論輸電線路鐵塔接地電阻測量方法應用

杜小東 陳 軍

(四川省能投美姑新能源開發(fā)公司)

0 引言

合格的接地電阻是形成有效接地系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié), 在輸電線路防雷接地中, 桿塔的接地電阻設計的合理性和實際阻值的有效性將直接影響防雷擊效果。由于輸電線路一般都比較長, 且經(jīng)過的地形條件都比較復雜, 穿越各類地質區(qū)域(林區(qū)、山地、巖石區(qū)、高山), 用傳統(tǒng)的測量法需要需要把鐵塔本身和架空地線的連接線分開且不能挨著, 不然由于架空地線與所有鐵塔都連接在一起, 形成并聯(lián)關系, 從而影響鐵塔接地電極接地電阻的阻值。

這就大大降低測量效率, 不能在有效時間內(nèi)完成測量工作?；诖? 本文對輸電線路桿塔接地電阻測量不同的方法下的效率進行了詳細的分析對比, 得出最高效的桿塔接地電阻測試方法, 本文以福祿克(1625-2) 為例。

1 接地電阻的含義

接地電阻是指電流從接地裝置流到地面, 然后通過地面流到另一個接地體或傳播一段距離時遇到的電阻。接地體和地之間的接觸電阻以及兩個接地體之間的電阻或從接地體到無限距離的接地電阻。接地電阻的大小直接反映了電氣設備與“地”的良好接觸程度, 也反映了接地網(wǎng)的規(guī)模。在單點接地系統(tǒng)和強干擾條件下, 可采用輔助接地極的測量方法進行測量。接地電阻主要分為以下三種類型。

1) 保護接地: 保護接地主要是指對金屬屏蔽、混凝土、電桿等采取的接地措施。因絕緣降低或損壞而通電的電氣設備, 從而危及人身安全。

2) 防靜電接地: 對天然氣儲罐、可燃油、天然氣管道、高壓試驗場地、電子設備等進行防靜電接地點。接地以防止靜電的有害影響。

3) 防雷接地: 為將雷電引至地面, 將防雷裝置(雷電、避雷線等) 的接地端接地, 消除雷電過電壓對建筑物、線路、電氣設備、人員和財產(chǎn)的損害而采取的接地措施。是為了釋放大氣過電壓。

本文重點講的是防雷接地的。

2 輸電線路鐵塔的接地系統(tǒng)

輸電線路桿塔的接地則屬于防雷接地, 主要由架空地線、避雷器、引下線、接地體等組成, 合格的桿塔接地電阻才能將雷電流引入地下, 從而減少雷電對輸電線路造成損害。所以, 桿塔的接地電阻是否合格直接決定輸電線路的穩(wěn)定運行。定期檢測鐵塔的接地電阻是維護輸電線路安全運行的重要保證。

3 儀器介紹

福祿克1625-2 接地測試儀(測試儀或產(chǎn)品) 是用于執(zhí)行全部四類接地測量的緊湊型現(xiàn)場耐用的儀器。特別是該測試儀僅用夾鉗就可測量接地回路電阻(稱為無棒測試)。這種方法不需要使用接地棒或斷開接地棒的連接, 能有效提高接地電阻測量的效率。

該測試儀采用:

1) 一鍵測量概念、三極和四極接地測量、四極土壤電阻率測試

2) 選擇性測試, 不斷開接地導體的連接(1 個夾鉗), 無棒測試, 快速接地回路測試(2 個夾鉗)

3) 測量頻率: 94、105、111 和128Hz

測試儀提供以下高級功能:

4) 自動頻率控制(AFC) —儀器能識別出存在的影響, 并選取一個能將干擾程度降到最小的測量頻率(94、105、111 和128Hz), 提供更加準確的接地值。

5) R*測量—計算55Hz 下的接地阻抗, 以便更準確地反映接地故障會檢測的接地電阻。

6) 可調整限制—以便進行快速驗證測試結果。

在有關電能生產(chǎn)、輸送、配電和用電的地方, 必須采取一定的安全措施來保護人民的生命安全。這些安全措施是國家和國際規(guī)范的一部分, 需要定期檢查。接地是裸露的導電部位對地之間的連接, 保證設備發(fā)生接地時最基本、最可靠的安全措施。輸電鐵塔、變壓器, 卷筒、槽罐基礎的防雷系統(tǒng)都必須接地。

所以, 每年用接地電阻測試儀測試接地系統(tǒng)保證接地系統(tǒng)的的有效性顯得尤為重要。1625-2 接地電阻測試儀將最新技術與緊湊型現(xiàn)場耐用儀器有機組合, 實現(xiàn)完美的解決方案。除了標準的三極和四極接地電阻測量外,它還提供了一種創(chuàng)新的方法, 可以在不斷開任何并聯(lián)接地電極的情況下, 在單點和網(wǎng)格接地系統(tǒng)中精確測量每個接地電極電阻?！斑@項功能的一個具體應用是快速、準確地測量輸電架線塔的接地。1625-2 具備自動頻率控制(AFC) 功能, 可盡量減少干擾。在測量之前, 儀器可以識別現(xiàn)有的干擾, 并選擇一個可以將其影響降至最低的測量頻率。”(引用《Fluke 接地電阻測試儀》)

4 測量方法比較

以下兩種測量方法均用福祿克1625-2 接地測試儀進行測量, 這樣能有效形成直觀對比。

4.1 三極/四極接地電阻測量

這種測量方式使用一根接地探針和一根輔助接地電極、基礎接地電極來測試其它接地系統(tǒng)的接地電阻。接線方式詳見圖1。

圖1 三極/四極接地電阻測量法

此方法需要3 個部分, 即探針、輔助接地電極、接地電極, 3 個聯(lián)合在一起測量接地電阻。三個部分在依次分布在一條直線上, 間距分別大于20m, 它是將探針和輔助接地電極分別布置在輸電線路的桿塔附近, 用電壓表測量出接地電極同探針之間間存在的電位差, 然后使用電流表測量流經(jīng)接地裝置到輔助接地極的電流, 運用歐姆定律的基本原理, 計算出接地電阻R, 即R=U/I。若使用該方法測量桿塔接地電阻,必須科學設計電壓極和電流極的位置, 且在測量過程中必須將桿塔的四個腿與接地體斷開后才能測量準確, 這些措施的應用會加大測量工作量, 測量勞動強度過高, 從而影響到測量的效率。

4.2 夾鉗法

通常測量單基輸電線路塔腿的接地電阻時, 需要斷開另外三個塔腿的接地應下線和架空地線與本鐵塔的連接, 不然由于架空地線地連接作用和接地環(huán)網(wǎng)與塔身的連接形成并聯(lián)回路, 很大概率會影響常規(guī)測試法的接地電阻值的數(shù)值。而夾鉗法所采用的創(chuàng)新測量方法是使用其外接變流器(EI-162BN 鉗形變流器)只測量流經(jīng)接地極的真實電流, 從而不用切斷另外三個塔腿的接地引下線或拆開架空地線的連接線就可測量接地電極的電阻。接線方法詳見圖二:

由于四個塔腿均與架線塔的地基相連, 因此測試電流Imeas 也分成了5 部分, 一部分因架空地線的連接流向了相鄰鐵塔, 再流向相鄰鐵塔的接地極和鐵塔基礎接地。另外4 部分(I1、I2、I3、I4) 流向本鐵塔的4 個塔腿的基礎接地和引下線所連接的接地極。這5 部分電流相加得到的復合電流IE 流向了大地。具體將變流器按照一定的順序安裝到塔腿上, 分別測量出每一個塔腿的接地電阻值分別為R1、R2、R3、R4, 對應的電流為I1、I2、I3、I4, 過程中為了保證測量結果的誤差, 電壓極和電流極的位置應保持不變。因此, 等效電阻可以這樣表示:

因此, 架線塔的接地電阻RE 確定為各個等效電阻的并聯(lián)電路:

4.3 接地探針安裝注意事項

在安裝電壓接地針和電流接地針前, 確保兩根探針安裝在合適的電位梯度范圍以外。接地體與電壓探針、電流探針的依次距離大于20m 以上才能滿足條件, 不影響檢測結果。否則會造成測量不準確的, 結果誤差大。三者依次距離是否滿足條件, 可以用改變電壓探針和電流探針的位置來驗證, 如果多次測試的值相同, 則說明接地體與電壓探針、電流探針的依次距離滿足條件要求。

在測量過程中, 始終保持鉗形變流器和測量電流的電流點(鱷魚夾) 的方向保持固定不變, 才能確保所有塔腿的REi值準確, 然后通過下面的公式計算實際接地電阻RE:

如果變流器的方向正確, 而顯示的RE 值為負, 則表明一部分測量電流正向上流到塔體。如果將上述的電阻值帶入上面的公式, 就能算出本及鐵塔的接地電阻值。

5 桿塔接地電阻測量方法的比較

5.1 測量結果對比

因三極/四極法測量法和夾鉗法測量的方法和原理有所不同, 所以測量結果也會不同, 測量的接地電阻值也會不相同。三極/四極法測量回路沒有其他電阻, 所以測量的接地電阻值也準確的多。夾鉗法是測量整個回路電阻值, 包括架空地線及與之相連接的鐵塔的接地電阻、鐵塔本身的接地電阻、連接本鐵塔接地極的接地電阻。由于回路中涉及了架空地線和相鄰鐵塔基礎的接地電阻和接地極的接地電阻, 都會影響整體的接地電阻。對比兩種測量方式的阻值發(fā)現(xiàn), 通過夾鉗法測的值偏都大一些。但誤差精度基本在5%以內(nèi), 但在輸電線路桿塔接地電阻測量中, 測量精度要求不高, 在允許誤差范圍內(nèi)。

5.2 測量方法對比

使用三極/四極法測量時需擰開桿塔與接地裝置的所有螺絲, 接地裝置與桿塔必須分開, 測量完成后, 需要重新連接接地體和塔架, 這需要大量的人力、物力和時間, 大大降低了測試效率。當使用夾鉗法測量時斷開其他鐵塔接地線, 用夾鉗夾住被測桿塔接地線就可直接測出接地電阻, 通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),夾鉗法測試效率比三極/四極測試法效率提高50%以上。

6 結束語

綜上所述, 以上兩種測試方法和測試結果值都滿足要求, 全都能較準確的反映出輸電線路桿塔的接地電阻大小, 但從測量測量速度和效率上看, 夾鉗法的測試效率是三極發(fā)/四極法的測試效率的2 倍左右, 夾鉗法尤其適合線路較長、天氣條件較差,地形較復雜、工期緊的輸電線路桿塔接地電阻的測試工作。