架空輸電線路接地電阻測(cè)量研究

方波力

摘 要 傳統(tǒng)的架空輸電線路接地電阻在實(shí)際的測(cè)量工作中，由于存在比較大的離散性和不準(zhǔn)確性，因此直接影響著線路的防雷水平和雷擊跳閘率的高低。針對(duì)上述問題，介紹架空輸電線路接地電阻的測(cè)量方法以及測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因，從多個(gè)方面對(duì)接地電阻的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分析研究，并針對(duì)減小測(cè)量誤差、提高測(cè)量效率提出了相關(guān)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞 架空輸電線路 接地電阻 測(cè)量方法

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 架空輸電線路接地電阻的測(cè)量方法

在目前的架空輸電線路接地電阻的測(cè)量中，通常采用的是交流電，使用ZC-8型接地電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)電流經(jīng)過接地體流入大地時(shí)，接地體兩端的電壓U和電流的比值就是接地電阻的值。接地體不一定完全規(guī)則的，這里為了計(jì)算簡(jiǎn)單，不妨假設(shè)接地體為半球形，則與球心距離為的球面上的電流密度： =

其中：為流經(jīng)接地體的電流大??；為球面到球心的距離；為與球心距離為的球面上的電流密度。

則電場(chǎng)強(qiáng)度 = .，其中：為土壤的電阻率，因?yàn)殡妶?chǎng)中兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)在這兩點(diǎn)的線積分，因此，如果規(guī)定無窮遠(yuǎn)處為電勢(shì)0點(diǎn)，則與球心距離為處與地之間的電壓： = = = 。結(jié)合上面二式可得電極1和電極2之間的電勢(shì)差： = （）。由電極3作用而產(chǎn)生的電極1與電極2之間的電勢(shì)差： = （）。由疊加原理可知實(shí)際電極1和電極2之間的電勢(shì)差： = + = （） + （）。所以，電極1和電極2之間的接地電阻值： = = （） + （）。接地體的實(shí)際電阻： = 。由上面的分析過程可知，要使接地電阻的測(cè)量值與理論值 相等，須使= ，也就是說，如果不把電流極放在無窮遠(yuǎn)處，則必須把電壓極置于電流極和接地體之間并且距離接地體0.618處。因此，這種方法測(cè)量方法叫作0.618法或者補(bǔ)償法。

2 測(cè)量誤差

2.1 土壤分布不均勻

一般電位降法更為常用，就是讓電位極從接地體處開始向外移動(dòng)，記錄下每一處的阻抗值，然后畫出隨電位極間距變化的曲線。由于電壓極的電勢(shì)0點(diǎn)等諸多指標(biāo)受土壤情況的變化的影響，因此，土壤分布不均會(huì)對(duì)這種方法的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，會(huì)增大測(cè)量誤差。

2.1.1 電壓極的位置與土壤結(jié)構(gòu)的影響

為了方便分析，不妨假設(shè)有上下兩層土壤分布，電阻率分別為和，這里定義衡量土壤均勻度的量=（）/（+），=0時(shí)表示土壤均勻。當(dāng)=0并且電壓極和接地體之間的距離為電流極和接地體之間距離的0.618倍時(shí)，就能準(zhǔn)確測(cè)量出接地電阻的值。在這種上下兩層分布的土壤中，如果上層土壤的厚度和電流極的長(zhǎng)度相當(dāng)，電壓極的位置就會(huì)受K值的影響，而不一定就是0.618處了；如果上層的電阻率小于下層，那么電壓極和接地體之間的距離就會(huì)在0.618的基礎(chǔ)上增大。所以，如果土壤具有上述分布，按照0.618法的原則來確定電極的位置就會(huì)使接地電阻的測(cè)量值與實(shí)際值偏差增大。

2.1.2 土壤橫向分層的影響

設(shè)為地網(wǎng)等值半徑，則電壓極與地網(wǎng)之間的距離為6.18，電流極與地網(wǎng)之間的距離為10。如果土壤均勻或者土壤的水平分界面與地網(wǎng)之間的距離很大，那么用0.618法測(cè)出的接地電阻值等于實(shí)際值。而實(shí)際上，當(dāng)電流極所處位置的土壤電阻率較大時(shí)，測(cè)量值大于實(shí)際值；當(dāng)電流極所處位置的土壤電阻率較小時(shí)，測(cè)量值小于實(shí)際值。當(dāng)值從-0.95變化到0.95時(shí)，相對(duì)誤差從0.9變化到-0.1。

2.1.3 土壤縱向分層的影響

電壓極與地網(wǎng)之間的距離為6.18，電流極與地網(wǎng)之間的距離為10。測(cè)量誤差受值的影響，當(dāng)上層土壤的電阻率大于下層時(shí)，測(cè)量值大于實(shí)際值，當(dāng)值從-0.95變化到0.95，相對(duì)誤差從0.07變化到-0.37；當(dāng)上層土壤很薄或很厚，可以近似認(rèn)為土壤均勻分布，此時(shí)值為0，測(cè)量值等于實(shí)際值。

2.2 設(shè)備精度和偶然因素

測(cè)量設(shè)備的精度過低會(huì)導(dǎo)致接地電阻的測(cè)量值與真實(shí)值偏差較大，為了盡量減小誤差，在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量選用精度較高的測(cè)量設(shè)備，測(cè)量前對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)外界的干擾也是使測(cè)量值與真實(shí)值之間偏差增大的因素之一，因此，要采用多次測(cè)量求平均值的方法來降低偶然因素對(duì)測(cè)量誤差的影響。

2.3 土壤濕度

接地電阻的測(cè)量值規(guī)定為土壤干燥條件下所測(cè)得的值，而土壤濕度受季節(jié)、氣候、地形等自然因素的影響，不同土壤濕度下的測(cè)量值會(huì)有所不同，這樣土壤濕度就會(huì)增大測(cè)量誤差。因此，在得出最終的測(cè)量值時(shí)，要根據(jù)土壤濕度來進(jìn)行校正。

3 改進(jìn)方案

3.1 采用intelliGMS智能接地電阻測(cè)量系統(tǒng)

intelliGMS系統(tǒng)由變頻接地電阻測(cè)量系統(tǒng)和分析軟件兩部分組成，它能自動(dòng)排除干擾并分析接地電阻的真實(shí)值，能有效地減小上述因素產(chǎn)生的測(cè)量誤差。該系統(tǒng)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，在實(shí)際的測(cè)量工作中，大大減小了工作量，提高了工作效率和精確度。

3.2 減小零序電流的干擾

在實(shí)際的測(cè)量中，一般采取以下措施來減小或消除零序電流對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（1）盡量增大通入接地體的電流；（2）測(cè)出源干擾后的零序干擾電壓，根據(jù)測(cè)量結(jié)果估算干擾電流；（3）兩次測(cè)量，先測(cè)出電源正向升流時(shí)的，再測(cè)出電源反向時(shí)的，設(shè)校正后的電壓為，那么零序干擾電壓為： = ；（4）使用三相電壓（電壓值分別為、、）對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)分別測(cè)量三次，設(shè)測(cè)得的電流分別為、、，然后算出接地電阻： = 用這種方法可以消除零序電流對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

3.3 防止引線互感

在測(cè)量中，如果兩根引線距離過小，就會(huì)發(fā)生互感，產(chǎn)生的互感電流就會(huì)會(huì)測(cè)量產(chǎn)生干擾。所以在布線時(shí)通常采取以下方法：（1）用一根架空線作為電流線，電壓線直接布置在地面，距離5～10米；（2）用三角形法布置電極，這樣布置電壓線和電流線之間的距離比較大，產(chǎn)生的互感非常微弱，可以忽略其影響；（3）采用“四級(jí)法”進(jìn)行測(cè)量。

4 總結(jié)

對(duì)于架空輸電線路來說，科學(xué)合理的設(shè)置接地電阻的阻值直接影響著線路防雷水平和雷擊跳閘率的高低。因此在實(shí)際的測(cè)量工作中，要盡力減小或消除誤差，在測(cè)量時(shí)可以采用智能接地電阻測(cè)量系統(tǒng)intelliGMS、并采取減小零序電流的干擾、防止引線互感等措施來進(jìn)行測(cè)量，這些都是行之有效的方法。

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