大型变电站接地网接地阻抗测量方法研究

大型变电站接地网接地阻抗测量方法研究

史俊,刘兴涛,马思哲,杨昌隆,周嘉璐

云南电网有限责任公司普洱供电局、云南普洱、665000

摘要：接地网是变电站安全运行的重要保证，是接地系统中的薄弱环节，尤其是在电力系统大面积停电的情况下，接地网接地阻抗的测量具有重要意义。目前大多采用人工接地阻抗法（即人工接地网电阻法）进行测量，其缺点是精度较低，无法满足对大尺度、多点分布接地网的高精度接地阻抗测量要求。为了解决上述问题，将需要研究更加多元化的大型变电站接地网接地阻抗测量方法，以期更好地确保变电站运行的整体安全性。

关键词：大型变电站；接地网；接地阻抗；测量方法

一、引言

接地系统的运行状况直接关系到变电站的安全运行，而接地网接地阻抗就是其中的一个重要指标。接地网的接地阻抗主要由地网两个接点之间所存在之电阻，其大小与所承受的电压成正比，当接地点与其他接点连接时，这一部分的阻抗就被忽略。如果接地网系统中存在电阻值很小、电流很大或电压很高，或者当接地点有过电流、欠电流现象时。则地网两个接点之间将产生不平衡的阻抗，这一不平衡阻抗会导致整个接地网在电流过大和过小时产生短路现象，引起接地系统中局部过电压和系统过电压。此外，在雷电发生时或发生设备故障时接地点存在过大的电阻也将会造成设备短路或接地系统短路。

另外，如果接地网是用来提供安全可靠接地电压和电气绝缘电阻值的系统接地线（如避雷针），就会在其上产生很大的电场（如高压脉冲）并对设备构成威胁。因为接地网地阻小且分布较均匀所以不存在因局部高电压而引起的放电现象。但由于接地网中各点之间阻抗相差很大且分布不均匀，因此在一些大电流环境下可能出现因高负荷过电流而引起接地网开路现象，从而导致设备损坏和人身伤害事故发生。虽然接地网接地阻抗主要取决于地网各点之间的阻抗，但当采用一种低成本和低功耗产品进行现场测量时却存在一些问题：如：使用双金属板测试，在高温天气下将其熔化或腐蚀，因此只能用于测量较小电阻值的地点。使用双金属板无法解决高温天气下对地电压和电阻值较小但分布不均匀的问题，由此研究更加具有实用性的大型变电站接地网接地阻抗测量方法将具有重要的价值。

二、测量原理

接地网是电力系统接地工程的重要组成部分，其接地阻抗是衡量接地网质量的重要指标，接地网接地阻抗越小，则保护功能越强，对线路及电气设备就具有更高的安全性。由于接地阻抗法测量时必须先接通地线，而地网接地系统中存在大量的高频电流通过金属导体流入大地，使大地受到感应电流影响产生了附加电压。

对于测量接地电阻，通常采用的是利用接地引线。接地网络模型为多层同心圆结构，由若干个接地体构成。每一层都包含一个接地体和一个或多个接地体相连的网络，且每个点的接地体都与网络有电气连接。测量方法如下：

（1）使用电阻法：利用接地网络本身为理想导体，具有很好的抗电特性，但在实际工作中经常会出现接地电阻大于其抗电特性值的情况，因此通常采用多层同心圆结构。

（2）使用电容法：利用导体内部的电容来表示其内部导体的电容状态来反映介质的介电常数和电阻率等物理特性。

（3）通过接地引线法：利用大地中有良好绝缘性能的金属线或金属管作为接地体来表示网络上各点之间的相互电气连接线。其本质是在导体中加入一个电抗。

（4）使用测量法：通过接地网上各个点之间的电阻来计算整个接地阻抗并直接得出结果。根据定义，对于理想绝缘体来说，在测量中如果不考虑电抗影响和电涌影响时（不考虑电涌效应），接地点之间只有一个接地体与大地构成回路连接时其电流大小等于零。

但在实际工作中，如果两个导体在某一点接触，且电涌作用大于电抗时（在理想绝缘体里）这种情况下会产生更大的电压（电涌），这种情况下两点之间不会有接地点形成回路连接。因此要想得到更精确地测量结果往往需要采用多层同心圆结构来作为接地网模型来进行计算并得出接地阻抗值。

三、大型变电站接地网接地阻抗测量方法试验

接地网接地阻抗测量是接地系统中的重要工作之一，也是接地网施工中的重点和难点。对于接地网接地电阻在很大程度上取决于接地网对地电压和电流的影响。为准确测量接地网接地阻抗，首先要了解接地网的结构。接地系统是一个复杂的电磁环境，主要包括接地网、土壤、地下设备等。接地网又可分为接地铜芯线、铜棒或金属管。接地系统内接地点不同，其电流大小和方向也不同。

一般情况下对接地网的要求是：接在电力系统电压等级为10 kV以下的地区（如南方电网），接地电阻不大于4Ω；而在电力系统电压等级为10 kV以上的地区（例如南方电网），应符合以下要求：接在电力系统电压等级为10 kV及以上，且接地电阻不大于4Ω；而对接地网进行接地电阻测量时需考虑到这两个要求，即需要对接地电阻值进行正确选取并准确测量。接地网地阻抗与电流方向、电流大小密切相关。测量多功能接地阻抗测试仪应保证在测试过程中设备不会受到电流影响。由于测试场所多为露天场地，存在灰尘、雨水等影响因素，所以需要做好绝缘保护措施（如使用聚氯乙烯绝缘板）。

接地电阻测试时应根据要求确定电阻值，期间需要满足如下要求：

（1）接地系统中所产生电压有三个主要部分：地内高压、地外高压（或地间高压）和地中低压；其中前两个部分的电压值可以通过调整电阻实现改变；而第三部分的电能是通过对电流源进行变换实现的。

（2）测量接地网接地电阻时，必须保证接地点不会发生电压击穿，因此在测量前应将其接入避雷器进行保护（一般接入不小于100Ω的电阻）。

（3）对于多功能接地阻抗测试仪而言，其功能包括电流输出和电压输出。

（4）电流输出分为模拟信号输出与数字信号输出两种方式：电流是指测量接地网内各点所产生的感应电压（即感抗）；电压则是指测量接地网内各点之间所产生的交流电压。

（5）如果现场测试环境潮湿或灰尘较多，可以使用聚氯乙烯绝缘板进行保护。

四、结束语

由于接地网接地阻抗测试仪可直接测量出接地网各点之间的阻抗，所以对于在户外使用的接地网，采用直接测量法可以大大缩短测量时间。由于测量方法简单、操作方便、成本低、性能稳定，因此具有广泛的应用前景。但是在实际应用过程中还存在一些问题：

（1）设备运行时可能出现过电流保护，当发生过电流保护时需要断开电源进行测量，因此造成不必要的损失。

（2）使用交流输入电源后，由于直流电源产生的阻抗较小难以在现场找到合适的阻抗线并安装在设备上。

（3）采用直接测量法时需要配置大量的接地网并需要一定的时间进行数据采集；而且测量过程中可能出现停电等情况，无法正常运行。

综上所述，对于接地网接地阻抗测试方法还需要进一步研究并完善。

参考文献

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