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变电站接地电阻测量方法的应用分析
发布日期:2019/4/28   点击次数:157

广东电网有限责任公司汕尾供电局 刘友强

    变电站的接地网上连着全站的高低压电气设备的接地线,低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地,以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大,当发生电力系统接地故障或其他大电流入地时,可能造成地电位异常升高,这会给运行人员的安全带来威胁,还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏,使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动,酿成事故,甚至是扩大事故,由此带来巨大的经济损失和社会影响.本文结合笔者多年来在汕尾供电局从事变电技术管理的经验和设备运行管理的实际应用情况,分析变电站接地电阻的测量方法及其应用。

1  影响接地电阻的因素

接地电阻就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻,它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地电阻。

接地电阻包括接地体的对地电阻和接地线电阻两部分,而接地线电阻在正常条件下可以容易地保持在非常低的数值,相对于整体接地电阻可以忽略,接地体的对地电阻决定了整体接地电阻。而接地体的对地电阻主要影响因素包括接地体的几何形状和埋设方式、土壤电阻率、接地体和填充土壤的接触紧密度。

影响地网接地阻抗测量结果的主要因素有6个方面:测量回路的互感、地中零序电流、避雷线和电缆出线外皮分流、带电运行的线路、高频干扰、以及地下导体。
1)测量回路的互感的影响,可通过不平行布线,如三角形、夹角或反向布置来消除。

(2)大地中可能存在较大的零序电流,尤其是运行中且出线较多的变电站,可用两种方法来减小地中零序电流的影响: 一是增大工频试验电流,即为增大信噪比,二是采用倒相法,类工频法可有效地解决零序电流对接地阻抗测量的影响。

3)避雷线和电缆出线外皮分流。工频无法测量分流,异频测量可以实现。
4)带电运行的线路。
5)高频干扰。
6)测量电极应尽量远离地下管道、河流等,来减小地下导体的影响。

2   测量接地电阻的方法

由于接地电阻在变电站接地系统中的重要性,因此如何简便、正确地测量变电站接地系统的接地电阻就显得尤为重要。目前我国测量接地电阻常用的方法是IEEE标准推荐采用的电位降法,尤以由此派生出的0.618法和30°夹角法更为常用。其中两点法、三点法比较简单,仅适用于小型接地装置,这里不再介绍。

2.1 电位降法

该方法包括将电流注入待测接地体、以及记录该电流与接地体和试验用电位极间电压的关系。需设置一个试验用电流极,以便向待测接地体注入电流,如图1所示。

1  电位降法测量接地电阻原理图

0.618法是电位降法的简易应用,电压极在接地装置和电流极之间的各点,分别测量出不同电压极位置对应的视在接地电阻,作出视在接地电阻率电压极位置改变时的变化曲线,曲线平坦段(零电位面的特点是它附近的电场强度最小)对应的接地电阻即为接地装置的接地电阻。

 0.618法测量接地电阻时,电压极和电流极可以布置在相同的方向,这时需要寻找对应真实接地电阻的电压极的位置。合理布置测量电压极是进行接地电阻测量的关键。其缺点一是零电位点找不准(电压极布置不合理);二是电流线和电压线之间互感的影响;三是地网附近土壤结构呈现水平分层或垂直分层的不均匀性,导致不符合理论模型,存在原理性误差,广东汕尾等地区的情况比较典型。如果土壤电阻率不均匀,零电位面就不一定在接地装置和电流极的中央,需要通过实测找到零电位面的所在地。但此方法不能根本解决土壤不均匀的影响。

当采用图2所示的等腰三角形布置电极时,计算表明使电流极和电位极引线的夹角为29°能消除测量误差,这即是常见的30°(近似)角法。618法和30°夹角法都是通过寻求接地体G和电流极C之间的零电位而有效地利用了电流极的引入造成的电场畸变,从而能大大缩短测量引线的长度,但测量结果受土壤不均匀性的影响,因此在条件允许时应尽量采用较长的电流极引线。目前,供电企业主要使用该种方法进行接地电阻的测量。

图2  现场测量接地电阻的三角形布置原理图

2.2  四极法

所谓四极法就是有4个测量用的电极,即在电位降法的基础上再增加一个电极。四极法从消除电流、电压引线间互感影响的角度来看,是一种比较理想的方法,能有效地消除电压测量线上的互感影响,从而得到真实的接地电阻值。四极非等距法在理论和实践上都是较成熟的方法,但在实际应用中很难把握,测试误差很大,现在汕尾供电局不再推荐这种方法测试。

2.3  变频测量法

变频法测量使用变频电源,地网干扰经过选频滤波被消除,因而测量结果不受系统电源的影响,不会因地网是否在运行回干扰信号的存在而受到影响。变频法利用频谱技术首先测量地网干扰信号频谱,控制试验电源频率使之工作在未受干扰或干扰较小的频段上,采用计算机进行数据处理,可从测量结果中拾取电流电压的同相分量,消除引线互感和地网自感的影响,直接给出地网接地电阻值。

2.4 异频测量法

异频测量法使用独特的硬、软件抗干扰方法,在试验电流频率与系统工频电阻相当接近的条件下,可获得稳定可信的测量结果。异频测量法能有效地消除地网中的工频及高频干扰,并能将电阻和电抗分量分离开,可准确测出地网的接地电阻。采用合适的布线方式可测出地网的接地电抗,从而解决了大型地网接地电阻测量的难题。异频法不足之处是仍然需要放置电压、电流极2根引线,对于测量引线间的互感也很难完全避免。

 

3 具体案例

   汕尾供电局110kV马宫变电站是2013年新建的110kV等级站。位于市郊区马宫镇,站址地势平缓,场地经山地开挖平整而成,变电站主地网尺寸约为100m×80m,整个接地网等效对角线长度D≈130m。由于该变电站地质情况不太好,-1m以下大部分是岩石。电力技术人员设计主网接地电阻要求达到≤0.5Ω,接地设计只是打接地桩,接地母线深埋0.8m,并没有特别的降阻施工办法,完成图纸内工作量按要求实测接地电阻值为1.31Ω,不能满足接地电阻≤0.5Ω的要求。经相关技术部门和设计单位商议后,在变电站适当位置采用新增两口斜井离子地极地方法降阻,经多次测试后取平均值,接地电阻值仍为0.8098Ω。查出主要原因是以下方面。

  1)主控制楼的地质条件不太好。

2)主接地网不知不合理。

  3)该站所建位置1m深处岩石较多,主控楼下有部分回填松地,土地电阻率高。要利用自然接地体,并采用均衡电网接地,才能符合接地设计技术规程的要求。

因此变电站接地网的降组阻改造应立足于主接地网,在此基础上就近结合采用扩网或深井接地等方式实现有效降阻,通过改造整个地网的接地电阻测得只有0.412Ω复合值。

4 结束语

综合上述的种种测量方法,存在下面的问题尚待解决:一是没有考虑土壤不均匀的情况。二是未能有效地去除引线互感及工频干扰的影响。三是为了满足测量精度的要求,测量引线需要很长,实际操作中将消耗大量人力物力。因此上述几种测量方法都存在一定的问题,如能提出一种测量引线较短的方法具有很大的现实意义。因此,在测量变电站接地电阻时,应尽力减少各因素的影响,使所测电阻值尽可能接近实际值。