短距離法測(cè)量大型地網(wǎng)接地阻抗

王 琪,孟 勇,孫 泉

(1.山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001;

2.寧夏大唐國(guó)際大壩發(fā)電公司,寧夏 大壩 751607;3.中北大學(xué),山西太原 030005)

短距離法測(cè)量大型地網(wǎng)接地阻抗

王 琪,孟 勇2,孫 泉3

(1.山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001;

2.寧夏大唐國(guó)際大壩發(fā)電公司,寧夏 大壩 751607;3.中北大學(xué),山西太原 030005)

分析和研究接地阻抗的測(cè)試原理,總結(jié)了接地阻抗常規(guī)測(cè)試方法的弊端。從測(cè)試電位變化最為緩慢的思路出發(fā),結(jié)合對(duì)大型地網(wǎng)接地阻抗的實(shí)測(cè)對(duì)比,提出了適用于大型接地網(wǎng)接地阻抗測(cè)試的短距離方法。

短距離法;大型地網(wǎng);接地阻抗;測(cè)量

0 引言

變電站、發(fā)電廠接地網(wǎng)的接地阻抗作為地網(wǎng)特性參數(shù)的重要指標(biāo),對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)故障,確保接地網(wǎng)安全運(yùn)行有著重要的作用。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)和系統(tǒng)容量的增加,高壓、特高壓變電站的接地網(wǎng)面積越來(lái)越大,用傳統(tǒng)方法 (三極法)對(duì)大型地網(wǎng)的接地阻抗進(jìn)行測(cè)試時(shí),由于電流極C和電壓極P距離地網(wǎng)邊緣處上引線G的距離很大,因而測(cè)試工作量非常大。因此,在滿足測(cè)量精確度的前提下,研究大型地網(wǎng)的短距離測(cè)試方法 (以下簡(jiǎn)稱短距法)就有著十分必要的現(xiàn)實(shí)意義。下面對(duì)短距法的測(cè)試原理進(jìn)行介紹,并以久安500 kV變電站為例對(duì)其接地阻抗分別用常規(guī)方法和短距法進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

1 大型接地網(wǎng)短距離測(cè)試方法

1.1 理論依據(jù)

接地阻抗的數(shù)值等于接地裝置對(duì)地電壓與通過(guò)接地體流入地中電流的比值。應(yīng)該指出,習(xí)慣上稱之為接地電阻的應(yīng)該是接地阻抗,它含有電阻分量

圖1 電壓極和電流極的布置示意圖

圖2 不同的電壓極位置測(cè)得的接地電阻值

從圖2中可見(jiàn),當(dāng)電壓極位于P2時(shí),無(wú)論電壓極離接地網(wǎng)多遠(yuǎn),測(cè)出來(lái)的值都比真實(shí)值小,當(dāng)距離越遠(yuǎn),誤差越小。這種測(cè)量方式的好處是電流極引線和電壓極引線之間不存在互阻抗,但弊端就是需要的引線太長(zhǎng),測(cè)量過(guò)程需要耗費(fèi)大量的人力物力。當(dāng)電壓極位于P1時(shí),存在一點(diǎn)能測(cè)得接地網(wǎng)的真實(shí)接地電阻,但此時(shí)電壓極引線較長(zhǎng),不僅增加了布線的難度,也增大了外界對(duì)電壓極引線的干擾。當(dāng)電壓極在電流極和接地網(wǎng)之間時(shí) (電壓極位于P),電壓極放置在某點(diǎn)上能測(cè)得接地網(wǎng)的真實(shí)接地電阻,該點(diǎn)即為電壓極的正確位置 (不妨稱為補(bǔ)償點(diǎn))。對(duì)于在均勻土壤中的球形接地體,補(bǔ)償點(diǎn)到半球形接地體中心的距離為電流極到接地體中心距離的0.618倍,這也就是規(guī)程中要求 x=(0.5～0.6)d的原因。但是,不同的接地網(wǎng)形狀、土壤結(jié)構(gòu)以及周圍存在的各種金屬等多種因素都會(huì)改變補(bǔ)償點(diǎn)的位置。一般來(lái)說(shuō),補(bǔ)償點(diǎn)是沒(méi)有固定位置的。

1.2 實(shí)施方式

進(jìn)行接地阻抗測(cè)試時(shí),在接地網(wǎng)上引線和電流極兩點(diǎn)的地表連線上,電位由高到低衰減分布。在零電位點(diǎn)附近電位分布曲線曲率最小。參看圖3,用短距法測(cè)試大型接地網(wǎng)接地阻抗時(shí),就是在與被測(cè)接地網(wǎng)相距為L(zhǎng)=1.2～1.5 D(D為接地網(wǎng)最大對(duì)角線長(zhǎng)度)處設(shè)置電流極,在電流極距離地網(wǎng)邊緣上引線G點(diǎn)0.6～0.8L之間均勻選取10～12個(gè)地表電位測(cè)試點(diǎn),然后由G點(diǎn)注入電流 (注入電流不小于3 A),測(cè)量各測(cè)試點(diǎn)的地表電位及與接地網(wǎng)上引線的距離,得到電位隨距離變化的曲線,并將測(cè)得的各地表電位測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)距離和電位值應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,該擬合曲線上曲率最小點(diǎn)的電位與注入電流的比值即該接地網(wǎng)接地阻抗值。

圖3 測(cè)試時(shí)各測(cè)量點(diǎn)布置簡(jiǎn)化示意圖

2 短距法測(cè)試久安500 kV變電站接地阻抗

長(zhǎng)治供電分公司久安500 kV變電站位于長(zhǎng)治市屯留縣,全站主接地網(wǎng)長(zhǎng)約323 m、寬約254 m,最大對(duì)角線長(zhǎng)度約為410 m,設(shè)計(jì)要求實(shí)測(cè)接地阻抗不大于0.5 Ω。用短距法測(cè)試時(shí),電流極放線長(zhǎng)度為600 m、電壓極放線長(zhǎng)度為360～450 m,電流線和電壓線采用專用的測(cè)試屏蔽線,注入電流為5 A。

測(cè)試結(jié)果如表1所示,對(duì)擬合結(jié)果求取各點(diǎn)導(dǎo)數(shù),獲得曲線上曲率最小點(diǎn)K,由擬合結(jié)果可知,該點(diǎn)電位為1.39 V,因此接地網(wǎng)接地阻抗為1.39 V ÷5 A=0.278 Ω。

表1 短距法測(cè)久安500 kV變電站接地阻抗測(cè)試結(jié)果

3 測(cè)試結(jié)果分析

a)將可調(diào)頻萬(wàn)用表的頻率調(diào)節(jié)到稍偏離工頻的48 Hz與52 Hz時(shí),干擾電壓U0的數(shù)值則下降到mV數(shù)量級(jí),獲得了較為理想的信噪比,此時(shí)施加3～10 A的小測(cè)試電流即可滿足測(cè)量精度的要求。

b)由于接地網(wǎng)阻抗包含有與頻率相關(guān)的電感分量,采用偏離50 Hz的異頻測(cè)試電流測(cè)量,結(jié)果將與工頻接地阻抗值有一定的偏差。為此,采用相對(duì)50 Hz的對(duì)稱頻率 (此次測(cè)試采用48 Hz和52 Hz)來(lái)進(jìn)行測(cè)量,并用測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值作為折算成的工頻阻抗值,可以減小測(cè)試帶來(lái)的誤差。

c)應(yīng)用常規(guī)三極法對(duì)該地網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果為0.305 Ω,兩種方法測(cè)試結(jié)果偏差較小,不超過(guò)10%。如果考慮到三極法測(cè)試時(shí)的線間互感則三極法測(cè)試的最終接地阻抗約為0.272,兩者偏差不超過(guò)2%。

4 結(jié)束語(yǔ)

同傳統(tǒng)測(cè)試方法相比,在滿足測(cè)量導(dǎo)則對(duì)測(cè)試條件要求的前提下,短距法測(cè)試時(shí)的電流極C和地表電位測(cè)試點(diǎn)P與被測(cè)接地網(wǎng)上引線G之間的距離大大縮短,操作簡(jiǎn)便快捷,減少了測(cè)試工作量,降低了測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了測(cè)試工作效率,具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)推廣意義。

Short-distance Testing Method for Grounding Resistance of Large-scale Grounding Grid

WANG Qi1,MENG Yong2,SUN Quan3
(1.Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China;
2.Daba International Power Generation Go.,Ltd of China Datang,Daba,Ningxia 751607,China;
3.North University of China,Taiyuan,Shanxi 030005,China)

The defects of traditional measurement are summed up based on the analysis and research on measuring the principle of grounding resistance.According to the slowest change of potential and comparing measurement on large-scale grounding grid,short-distance method is applied to grounding resistance testing for large-scale grounding grid.

short-distance testing method;large-scale grounding grid;grounding resistance;measurement

TM862

B

1671-0320(2010)04-0001-02

2010-03-20,

2010-05-24

王 琪 (1976-),男,北京人,1998年畢業(yè)于華北電力大學(xué) (北京)電氣技術(shù)專業(yè),工程師,現(xiàn)主要從事高電壓試驗(yàn)技術(shù)工作;

孟 勇 (1972-),男,甘肅蘭州人,1996年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電子工程通信工程專業(yè),工程師,從事電子系統(tǒng)通信、繼電保護(hù)及自動(dòng)化工作;

孫 泉 (1988-),男,河北霸縣人,2007級(jí)中北大學(xué)電子信息工程專業(yè)在讀。和電抗分量,在小型地網(wǎng)中電抗分量比較小,但在大型地網(wǎng)中,電抗分量要大很多。當(dāng)電壓極、電流極和接地網(wǎng)在一條直線上時(shí) (如圖1所示),在不同的電壓極位置下測(cè)量得到的接地電阻值如圖2所示。