大藤峽左岸主接地網接地電阻測試方法的研究

唐 雨 張建群

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙410004）

1 工程概述

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6km 處，是紅水河梯級規劃中最末一個梯級，是一座以防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關鍵性工程，主體工程主要建筑物包括擋水壩、泄水閘、廠房、船閘、魚類增殖站等。

大藤峽水利樞紐工程左岸部分由黔江主壩、廠房和船閘組成。主壩布置有21 孔弧門及液壓啟閉機系統；廠房安裝3 臺單機容量為200MW 的軸流轉槳式水輪發電機組，電能經過船閘側出線場并入電網。左岸接地電阻測試范圍主要包括泄水閘壩段（含壩前區和消力池部分）、廠房部分（含進水口和尾水區域）、開關站出線場部分以及船閘部分的主接地網特性參數測試，測試方法采用異頻法[1]。

2 測試目的及原理

2.1 測試目的

接地裝置是保障設備的主要保護措施，確保電氣設備在正常和故障情況下可以安全的運行，衡量接地裝置的主要指標是接地電阻大小。根據相關規定測試接地裝置的接地電阻，以確保設備的安全運行；接觸電壓、跨步電壓和轉移電位測試等，是為了預測當發生接地短路故障或者發生雷擊事故時，是否危及人身安全的一項工作。

2.2 測試原理

接地電阻，電流從接地體流入土壤時，接地體周邊的土壤形成的電阻。它包括接地體本身、接地體之間的連線、接地體與土壤間電阻的總和。接地電阻等于接地體對于大地零電位點的電壓和流經接地體電流的比值。按通過接地極流入地中的交流電流求得的電阻，稱為工頻接地電阻[2]。

2.3 測試過程的技術要求

2.3.1 接地電阻測量時，要在干燥條件下進行，大藤峽地區雨水較多，盡量選擇無雨水天數在3 天以上時，進行測量[4]。

2.3.2 使用接地電阻測試儀測量接地電阻，在讀數不穩定時，宜采用電流表、電壓表和功率表（三極法）測量，以消除干擾的影響。

2.3.3 電壓極和電流極的選擇：電壓極和電流極采用φ25～φ50mm 的鍍鋅鋼管或圓鋼，長度在1～2 米，插入測試區域的土地中，露出地面的長度在150-200mm，方便連接引線；電壓極的接地電阻應在1kΩ 以下，電流極的接地電阻應盡量小，這樣才能使得試驗電源的電流最大的注入土壤。

2.3.4 測量接地電阻時，當接地電流注入大地，在接地裝置周圍和電流極附近，會產生很大的電壓降，因此，試驗時應注意安全，采取相應的隔絕絕緣措施，在試驗區域內增加圍欄或隔離帶，掛設安全標志牌等。

2.3.5 測試時可在接地極旁加入稀鹽水，以減小接地極與大地的接觸電阻，從而增大試驗電流。

3 主接地網特性參數測試

3.1 接地阻抗測試

大藤峽主接地網接地電阻的測量采用電流、電壓表法，試驗接線如下圖所示。施加電壓后，同時讀取電壓和電流值，并根據下式計算出接地電阻值R測。

R測=U測/I測；

式中：I測- 實測電流（A）；U測- 實測電壓（V）。

圖1 三極法直線布線原理接線示意圖

測量接地裝置工頻特性參數的電流極應盡量布置的遠一點兒，根據大藤峽左岸工程地網分布情況，接地網的最大對角線D（地網范圍包括左岸泄水閘、左岸廠房、開關站、左岸船閘等區域）為1.4km，電流極布線長度為3 倍D 長度，等于4.2km，電壓極布線為0.6 倍3D，即約等于2.52km，電流極與電壓極采用平行布線，但電流線與電壓線不能靠近，距離控制在兩米及以上，以免相互感應產生影響。

現場測試時，電流極采用塑料絕緣導線（BVR-10mm2）從出線場沿進廠公路往大藤峽公司營地方向布線約4000 米，終點位置采用10 根直徑20mm、長度1.2 米的鋼釬打入土里，鋼釬圍成大概的圓形，直徑約15 米；電壓極采用塑料絕緣導線（BVR-1.5mm2）按上述路線布線約2400 米，終點位置采用1 根直徑20mm、長度1.2 米的鋼釬打入土中。

測試大型接地裝置的工頻特性參數，采用異頻電流法，試驗電流大于3A，頻率的范圍在40～60Hz，不同于工頻又要盡量接近工頻。

測試完成后，還需要測量大藤峽的出線場、尾水平臺、主變室、GIS 室、主廠房、副廠房、泄水閘所有主設備與測試點的導通性，確保導通性滿足規范要求。

3.2 場區地表電位梯度分布測試

進行場區地表電位梯度分布測試，以檢驗接地裝置的狀況，大藤峽工程的接地裝置驗收試驗和狀況評估應測試接地裝置所在場區地表電位梯度分布曲線[3]。

3.2.1 測試方法

接地裝置按圖2 所示施加試驗電流后，劃分測試場區，用很多條測試線來表述場區地表電位梯度的分布。根據工程設備數量、重要性等因素布置測試線，間距需要保持在30m。根據大藤峽工程接地測試方案的要求，在測試線路中部選擇一根與主接地網連接良好的設備接地引下線作為參考點，從測試線的起點，等間距（間距d 通常為1 到2 米）測試地表與參考點之間的電位V，直至終點，測試示意圖如下。繪制各條V-X 曲線，即場區地表電位梯度分布曲線。圖中：P 為測量用的電位極；d 表示測試間距。

圖2 場區地表電位梯度分布測試示意圖

當間距d 為1 米時，場區地表梯度分布曲線上相鄰點之間的電位差U'，按下式折算得到實際系統故障時的單位場區地表電位梯度U：

U= U'（Is/Im）

式中：Im：注入地面的測試電流；

Is：被測接地裝置內系統單相接地故障電流；

電位極采用鐵釬；場區地面是水泥路面，使用的金屬圓盤（直徑20cm），包裹上濕抹布，并壓上重物。測試線的長度過長時，要排除電磁感應的干擾。

3.2.2 測試結果的判定

如果接地裝置的狀況良好，場區地表電位梯度分布曲線就會比較平坦；如果接地裝置狀況不良，場區地表電位梯度分布曲線會有劇烈起伏或突變，需要及時進行處理。當場區的有效接地系統的最大單相接地短路電流在35kA 以下時，單位場區地表電位梯度通常在20V/m 以下，最大不會大于60V/m，可以通過計算得到；如果其值接近或超過80V/m 需要立刻查明原因并及時處理問題；如果最大單相接地短路電流大于35kA 時，計算之后，參照以上原則判斷測試結果[5]。

3.2.3 接觸電位差測量

接觸電位差是指兩種不同金屬接觸時形成的電位差。當接地短路電流流過接地裝置時，分布電位會在大地表面產生，距離接地設備水平距離1 米處，和與沿該設備金屬外殼于與地面垂直距離2 米處，這的兩處之間的電位差，稱之為接觸電位差。

根據大藤峽左岸的接地裝置布置情況，在開關站出線場選擇出線門型構架和出線設備支架作為試驗對象。測量接觸電位差，接線如圖3 所示。為設備加上電壓之后，電流表和電壓表的指示值，其電壓值表示當接地體流過測量電流為I 時的接觸電壓，然后用如下公式推算出當流過短路接地電流Imax 時的實際接觸電位差，并選三處進行比較[6]。

Uc=UImax/I=kU

式中 Uc：接地體流過短路電流Imax 時的接觸電壓V。

U：接地體流過電流I 時實測的接觸電壓V。

K：系數，其值等于Imax/I。

圖3 接觸電位差測試示意圖

3.2.4 跨步電位差測量

根據大藤峽工程接地測試方案，按下圖加壓。試驗采用金屬板（0.15m×0.25m，尺寸可適當變化）模擬人腳，進行跨步電位差測量。測試區域的地面需平整，然后撒一點水或稀鹽水，可以將每塊金屬板加重，這樣才能使得金屬板和地面良好的接觸。在接觸電位差測試完成后，即可進行跨步電壓測試；測試時要注意施加的電壓不宜太高，做好安全隔離措施，懸掛警示牌，無關人員不得進入試驗區域。

E=(R1+2R2/R1)*U；

U=R1*E/R1+2R2；

式中E- 跨步電勢；

U- 跨步電壓；

R1- 模擬人體的電阻1500Ω；

R2- 人一只腳的接地電阻。

圖4 電位分布和跨步電壓測量示意圖

4 結論

大藤峽水利樞紐左岸工程采用上述方法進行了主接地網接地電阻的測試：設備導通性測試值均小于標準值50mΩ，主網接地電阻小于設計值0.5Ω，跨步電位差、接觸電位差等測量數據均滿足相關規范的要求，這意味著大藤峽左岸主接地網滿足建設要求，為整個樞紐設備的安全運行提供了保障，為發電廠投產發電奠定了基礎；大藤峽作為水利部重點工程，具有很高的關注度和代表性，左岸主接地網接地電阻的測試方法原理通俗易懂，現場布置簡單方便，可操作性強，經濟實用，在以后類似的工程中具有借鑒意義和參考價值。