基于分流相移法的大型接地网接地阻抗测试分析

基于分流相移法的大型接地网接地阻抗测试分析

严建功,杨家逵,韦光跃

中国能源建设集团云南火电建设有限公司 云南 昆明 650000

摘要：电力系统中大型接地网面积大，存在较大的不平衡电流、工频零序电流和谐波电流干扰，通常采用工频大电流法、直流注入法等检测方法测量，但均未从根本上解决大地网干扰电流等问题。接地阻抗测试的准确性成为变电站能否安全可靠运行的关键，尤其是对于当前智能变电站的建设，站内智能化仪器、仪表日益增多，对接地系统的要求越来越严格。因此，有必要对变电站的接地阻抗测试方法进行研究，提高测试的准确性和可靠度。

关键词：分流相移法；接地阻抗测试；准确性；可靠度

1.准确测量接地网分流系数的必要性

变电站接地网规模庞大,结构复杂,现场通常存在着多种多样的出线构架,如架空避雷线、光纤复合架空地线和金属管路等。由于构架分流的影响,给变电站接地网接地阻抗的准确测试带来较大的影响,这些出线构架存在的分流将会造成接地阻抗测量结果出现一定的偏差,无法获得真实准确的接地阻抗值。因此,测量接地阻抗时分流对其产生的影响不能忽略,才能确保测量到的接地装置各项指标真实可靠。

GB/T17949—2000《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》中,明确规定了接地装置接地阻抗测量前应断开避雷线和金属管路等出线与变电站接地装置的电气连接。但对于500kV超高压变电站这种大型接地网来说,其出线构架可达数十回以上,且分布于变电站四周各个方向,有些出线很难断开,有些出线与构架直接连接,无法断开。因此,对于500kV超高压变电站这种大型接地网,研究一种无需拆解架空地线等出线构架即可直接测量接地网分流状况的方法,非常有必要。

2接地阻抗测量方法

2.1电位降法

电位降法为测量接地阻抗的基本方法，其原理是将电流注入接地装置，通过不断改变接地装置和电流极C之间的电位极P的位置，通过高阻电压表测量接地装置与电位极之间的地表电压，得到接地网与电流极之间的电位降曲线；分析测量曲线，找出曲线平坦段对应的接地阻抗即为接地阻抗测量值。

电位降法缺点：测试工作量大，试验人员需要反复多次测量，电位降曲线绘制较繁琐，实施难度大，不适用于高铁牵引变电站的现场测试。

2.2分流相移法

(1)电流采样装置采用柔性电流采样技术,采用高性能且长度不低于3m的Rogowski电流采样线圈进行类工频范围内的多频率点电流信号的间接采样。该线圈采用柔性结构设计,支持任意缠绕于大尺寸或体积不规则的电流导体,其实质是将一组导线缠绕在一个非磁性骨架上,并将线圈两端出线从同一端引出,以减小外界电磁场的影响。

(2)针对注入点和分流点的参考基准,最为简单直接的做法是通过引线方式,例如以注入点电压为相移参考基准,将注入点电压信号通过测试线引至各出线构架的分流测量点,再通过电流采样线圈测得出线构架分流大小及其相移。该方法现场引线工作量大,检测效率低,且存在安全隐患。为此,国内相关机构研究出了一种以无线发射器方式进行分流相移测量的方法。当变频信号源对接地装置输出测试信号时,同步采样注入电流波形的相移信息,通过无线发射装置将相关信息发送至选频万用表进行分析处理。该方法需要选频通信仪和天线进行信号的无线发射和接收,易受现场测试环境限制。

本文提出了以人造地球卫星提供的高精度秒脉冲信号作为分流相移测量参考基准的方法,该方法将秒脉冲信号作为类工频注入电流信号和出线构架分流测量的共同基准。首先以接收的卫星秒脉冲信号上升沿为基准同步调制信号源输出正弦波信号的过零点,之后仍以接收的卫星秒脉冲同步信号上升沿为基准,测量信号注入点的入地电流信号以及各构架分流值与接收的卫星秒脉冲同步信号上升沿之间的相移差。经软件程序处理,在相应界面上直接显示出相角差值,从而实现在不拆解出线的情况下直接进行分流相移的测量。

2.3工频大电流法检测接地阻抗

以魏岗变电站主控室测试点作为45Hz和50Hz两种频率测试的基准测试点，对魏岗变电站进行大地网接地阻抗检测，布线方式为三极夹角法，测试波形为正弦波。

(1)采用FET-6A型变频抗干扰接地阻抗测量仪，选用45Hz固定频率对主控室测试点进行5次检测。

(2)采用同样的设备，选用50Hz固定频率对主控室测试点进行5次检测。

可以发现，在应对工频电流的干扰过程中，50Hz固定频率的测试电源可以在一定程度上降低工频电流对测试结果的干扰，但数据的波动性仍然较大，说明工频大电流检测方法的稳定性不佳。

2.4.30°夹角法

30°夹角法的应用也较为普遍，利用公式进行推导，在电流极和电压极引线夹角约为30°的位置为补偿过零点。30°夹角法应用的前提条件也是土壤电阻率均匀，优点为只需布放2D长度的测试线，适合土质条件较好，土壤较为均匀的场合。对于地形复杂的分区所、AT所也可以采用30°夹角法，有利于缩短布线长度，但需要注意土壤不均匀对测量结果的影响。

2.5远距离夹角法

选用测试电流为5A，变频55/65Hz，选取夹角θ≈120°，测试结果稳定，修正值小于0.5Ω，接地阻抗值符合设计要求。测试电流和频率同上，选取夹角θ≈170°，近似于反向法，对比夹角θ≈120°时的测试数据，测试结果随着测试夹角的增大测试值变小。远距离夹角法在接地网和电流极平面上任意角度都可以实现测量，是克服土壤不均匀条件影响的最有效方法，因此，大地网接地阻抗测试采用远距离夹角法是最适宜的。

3现场测量步骤

(1)第1步,接地装置特性参数测量装置中的异频信号输出单元向已布置好的接地网测量回路中持续稳定地注入一个满足DL/T475—2017《接地装置特性参数测量导则》要求的异频电流信号。

(2)第2步,打开接地装置特性参数测量装置中异频信号输出单元和可调频率万用表配置的卫星时钟同步接收功能。首先,异频信号输出单元以卫星时钟信号上升沿为基准同步调制输出的异频小电流信号的过零点,待异频信号输出单元和可调频率万用表分别与卫星时钟信号同步且稳定后,再进入下一步。

(3)第3步,以卫星时钟同步信号的上升沿为基准,利用Rogowski电流采集线圈同步测量注入点入地电流与时钟信号上升沿之间的相位差。

(4)第4步,以卫星时钟同步信号上升沿为基准,利用Rogowski电流采样线圈分别同步测量出1,2,…,n出线构架分流与时钟信号上升沿间的相位差,从而获得各个出线构架分流相移,分别为α1,α2,…,αn。

(5)第5步,根据各个出线构架的分流相移值,再结合电流采样线圈测得的各个出线构架分流大小,计算总的分流值以及相应的分流系数。

结论

综上所述,接地网分流对接地阻抗的准确测量存在较大影响,在不考虑分流的情况下,接地阻抗的测试结果比实际值偏小,偏差可达17.82%;在只考虑分流大小而忽略相移的情况下,接地阻抗将比实际值偏大,偏差可达41.58%,从而将会得出错误的结论。对于现场存在出线构架分流的情况下,应对分流的大小和相位均进行测量,并对接地阻抗测试值进行修正,以获得真实的接地阻抗值。

参考文献：

[1]李谦,邵建康,张波,等.基于无线传输相位差比较的变电站接地网地线分流向量及接地阻抗准确测量[J].高电压技术,2019,40(8):2271-2278.

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