接地裝置沖擊接地電阻的測(cè)量與特性研究

王 汀，李冠華，金 鑫，畢海濤

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

接地裝置沖擊接地電阻的測(cè)量與特性研究

王 汀，李冠華，金 鑫，畢海濤

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

沖擊接地電阻一般用來(lái)評(píng)估雷擊短路情況下的接地裝置的安全性，目前國(guó)內(nèi)針對(duì)接地裝置沖擊特性的研究相對(duì)較少，尚無(wú)法準(zhǔn)確了解其規(guī)律及特點(diǎn)。為準(zhǔn)確掌握接地裝置的沖擊特性，從仿真計(jì)算和場(chǎng)地試驗(yàn)兩方面入手，建立了合理的接地裝置暫態(tài)模型，結(jié)合土壤放電特性、頻變特性及材質(zhì)規(guī)格等因素進(jìn)行全面綜合考量，深入分析了沖擊接地特性與工頻特性、環(huán)境條件及工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值等方面的影響規(guī)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(tǒng)的防雷保護(hù)效果。由于縱向電感的作用，接地裝置在沖擊時(shí)只有有限面積起作用，這與工頻時(shí)接地電阻與占地面積的平方根成正比不一致，因此，通過(guò)測(cè)量接地裝置的工頻接地電阻不能正確評(píng)估桿塔的沖擊接地狀態(tài)，需通過(guò)沖擊接地阻抗測(cè)量對(duì)接地裝置的沖擊接地狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估［1］。目前針對(duì)真型接地裝置沖擊大電流特性的研究相對(duì)較少，對(duì)其現(xiàn)象和規(guī)律的掌握處于較單薄的狀態(tài)，因此，研究接地裝置沖擊特性與其頻率、環(huán)境、材質(zhì)、規(guī)格等的關(guān)系對(duì)有效提高電力系統(tǒng)防雷效果具有十分重要的意義。

1 接地裝置試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x材與埋設(shè)

1.1 接地網(wǎng)縮小型接地裝置

接地網(wǎng)縮小型接地裝置是大型接地裝置形式中最常見(jiàn)的一種［2］，為了降低接地裝置區(qū)域的場(chǎng)區(qū)電位差，常將接地裝置設(shè)計(jì)成網(wǎng)絡(luò)狀。這種接地裝置的特點(diǎn)是均壓效果好、接地電阻小。圖1為接地網(wǎng)縮小型接地裝置設(shè)計(jì)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(zhǎng)度為1 200 mm，為水平接地極。

圖1 接地網(wǎng)縮小型接地裝置設(shè)計(jì)圖

一般高土壤電阻地區(qū)的接地裝置易出現(xiàn)接地參數(shù)不合格現(xiàn)象。這些地區(qū)土壤中一般含沙石量大，工程中常用挖掘機(jī)進(jìn)行接地裝置溝槽的制作，并用挖掘機(jī)進(jìn)行填埋與夯實(shí)工作。圖2為用挖掘機(jī)所挖掘的接地網(wǎng)縮小型接地裝置溝槽，圖3為縮小的接地網(wǎng)，所有接頭采用電焊連接，搭接長(zhǎng)度按照GB 50169—2006《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求進(jìn)行。

圖2 接地網(wǎng)縮小型接地裝置溝槽

圖3 縮小的接地網(wǎng)

1.2 離子接地裝置

對(duì)不同外護(hù)殼材料的離子接地裝置進(jìn)行試驗(yàn)［3］，包括一段銅包鋼、一段鋅包鋼等材料，通過(guò)測(cè)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(shè)布置如圖4所示。

表1 試驗(yàn)材料

2 接地裝置特性測(cè)試原理

2.1 接地網(wǎng)縮小型接地裝置特性測(cè)試原理

接地裝置特性測(cè)試主要包含工頻特性與沖擊特性，工頻接地阻抗測(cè)試使用常規(guī)三級(jí)法進(jìn)行測(cè)量［4］，沖擊接地阻抗測(cè)試采用基于沖擊電流的三極法，測(cè)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(shè)布置圖（單位：mm）

圖5 沖擊接地阻抗測(cè)試回路布置及接線

沖擊接地阻抗測(cè)試中沖擊電流發(fā)生器用于產(chǎn)生波頭較陡、波尾較平緩的沖擊電流（接近標(biāo)準(zhǔn)雷電流波形8／20 μs）來(lái)模擬雷電流；試驗(yàn)接通后將該電流注入接地網(wǎng)，地網(wǎng)將產(chǎn)生沖擊電位升，分流器和分壓器分別將電流信號(hào)、電壓信號(hào)傳至示波器，最后記錄測(cè)試數(shù)據(jù)與波形。

2.2 離子接地裝置特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試原理

由于測(cè)試的接地降阻材料試品規(guī)模小，其接地電阻很大。因此，接地阻抗工頻測(cè)試選擇遠(yuǎn)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(cè)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(xiàn)場(chǎng)測(cè)試原理圖。

圖6 工頻特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試原理圖

圖7 沖擊特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試原理圖

3 接地裝置特性測(cè)試

3.1 不同土壤環(huán)境條件變頻測(cè)試

一般情況下，接地裝置的特性參數(shù)與接地裝置所處位置的土壤電阻率有很大關(guān)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(fā)生變化。因此，在接地測(cè)試中，為使測(cè)試的接地裝置特性參數(shù)評(píng)估更加合理，必須掌握測(cè)試時(shí)接地裝置所處的土壤電阻率。

對(duì)于變電站周圍土壤電阻率的測(cè)量，選擇在變電站外就近放置測(cè)量線，用溫納四極法進(jìn)行測(cè)試。表2為2次使用溫納等距法測(cè)試的土壤參數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)CEDGS軟件土壤分析結(jié)果得到，2次土壤電阻率測(cè)試等效單一結(jié)果分別為346 Ωm和492 Ωm。

表2 溫納等距法的土壤參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)表3的接地裝置在土壤電阻率為346 Ωm時(shí)，不同頻率下接地電阻數(shù)據(jù)可知，在30 kHz以內(nèi)，小型接地裝置的電感效應(yīng)遠(yuǎn)小于其電阻效應(yīng)，最大不超過(guò)0.3%。但其沖擊特性因其發(fā)生火花電暈效應(yīng)，使其電阻特性明顯降低，其電感效應(yīng)也因支路有效截面增大而降低，使沖擊電阻相對(duì)偏小。

表3 接地裝置在土壤電阻率為346 Ωm時(shí)不同頻率的接地電阻

根據(jù)表4所示的接地裝置在土壤電阻率為492 Ωm時(shí)，不同頻率下接地電阻數(shù)據(jù)可知，接地裝置由于土壤電阻率相對(duì)第1次有所增大，從而導(dǎo)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(shí)不同頻率的接地電阻

3.2 不同材質(zhì)測(cè)試

表5是不同材質(zhì)離子接地裝置工頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)。

表5 離子接地裝置工頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)

由表5中的a－31、a－32、a－33、a－34工頻接地電阻測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，離子接地裝置管材不同對(duì)工頻接地電阻幾乎沒(méi)有影響。主要原因是管材本體材料電阻率遠(yuǎn)比環(huán)境土壤電阻率小，管體對(duì)接地電阻的貢獻(xiàn)在于其外形結(jié)構(gòu)，與材料關(guān)系不大。比較a－3x與a－61的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，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?yàn)殡x子接地裝置管內(nèi)藥劑流散后不同區(qū)域、上半截管體與下半截管體間的屏蔽所導(dǎo)致。因此，離子接地裝置的規(guī)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(shù)相差不大，遠(yuǎn)小于1，而6 m離子接地裝置與3 m接地裝置相比，規(guī)模增大1倍，沖擊接地電阻降低24%。

4 結(jié)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(yīng)接地阻抗均明顯增大。

b.小規(guī)模接地裝置由于其所用材料數(shù)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(shí)，接地裝置的沖擊系數(shù)小于1。

d.短離子接地裝置相對(duì)比長(zhǎng)離子接地裝置具有優(yōu)越的性價(jià)比。

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

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

［3］鄭小川，達(dá) 偉，李志忠，等.改進(jìn)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(píng)估測(cè)試［J］.東北電力技術(shù)，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(cè)試與分析［J］.東北電力技術(shù)，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(guò)電壓技術(shù)管理和科研工作。

2016－05－12）