接地阻抗測試

近些年來，國內多處變電站因雷擊造成事故擴大，多數與接地網接地阻抗不合格有關。因此，必須加強對接地網接地阻抗的定期監測。如果對接地網接地阻抗測試不準確，不僅可能會損壞設備，還可能會造成諸如接地網誤改造等不必要的損失。 ^[1] 

1、接地阻抗測試的概念

接地測試實際上就是指測量變電站接地網的接地阻抗。接地阻抗是電流由接地裝置流入大地再經大地流向另一接地體或向遠處擴散所遇到的電阻，它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限大遠處的大地電阻。

2、接地阻抗測試的意義

在國內，目前對於接地技術的研究主要集中在接地網的腐蝕檢測方法研究、腐蝕檢測裝置研究、接地阻抗測試方法研究、接地阻抗測試過程中的誤差分析、接地裝置的降阻研究與應用等等。隨着發展，越來越多的變電站接地裝置接地阻抗測試工作變得越來越難，這一方面是因為出於經濟角度考慮，一些新變電站建設於地形環境複雜、靠近山脈和河流的地方；另一方面是因為隨着地方經濟的發展，一些舊變電站周圍逐漸增加了好多建築；第三個方面是敞開式變電站接地網面積大，隨之帶來了測試工作量大，測試精度跟不上等困難。為此，需要打破傳統方法的限制，研究接地阻抗測試新方法，以適應新環境下變電站的實際接地狀況，最大限度地準確獲取大型接地裝置的接地阻抗。

1、接地阻抗測量儀器的發展

最初人們對接地阻抗測量用伏安法，試驗非常原始。上世紀五六十年代前蘇聯的E型搖表取代了伏安法，電源是手搖發電機。 70年代國產接地阻抗儀問世，ZC系列(如ZC-28、ZC-29)在結構、測量範圍、分度值、準確性都要勝過E型搖表。但由於手搖發電機的原因，精度均不高。80年代數字式接地阻抗儀投入使用，穩定性遠比搖表指針式高。上世紀90年代鉗口式電阻儀的誕生打破了傳統的測試方式。近幾年，由於計算機控制技術的運用，生產出了智能型接地阻抗測量儀，如意大利HT234。至今已出現了電流電壓法、干擾補償法、頻率差拍法、差頻補償法、四極法等大電流測量方法，以及抗干擾接地搖表、振盪器———選頻電壓表法、頻譜分析法、變頻法等小電流測量方法。

2、接地阻抗測量技術的發展

電流線和電位線同方向（同路徑）稱為三極法中的直線法，示意DCG符合測試迴路的佈置的要求，DPG通常為(0.5～0.6)DCG。電位極P應在被測接地裝置G與電流極C連線方向移動3次，每次移動的距離為DCG的5%左右，當3次測試的結果誤差在5%以內即可。大型接地裝置一般不宜採用直線法測試。上世紀80年代在三極法的基礎上，增加了一個輔助極，結合利用倒相法來消除測量中的干擾。然後，在理論和實踐中進一步得到分析、研究。異頻法早在上世紀50年代，先進國家就提出了用異於工業頻率的試驗電流測量帶電設備接地裝置接地阻抗的設想，但限於當時電子技術的水平，未能付諸實現。

為了抑制測量的干擾，早時有人提出了基於白噪聲的方法，但由於測量範圍和誤差的侷限性未能應用。在上世紀90年代末提出了基於高階譜的方法，並從理論和仿真上進行了研究。為了消除測量接地阻抗時的誤差和干擾，上世紀90年代，我國科技人員又相繼提出了雙電位極引線法、附加串接電阻法和電位極引線中點接地法、電位差法，近年又提出了多極法。同時，國外也曾有人提出了直流法、數值計算法、貝侖特補償法、運行狀態下的若帕-賴笛法等。 ^[1] 

1、帶有架空地線的接地阻抗測試

用三極法測量帶架空地線的變電站接地阻抗，由於技術應用架空線路地線與變電站接地網相連，且兩者很難斷開，在測量接地阻抗時，部分電流會從架空線路接地線流向遠方而沒有經被測變電站接地網直接入地。由此導致測量接地阻抗偏小，與變電站實際的接地阻抗相差較大，需要在測量結果中將接地線的分流電流除去。測量變電站接地阻抗時，電流引線相對於線路接地線很短，且兩者距離很遠，之間的夾角很大，因此，電流引線與線路接地線之間的互感基本可以忽略，其分流原理類似於純粹的電阻分流。因此，如果有多回線路的情況，每回線路的測量電流差別不大。實際變電站故障發生時，故障電流由線路的相導線提供，即相導線作為電流引線。此時，由於相導線與其接地線一直保持長距離平行，之間的距離也非常近，造成它們兩者之間的互感很大。相導線提供的故障電流會通過互感的作用在地線中感應出很大的反向電流，這部分電流可能成為分走故障電流的主要部分，雖然接地線也會分走一部分電流，但這部分電流隨着相線與接地線之間的距離減少，比例也越來越小。

2、帶有架空地線的接地阻抗測試

測量接地阻抗時，當架空線路地線與變電站接地網相連時，實際測量中，當架空線路地線與變電站接地網相連時，測得的阻抗Z_m為被測變電站實際接地阻抗Z_Sg1與所有相連線路地線、杆塔總等值阻抗的並聯。所有相連線路地線、杆塔總等值阻抗為所有相連線路地線、杆塔等值阻抗的並聯。如果求得每條線路地線、杆塔的等值阻抗，則可以得到Z_Sg1。因此，分析的關鍵是獲得每條線路地線、杆塔的等值阻抗。為方便計算，在求線路地線、杆塔的等值阻抗時，作如下假設：忽略變電站接地網與杆塔接地裝置之間的互電阻；同一條線路的杆塔接地阻抗相同；同一條線路的檔距不變，為平均檔距；忽略各條線路地線之間的互感影響；每條線路均較長，檔數較多，末端變電站的接地阻抗影響可以忽略，並可以認為線路增加一個檔距其地線等值阻抗不變。當求得每條線路從被測變電站看線路地線的等值阻抗Z_n後，可得變電站所連線路的總等值阻抗。該阻抗與變電站接地阻抗並聯後即為架空線路地線與變電站接地網相連時變電站的實測接地阻抗。

因此，當測得變電站的接地阻抗，並求得變電站所連線路的總等值阻抗後，可以推出變電站實際的接地阻抗。

3、變電所短路電流分流係數計算

電力系統短路故障時的短路電流計算，如果按照序分量和相分量，可分為序分量法和相分量法。正序、負序、零序分量存在相互耦合，此時不能採用傳統的序分量法進行求解，而基於相參數模型則可以使用上述線路的實際情況相分量法中，對各相相導線、架空地線和電纜外皮等線路參數沒有對稱條件的約束，因此運用相參數較為直觀也更為精確。求解一個相參數電路，實際上就歸結為基本的電路求解問題。

4、變頻與大電流相結合的接地阻抗測試方法

目前在接地規程中關於接地參數測量的方法中仍然建議採用工頻大電流或變頻小電流。但這2種方法都存在一定的問題。工頻大電流法對於新建變電站測試效果較好，因為此時工頻干擾很小，但對於在運變電站，尤其是電壓等級較高的變電站，在測量接地阻抗時，可採用反向法去除部分干擾，但還是有一部分干擾無法去除，另外在進行跨步電勢、接觸電勢、地表電位分佈等測量時存在的干擾信號有時大於測量信號，從而無法測量。變頻小電流法的優點是干擾信號小，在某些小型變電站可較好進行測量，但在大型變電站中，在進行跨步電勢、接觸電勢、地表電位分佈等測量時，測量信號太小，有些地方甚至無法測出信號。

在接地阻抗測量時電流太小，測量信號較低，測量存在較大誤差。另外，在土壤電阻率分層相差不大的平原地區，2種測試方法測得的接地阻抗吻合性較好，但在土壤電阻率分層相差較大的山區，2種測試方法測得的接地阻抗相差很大。這種變頻大電流的測試方法綜合了以前2種方法的優點，克服了各自存在的缺點，使跨步電勢、接觸電勢、地表電位分佈等測量數據更加可靠和易於實施。在多數情況下，45～49Hz和51～55Hz基本就可以較好的獲取接地阻抗，也就是説接地測量導則中的40～60Hz完全可以用45～55Hz代替，這樣的測試頻率與工頻更接近；試驗電流3～20A也可以變為20～50A。變頻與大電流相結合的接地阻抗測試系統主要由變頻電源、放大器、濾波器、耦合變壓器以及可調頻萬用表組成，可調頻萬用表可以測量電壓、電流信號，調頻萬用表能很好地辨識由測試系統所產生的預定頻率信號，對非預定頻率的其它信號則衰減得很厲害。

為了更好的監測電壓和電流，也可採用記錄波形的方法獲取。考慮到測試的便捷性與經濟性，儀器功率可以定為30kVA，最大輸出電流定為100A。 ^[1]