淺談大地網(wǎng)接地裝置特性參數(shù)檢測(cè)

于光波

(雞西市氣象局，黑龍江 雞西 158100)

1 引言

近年來,隨著現(xiàn)代化建設(shè)快速發(fā)展，社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入智能化、工業(yè)化、集成化、信息化的時(shí)代，特別近些年電力工業(yè)的水平也快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)容量急劇擴(kuò)大，電壓等級(jí)不斷升高。發(fā)、供電企業(yè)的接地系統(tǒng)也越來越多，接地裝置（大地網(wǎng)）的重要性顯得尤為突出。因此開展對(duì)大型電廠接地裝置特性參數(shù)測(cè)量的綜合檢測(cè)也更為迫切。

2 接地裝置的重要性

發(fā)電廠變電站接地裝置是保證人身和設(shè)備安全，維護(hù)電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要措施。近年來隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)容量急劇擴(kuò)大，電力系統(tǒng)短路電流越來越大，為確保短路電流快速散失，保證人身安全和電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，電力生產(chǎn)運(yùn)行部門對(duì)接地裝置越來越重視。資料表明,近年來國(guó)內(nèi)外由于接地不良，外殼接地引下線連接腐蝕、不通等引起和造成電力系統(tǒng)停運(yùn)和設(shè)備損壞的例子不在少數(shù)。

3 接地阻抗

接地阻抗是反映接地裝置是否良好的一個(gè)重要指標(biāo)。接地阻抗是接地裝置對(duì)遠(yuǎn)方電位零點(diǎn)的阻抗，數(shù)值上為接地裝置與遠(yuǎn)方電位零點(diǎn)間的電位差，與通過接地裝置流入地中的電流的比值。

接地阻抗包括接地電阻和接地電抗兩部分 （Z=R+jX），接地電阻只是其中的一部分，不能反映真實(shí)情況。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)短路時(shí)，短路電流主要成份是交流分量，交流電流流過接地裝置時(shí)，產(chǎn)生的電壓降也是交流電壓，交流電壓除以交流電流，對(duì)應(yīng)的值是阻抗（I=U/Z），而不是電阻。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明，接地電抗是實(shí)際存在的，是不可忽視的重要參數(shù)。所以說測(cè)量接地電阻不能反映實(shí)際情況，而測(cè)量接地阻抗才能反映實(shí)際情況，才有實(shí)際意義和價(jià)值。

運(yùn)行中的110 kV變電站接地網(wǎng)，電抗約等于電阻，運(yùn)行中的220 kV及500 kV以上的變電站接地網(wǎng)，電抗大于電阻。凡是用輸出電流是直流的測(cè)試儀，測(cè)量到的都是電阻。凡是用輸出電流是交流的測(cè)試儀，測(cè)量到的都是阻抗。

根據(jù)國(guó)家DL＼T475-2006《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》要求，新建的電廠、變電所和新建桿榙的接地裝置驗(yàn)收時(shí)，必須測(cè)試接地阻抗，同時(shí)要測(cè)試土壤電阻率、接地引下線導(dǎo)通電阻。已經(jīng)運(yùn)行的電廠、變電所也要定期測(cè)試接地阻抗、跨步電壓、導(dǎo)通電阻等項(xiàng)目。

4 地網(wǎng)接地阻抗（接地電阻）不合格的危害

如地網(wǎng)接地阻抗不合格，當(dāng)雷擊或電力系統(tǒng)故障時(shí)，雷電流或故障電流流過電網(wǎng)時(shí)，會(huì)使地網(wǎng)電位抬高，當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)電位>2 000 V時(shí)，會(huì)損壞變電所的設(shè)備：如控制設(shè)備、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、通訊設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、直流系統(tǒng)等。

現(xiàn)代的控制設(shè)備及自動(dòng)裝置、通訊、監(jiān)控設(shè)備大都是微機(jī)控制的。微機(jī)控制設(shè)備的電源基本是弱電，弱電對(duì)地（外殼接地）絕緣500 V，正、負(fù)極對(duì)地（外殼接地）耐壓500 V，當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)電位>2 000 V時(shí)，相當(dāng)于正、負(fù)極對(duì)地承受的電壓>2 000 V，已超過設(shè)備的500 V耐壓水平，使絕緣損壞。

當(dāng)接地阻抗0.5Ω時(shí)，雷電流或電力系統(tǒng)故障電流達(dá)到20 kA時(shí)，電網(wǎng)瞬時(shí)電位將達(dá)到10 000 V。因此，易遭雷擊的地區(qū)或短路容量大的電網(wǎng)，地網(wǎng)的接地阻抗要求越小越好。

一般變電站都要滿足接地阻抗Z≤0.5Ω。目前，大部分500 kV變電所地網(wǎng)的接地阻抗＜0.2Ω。

5 電氣完整性即接地引下線導(dǎo)通

電力設(shè)備的接地引下線與地網(wǎng)的可靠、有效連接是設(shè)備安全運(yùn)行的根本保障。接地引下線是電力設(shè)備與地網(wǎng)的連接部分，在電力設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，連接處有可能因受潮等因素影響，出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)銹蝕,甚至斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致接地引下線與主接地網(wǎng)連接點(diǎn)電阻增大，從而不能滿足電力規(guī)程的要求，使設(shè)備在運(yùn)行中存在不安全隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備失地運(yùn)行。接地裝置的地下接地極及其連接部分也可能出現(xiàn)銹蝕、甚至斷裂現(xiàn)象。因此根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T475-2006《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》,應(yīng)定期對(duì)接地裝置進(jìn)行電氣完整性測(cè)試。

引下線導(dǎo)通電阻測(cè)試儀采用電流電壓法測(cè)試原理，也稱四線法測(cè)試技術(shù)，原理方框見圖1。

圖1 導(dǎo)通測(cè)試原理圖

Rx是所測(cè)得的導(dǎo)通電阻，由電流源經(jīng)I+、I-兩端口（也稱I型口），供給被測(cè)電阻Rx電流，電流的大小由電流表I讀出，Rx兩端的電壓降由電壓表V讀出。通過對(duì)I、V的測(cè)量，就可以算出被測(cè)電阻的阻值。由上圖可看出，儀器采用的是四端子法測(cè)量，因此可消除導(dǎo)線電阻和接觸電阻帶來的誤差。

6 接地阻抗儀器的基本要求

儀器采用變頻接地阻抗測(cè)試儀，功率5 kW，輸出試驗(yàn)電流3-15 A，頻率40-60 Hz，異于工頻又盡量接近工頻。

6.1 測(cè)試回路的布置

測(cè)試接地裝置工頻特性參數(shù)的電流極應(yīng)布置的盡量遠(yuǎn)，通常電流極與被測(cè)接地網(wǎng)裝置邊緣的距離應(yīng)為被測(cè)接地裝置最大對(duì)角線長(zhǎng)度的2-3倍，測(cè)試盡量避開河流、湖泊、遠(yuǎn)離地下金屬管道、不能并行與架空線路，電流線和電壓線保持2m距離，以防線與線之間的互感所帶來的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差影響。

6.2 測(cè)試方法

(1)電位降法：先用GPS測(cè)量地網(wǎng)對(duì)角線距離，電流線取地網(wǎng)對(duì)角線3倍，選擇放線比較好的路線，最遠(yuǎn)方的點(diǎn)就是電流極C，電壓極從地網(wǎng)的邊緣開始沿與電流回路呈30°-45°的方向向外移動(dòng)，每間隔50m或者100m測(cè)量一次接地阻抗，根據(jù)電壓極線長(zhǎng)度和測(cè)試點(diǎn)的阻抗繪出Z與X的變化曲線，曲線平坦處就是電位零點(diǎn)。

(2)直線法：電流線和電壓線同方向，先用GPS測(cè)量地網(wǎng)對(duì)角線距離，電流線取地網(wǎng)對(duì)角線3-4倍，選擇放線比較好的路線，最遠(yuǎn)方的點(diǎn)就是電流極C，電壓線放線距離取電流線的0.5-0.618倍，測(cè)量時(shí)注意電流線和電壓線保持3 m距離，以減少互感耦合對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

6.3 場(chǎng)區(qū)地表電位梯度測(cè)試

場(chǎng)區(qū)地表電位梯度是一個(gè)重要的表征接地裝置整體狀況的參數(shù)，大型電廠的接地裝置的狀況評(píng)估和驗(yàn)收試驗(yàn)應(yīng)該測(cè)試接地裝置所在場(chǎng)區(qū)的電位梯度分布曲線。

方法：先將可調(diào)頻率電源施加試驗(yàn)電流，升壓站內(nèi)場(chǎng)區(qū)巡線線路分為幾條檢測(cè)線，每條線路中間取一個(gè)參考點(diǎn)，用選頻信號(hào)測(cè)量?jī)x測(cè)量每個(gè)點(diǎn)和參考點(diǎn)中間的電位，并記錄，繪出曲線。

判斷結(jié)果：狀態(tài)良好的接地裝置的電位梯度分布曲線比較平坦，通常曲線兩端有些抬高；有劇烈起伏或突變說明接地裝置狀況不良；折算后場(chǎng)區(qū)地表電位梯度電壓通常在20 V以下，一般不宜超過60 V，如果接近或超過80 V,則應(yīng)盡快查明原因予以處理。

6.4 跨步電位差、跨步電壓、接觸電位差、接觸電壓和轉(zhuǎn)移電位測(cè)試

跨步電位差、跨步電壓、接觸電位差、接觸電壓和轉(zhuǎn)移電位測(cè)試時(shí)，先將可調(diào)頻率信號(hào)源施加試驗(yàn)電流（3-10 A），當(dāng)接地裝置大地網(wǎng)有試驗(yàn)電流流過時(shí)，就可以用選頻信號(hào)測(cè)試儀在地表測(cè)到地表電位差及電壓。

跨步電位差、跨步電壓測(cè)試方法：主要測(cè)試變電站或者升壓站中巡線線路，人員走動(dòng)比較多的位置，兩個(gè)銅盤之間距離為1 m點(diǎn)的距離，當(dāng)銅盤兩端并上人體等效電阻1.5 K時(shí)，所測(cè)試的電壓就是跨步電壓，反之就是跨步電位差。

接觸電位差、接觸電壓測(cè)試方法：主要是檢測(cè)運(yùn)行人員常接觸的設(shè)備，如隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電源檢修箱、構(gòu)架等，用濕抹布包裹銅盤放置在設(shè)備為1 m距離點(diǎn)，另一個(gè)點(diǎn)觸摸到設(shè)備接地外殼的1.8m處的電壓就是接觸電位差，在測(cè)量端子并上人體電阻1.5 K后就是接觸電壓。

轉(zhuǎn)移電位測(cè)試方法：主要選擇升壓站地網(wǎng)與建筑物地網(wǎng)之間的電位。