接地裝置沖擊接地電阻的測量與特性研究

王 汀，李冠華，金 鑫，畢海濤

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

接地裝置沖擊接地電阻的測量與特性研究

王 汀，李冠華，金 鑫，畢海濤

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

沖擊接地電阻一般用來評估雷擊短路情況下的接地裝置的安全性，目前國內針對接地裝置沖擊特性的研究相對較少，尚無法準確了解其規律及特點。為準確掌握接地裝置的沖擊特性，從仿真計算和場地試驗兩方面入手，建立了合理的接地裝置暫態模型，結合土壤放電特性、頻變特性及材質規格等因素進行全面綜合考量，深入分析了沖擊接地特性與工頻特性、環境條件及工程實際應用價值等方面的影響規律。

接地裝置；沖擊特性；頻變特性

接地裝置的工頻接地電阻主要用于泄放工頻短路電流，而接地裝置的沖擊特性決定電力系統的防雷保護效果。由于縱向電感的作用，接地裝置在沖擊時只有有限面積起作用，這與工頻時接地電阻與占地面積的平方根成正比不一致，因此，通過測量接地裝置的工頻接地電阻不能正確評估桿塔的沖擊接地狀態，需通過沖擊接地阻抗測量對接地裝置的沖擊接地狀態進行評估［1］。目前針對真型接地裝置沖擊大電流特性的研究相對較少，對其現象和規律的掌握處于較單薄的狀態，因此，研究接地裝置沖擊特性與其頻率、環境、材質、規格等的關系對有效提高電力系統防雷效果具有十分重要的意義。

1 接地裝置試驗模型選材與埋設

1.1 接地網縮小型接地裝置

接地網縮小型接地裝置是大型接地裝置形式中最常見的一種［2］，為了降低接地裝置區域的場區電位差，常將接地裝置設計成網絡狀。這種接地裝置的特點是均壓效果好、接地電阻小。圖1為接地網縮小型接地裝置設計圖，主材料采用25X3熱鍍鋅扁鋼，引出線為25X3熱鍍鋅扁鋼，單根長度為1 200 mm，為水平接地極。

圖1 接地網縮小型接地裝置設計圖

一般高土壤電阻地區的接地裝置易出現接地參數不合格現象。這些地區土壤中一般含沙石量大，工程中常用挖掘機進行接地裝置溝槽的制作，并用挖掘機進行填埋與夯實工作。圖2為用挖掘機所挖掘的接地網縮小型接地裝置溝槽，圖3為縮小的接地網，所有接頭采用電焊連接，搭接長度按照GB 50169—2006《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》要求進行。

圖2 接地網縮小型接地裝置溝槽

圖3 縮小的接地網

1.2 離子接地裝置

對不同外護殼材料的離子接地裝置進行試驗［3］，包括一段銅包鋼、一段鋅包鋼等材料，通過測試獲得離子接地裝置、銅包鋼、鋅包鋼的沖擊特性和工頻特性。綜合考慮多種因素，最終選擇的材料如表1所示，接地裝置埋設布置如圖4所示。

表1 試驗材料

2 接地裝置特性測試原理

2.1 接地網縮小型接地裝置特性測試原理

接地裝置特性測試主要包含工頻特性與沖擊特性，工頻接地阻抗測試使用常規三級法進行測量［4］，沖擊接地阻抗測試采用基于沖擊電流的三極法，測量回路布置及接線如圖5所示，P為電壓極、C為電流極。

圖4 接地裝置埋設布置圖（單位：mm）

圖5 沖擊接地阻抗測試回路布置及接線

沖擊接地阻抗測試中沖擊電流發生器用于產生波頭較陡、波尾較平緩的沖擊電流（接近標準雷電流波形8／20 μs）來模擬雷電流；試驗接通后將該電流注入接地網，地網將產生沖擊電位升，分流器和分壓器分別將電流信號、電壓信號傳至示波器，最后記錄測試數據與波形。

2.2 離子接地裝置特性現場測試原理

由于測試的接地降阻材料試品規模小，其接地電阻很大。因此，接地阻抗工頻測試選擇遠距離放線方法［5］，回流極距離試品直線距離取20 m以上；接地阻抗沖擊測試中，回流極距離試品直線距離取試品直徑的5倍以上，電壓極距離最近回流極10 m以上。圖6、圖7分別為離子接地裝置工頻及沖擊特性現場測試原理圖。

圖6 工頻特性現場測試原理圖

圖7 沖擊特性現場測試原理圖

3 接地裝置特性測試

3.1 不同土壤環境條件變頻測試

一般情況下，接地裝置的特性參數與接地裝置所處位置的土壤電阻率有很大關系，但由于自然原因，土壤電阻率，尤其是表層土壤電阻率每天都隨濕度、土壤里的鹽分等發生變化。因此，在接地測試中，為使測試的接地裝置特性參數評估更加合理，必須掌握測試時接地裝置所處的土壤電阻率。

對于變電站周圍土壤電阻率的測量，選擇在變電站外就近放置測量線，用溫納四極法進行測試。表2為2次使用溫納等距法測試的土壤參數數據，同時根據CEDGS軟件土壤分析結果得到，2次土壤電阻率測試等效單一結果分別為346 Ωm和492 Ωm。

表2 溫納等距法的土壤參數測試數據

根據表3的接地裝置在土壤電阻率為346 Ωm時，不同頻率下接地電阻數據可知，在30 kHz以內，小型接地裝置的電感效應遠小于其電阻效應，最大不超過0.3%。但其沖擊特性因其發生火花電暈效應，使其電阻特性明顯降低，其電感效應也因支路有效截面增大而降低，使沖擊電阻相對偏小。

表3 接地裝置在土壤電阻率為346 Ωm時不同頻率的接地電阻

根據表4所示的接地裝置在土壤電阻率為492 Ωm時，不同頻率下接地電阻數據可知，接地裝置由于土壤電阻率相對第1次有所增大，從而導致接地裝置從低頻到高頻的阻值有所增大。

表4 接地裝置在土壤電阻率為492 Ωm時不同頻率的接地電阻

3.2 不同材質測試

表5是不同材質離子接地裝置工頻特性測試數據。

表5 離子接地裝置工頻特性測試數據

由表5中的a－31、a－32、a－33、a－34工頻接地電阻測試數據可以看出，離子接地裝置管材不同對工頻接地電阻幾乎沒有影響。主要原因是管材本體材料電阻率遠比環境土壤電阻率小，管體對接地電阻的貢獻在于其外形結構，與材料關系不大。比較a－3x與a－61的試驗數據，a－61比a－3x接地電阻降低了32%，而其耗材是a－3x的2倍，主要因為離子接地裝置管內藥劑流散后不同區域、上半截管體與下半截管體間的屏蔽所導致。因此，離子接地裝置的規模適中即可。且同一填料，不同接地材料制作的離子接地裝置管體，接地裝置沖擊系數相差不大，遠小于1，而6 m離子接地裝置與3 m接地裝置相比，規模增大1倍，沖擊接地電阻降低24%。

4 結論

a.土壤電阻率越大，接地裝置的直流特性、工頻特性、高頻特性、沖擊特性所反映的相應接地阻抗均明顯增大。

b.小規模接地裝置由于其所用材料數量有限，其接地電阻特性明顯大于感抗特性。

c.一般情況下，在土壤電阻率不是很高時，接地裝置的沖擊系數小于1。

d.短離子接地裝置相對比長離子接地裝置具有優越的性價比。

［1］東 方，王文德.變電站接地網雷電沖擊參數計算［J］.東北電力技術，2010，31（4）：37－38.

［2］司馬文霞，李曉麗，袁 濤，等.不同結構土壤中接地網沖擊特性的測量與分析［J］.高電壓技術，2008，34（7）：1 342－1 343.

［3］鄭小川，達 偉，李志忠，等.改進型離子接地裝置的研究［J］.陜西電力，2012，42（4）：43－45.

［4］徐立新，陳 剛，王東燁.大型接地裝置狀況評估測試［J］.東北電力技術，2005，26（3）：9－10.

［5］王城鋼，王東燁.500 kV變電站接地裝置的綜合測試與分析［J］.東北電力技術，2003，24（9）：17－19.

Research on Measurement and Characteristic of Grounding Device Impulse Grounding Resistance

WANG Ting，LI Guan?hua，JIN Xin，BI Hai?tao
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The impulse grounding resistance is commonly used to evaluate the safety of grounding device in lightning short circuit con?ditions，the current domestic study of grounding device are relatively few，it is unable to accuartely understand the rules and character?istics.To accurately grasp the impact characteristics，from two aspects of the simulation calculation and field test，a reasonable grounding device transient model is established.Comprehensively considering the factors such as oil discharge characteristic，frequency characteristic and material specification，the impact characteristics，power frequency characteristics，environmental condi?tions and the value of engineering application are analyzed in detail.

Grounding device；Impace characteristics；Frequency characteristic

TM862

A

1004－7913（2016）08－0012－03

王 汀（1988—），男，碩士，工程師，從事過電壓技術管理和科研工作。

2016－05－12）