電壓變電所接地裝置、高于200 mW裝機容量的火電站、水電站及核電廠接地裝置、面積大于5 000 m2接地裝置等。隨著電力工業的快速發展，電壓等級不斷升高，電網容量越來越大，大型接地裝置的數量越來越多。

1 接地阻抗具體測量

一般情況下，將接地阻抗劃分為接地電阻、地網自感抗等兩個主要方面。譬如，在地網接地阻抗未達到要求標準的情況下，如果有雷擊出現或者電力系統出現故障的時候，雷電流或故障電流在通過電網的過程當中會出現地網電位突然升高（t=1～5 us）的現象出現，當地網電位大于2 000 V時（轉移電位，結合地表電位分析，防止轉移電位的危害），這樣會對整個變電所中的相關設施造成不同程度的破壞，譬如，設備的有效掌控、繼電保護、自動裝置、通訊設備、監控系統等。針對接地阻抗的具體測量中較為常用的方法包括直線法、夾角法、電位降法等。

（1）直線法：當采用直線法對大型地網進行測量時，在土壤電阻率均勻地區，電流線長度應取地網最大對角線的2倍（土壤電阻率不均勻地區可取3倍），電壓線長度宜為電流線的（0.5～0.6）倍。

（2）夾角法：當采用夾角法時，電流線和電壓線等長，長度取網對角線長度的兩倍，夾角取30°。

（3）電位降法：電位極P從地網邊緣開始順著電流的具體回路呈現出3°～45°的角度進行逐漸移動，平均150 m就對P-G相互間存在的實際電位差U進行測量，其中，曲線平坦的位置即為電位零點的位置。

用電位降法進行測量，整個測量過程當中形成的差異一般包含了測量地級的具體方位、布線的長度及角度、測量電流的具體情況等內容。

如果將接地網中的測量電流進一步增加，那么就會使得干擾電壓中所得出的測量數據變得較小，這樣就會使得測量誤差進一步地縮小一些。

2 電氣完整性的測量

在進行測試的時候，需要首先選取一個與主要地網相互連接的設備接地引下線作為基本的參考依據，在通過對周邊電氣設備的接地引下線及此位置的電流電阻進行測試的過程當中，若所得出的設備測試結果未達到要求基本標準，那么是不可將參考點進行更換的。

根據《接地裝置特性參數測量導則》（DL/T475-2006）[3]相關規定：

（1）<50 mΩ狀態正常。

（2）50～200 mΩ處于正常狀態下，最好能夠在今后的測試過程當中對其產生的主要改變加以密切重視，針對關鍵設備進行嚴格的檢查及科學的處理。

（3）200 mΩ～1 Ω狀態并不樂觀，需在最短的時間內針對關鍵的設備實施相關檢查及相應的處理，其他的設備需選擇最佳的時間做出相應的檢查及科學處理。

（4）1 Ω以上的設備與主地網沒有有效地連接在一起，這種情況則需在短時間內做出相應的檢查及科學處理。

（5）獨立避雷針的測試值在500 mΩ以上。

3 場區地表電位梯度的測量

可按接地阻抗測量方法施加電流。手動調節輸出電流至6～10 A，調節頻率為45 Hz。在間距是1 m的情況下，場區地表電位梯度曲線當中臨近兩點間的電位差UT按下列公式進行計算，得出的具體系統故障單位場區地表電位梯度為UT：

UT=UTIS/I m

式中：

UT為d=1m時，場區地表電位曲線上相鄰兩點之間的電位差；Im為注入地網中的測試電流（A）；Is為被測接地裝置中系統單相接地短路電流（A）；d為測試間距（根據情況可選2 m、4 m或6 m）；P為電位極。

4 跨步電位差、跨步電壓、接觸電位差、接觸電壓、轉移電位的測量

在測量跨步電位差、跨步電壓、接觸電位差、接觸電壓及進行電位轉移的過程當中，首先把頻率信號源增加一定的試驗電流（3～10 A）進行一定的調節，在接地裝置大地網有試驗電流通過的過程當中，可以選擇頻率信號測試儀針對地面進行具體地表電壓、電位的實際測量。

在對跨步電位差、跨步電壓進行測量的過程當中，一般是對變電站、升壓站當中的巡線線路進行測試，在接地裝置大地網在有試驗電流通過的情況下，便可以挑選信號測試儀針對地面的電位差、電壓進行測量。

針對跨步電位差、跨步電壓進行測量的過程當中，柱測試變電站、升壓站當中的巡線線路，如果人員走動的方位較多，那么，通盤相互間距離一般設置為1 m，在銅盤的兩側并上人體等效電阻為1.5 KΩ的情況下，測試的電壓即為跨步電壓，相反的即為跨步電位差。

針對接觸電位差、接觸電壓進行測量的過程當中，一般是對運行工作人員所接觸的設備進行的檢測，譬如，接地開關、隔離開關、電源檢修箱等進行的檢查，一般使用濕抹布將銅盤包裹起來，放置在距離設備1 m的位置，另一點觸摸到設備接地殼的1.8 m的位置所得到的電壓極為電壓差，在測量端子并上人體電阻1.5 KΩ后就是接觸電壓。

跨步電位差、接觸電位差的安全界定值可參見《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997[4]，當最大單相短路電流不超過35 kA時，跨步電位差不大于80 V，接觸電位差不大于85 V，轉移電位不大于110 V。

當最大單相短路電流超過35 KA時，參照上述原則判斷測試結果。

5 土壤電阻率的測量

土壤電阻率是表征土壤導電性能的指標。土壤電阻率越大，土壤的導電性能越差。地表3 m以內，土壤電阻率比較高，做地網降阻比較困難，地表3 m以下土壤電阻率伴隨著接地體深度的不斷升高，土壤電阻率會在短時間內不斷地降低。除此之外，土壤電阻率的大小與土壤的含水量之間存在密切的聯系，在土壤含水量不斷增多的情況下，土壤電阻率就會不斷地降低，在土壤含水量增多在20%～25%的情況下，土壤電阻率是保持在一定的范圍之內，土壤電阻率與土壤的具體結構、土質溫濕度、土壤內包含的可溶性電解質間存在密切的聯系[5]。

其中，溫度、濕度對土壤電阻率將產生非常重要的影響。

測量方法一般采用四極法。

測試電流流入外側兩個極，測量內側兩個極的電位差。兩電極之間的距離a應等于或大于電極埋設深度h的20倍，即a≥20h。試驗電流流入外側兩個極，通過測量試驗電流和內側兩個極間的電位差，得到R，通過下面公式得到被測場地的土壤電阻率

ρ=2лaR

測量電極建議用直徑不小于2 cm的圓鋼，其長度均不小于1 m。施加電流5 A。其中，被測土壤的具體深度也就是場地土壤當中的電流場地的具體深度與極之間的距離a存在緊密的聯系性，在被測場地面積大的情況下，極間距a要隨之增加。

6 結語

（1）大型地網的測量宜采用測試功能全面、抗干擾性好的設備進行測量。且受項目周圍環境限制，應充分考慮合理布線。（2）在測試之前，應對大型地網及周邊環境進行詳細勘查，包括該地區地下金屬管線、周圍建筑物分布、土壤電阻率等情況，以達到合理布線，減小干擾。（3）同時，由于進行測量時，項目施工現場環境往往較差，在對極布置與線布線進行測試的過程當中，一定要密切注意檢測工作人員的人身安全狀況，同時要避免布線遭到車輛碾壓，以合理安排完成相關數據的測試。（4）再者，測量接地阻抗時要在雨雪后晴天測量，或在干燥季節測量，以保證測量結果的準確性。

參考文獻

[1] GB50057-2010.建筑物防雷設計規范[S].

[2] 解廣潤.電力系統接地技術[M].北京：水利電力出版社，1991.

[3] DL/T 475-2006.接地裝置特性參數測量導則[S].