李小威

（中國(guó)核工業(yè)第二四建設(shè)有限公司，福建 福清 350318）

目前國(guó)內(nèi)接地的測(cè)試工作比較薄弱，一些關(guān)鍵的技術(shù)觀念比較模糊，技術(shù)手段落后。目前采用的方法主要有兩種，一種是傳統(tǒng)工頻測(cè)量方法，另一種是異頻法。

1 傳統(tǒng)工頻測(cè)量方法與異頻法分析比較

1.1 傳統(tǒng)工頻測(cè)量地網(wǎng)的方法

三極法、四極法、瓦特法、雙電位極法。一般采用《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》（DL/T 475—2006）中推薦的“三極法”。 這種方法需要采用很大的測(cè)試電流（導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)推薦不宜小于50A），設(shè)備非常笨重且布線勞動(dòng)強(qiáng)度很大，浪費(fèi)材力人力。傳統(tǒng)工頻測(cè)量地網(wǎng)的方法主要存在以下問題。

1）設(shè)備非常笨重，且布線勞動(dòng)強(qiáng)度很大，耗時(shí)耗力。無法從根本消除干擾信號(hào)的影響。

2）需要隔離變壓器及其他輔助器材多，由于主要干擾與信號(hào)同頻，無法從根本上消除干擾的影響。

1.2 異頻法

異頻法是通過改變測(cè)試電流的頻率來避開工頻干擾，由于信號(hào)頻率與干擾頻率不同，通過濾波器來濾除干擾的影響，從而提高測(cè)量精度。異頻法測(cè)量的工頻等效性好，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17949.1-2000）要求測(cè)試電流頻率應(yīng)該盡量接近工頻，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL/T475-2006）規(guī)定了測(cè)試電流頻率宜在 40～60Hz之間。測(cè)試電流波形為正弦波，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，測(cè)試頻率與工頻不能相差太遠(yuǎn)，且測(cè)試電流的波形應(yīng)為正弦波（其他波形如方波含有豐富的諧波頻率）。我們一般使用45Hz和55Hz兩種頻率進(jìn)行測(cè)量。配合現(xiàn)代軟硬件濾波技術(shù)，增強(qiáng)抗地電壓干擾能力強(qiáng)，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。30V工頻干擾電壓帶來的誤差不大于0.002Ω。異頻法由于采用的測(cè)試電流較小，因此設(shè)備小巧，布線勞動(dòng)強(qiáng)度也大大減輕。由于具有測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠和節(jié)約資源、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 異頻法測(cè)量原理

接地電阻的數(shù)值等于接地裝置的對(duì)地電壓與通過接地裝置流入地中的電流的比值。接地裝置的對(duì)地電壓是指接地裝置與地中電流場(chǎng)的實(shí)際零位區(qū)之間的電位差。地網(wǎng)接地電阻異頻測(cè)量原理如圖1所示。電流、電壓極引線按接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則（DL/T475—2006）布置.儀器向電流極注入2～5 A的異頻電流,設(shè)電流Iy，該電流與地網(wǎng)中的工頻電流相疊加在輔助電壓極上產(chǎn)生壓降Uy+Ug（包括工頻及高頻分量），由測(cè)量系統(tǒng)濾除Ug，再由數(shù)字濾波方法得到 Uy、ly，經(jīng)計(jì)算得到地網(wǎng)接地阻抗 Z，電阻分量R，電抗分量X。原理圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量原理圖

“異頻法”測(cè)量的關(guān)鍵是通過硬件和軟件措施，從地網(wǎng)中的全電流i和電壓極壓降u中無幅值和相位畸變，提取異頻電流電壓，并計(jì)算出接地電阻和電抗，異頻功率源的頻率異于工頻，儀器在硬件和軟件兩方面保證了對(duì)異頻信號(hào)具有靈敏度極高的選擇性，因而即使地網(wǎng)中工頻和其他干擾電流大于測(cè)量電流數(shù)十倍，儀器能準(zhǔn)確地將異頻電流在地網(wǎng)接地電阻上產(chǎn)生的壓降提取出來，從而準(zhǔn)確測(cè)出接地電阻。

2 工程應(yīng)用

2.1 地網(wǎng)平面圖

福清核電廠廠區(qū)接地裝置由核島、常規(guī)島、TC控制樓、TD輔助開關(guān)站及JX輔助變壓器平臺(tái)5個(gè)子項(xiàng)接地裝置并聯(lián)后構(gòu)成，具體布置如圖2所示。

圖2 地網(wǎng)平面圖

2.2 地網(wǎng)尺寸

核島、常規(guī)島、TC開工控制樓、TD輔助開關(guān)站及JX輔助變壓器平臺(tái)5個(gè)子項(xiàng)接地裝置并聯(lián)后構(gòu)成該地網(wǎng)建立在半島上，三面環(huán)海，有一部分回填，土壤電阻率較大。地網(wǎng)的平面尺寸圖如圖2所示。

2.3 測(cè)試條件與環(huán)境

地網(wǎng)施工完成后于2011年9月13日進(jìn)行測(cè)量，天氣晴，環(huán)境溫度30℃，濕度60%。按接地試驗(yàn)規(guī)程所指的接地電阻是在冬季長(zhǎng)期無雨，土壤很干燥的狀態(tài)下的測(cè)量值。假如不滿足上述的條件，要用季節(jié)系數(shù)Ψ修正，即R干＝ΨR濕，規(guī)程建議Ψ取1.4～1.8，福建省由于缺乏 Ψ修正值，所以一般不進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。

2.4 布置測(cè)試回路

1）按照接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量導(dǎo)則（DL/T475-2006）的規(guī)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇合適的測(cè)試回路布置。一般有兩種方法，一是采用夾角法，二是直線法。夾角法是電壓線和電流線之間的夾角不為零。直線法是電壓線和電流線之間的夾角為零。可視為夾角法的特例。

2）根據(jù)接地導(dǎo)則（DL/T475-2006）規(guī)定輔助電流極應(yīng)盡量遠(yuǎn)離被測(cè)接地裝置，通常電流極與被測(cè)接地裝置的距離應(yīng)為被測(cè)接地裝置最大對(duì)角線長(zhǎng)度D的4倍以上。而現(xiàn)場(chǎng)通常測(cè)試回路應(yīng)盡量避開河流、湖泊；盡量遠(yuǎn)離地下金屬管路和運(yùn)行中的輸電線路；注意減小電流線和電位線之間的互感影響，當(dāng)采用直線法時(shí)，應(yīng)注意使電壓線和電流線保持盡量遠(yuǎn)的距離?，F(xiàn)場(chǎng)條件允許時(shí)，大型地網(wǎng)接地阻抗的測(cè)試最好采用夾角法。一般情況下，可按下面的修正公式計(jì)算出接地裝置的接地阻抗Z。

式中，Z′=V/I為儀器測(cè)量值，D為被測(cè)接地裝置最大對(duì)角線長(zhǎng)度，dCG為電流極與接地裝置邊緣的距離，dPG為電位極與接地裝置邊緣的距離，θ為電流線與電位線的夾角。設(shè)θ＝0時(shí)的特例。由上式可看出，若滿足條件

則Z= Z′，也就是說，無需對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。當(dāng)θ＝0時(shí)，dPG=0.618dCG。這是直線法中著名的0.618法則，即電位極位于0.618dCG處即可測(cè)得真值。

3）核島、常規(guī)島、TC控制樓、TD輔助開關(guān)站及JX輔助變壓器平臺(tái)5個(gè)子項(xiàng)接地裝置并聯(lián)后構(gòu)成的地網(wǎng)，電流極C、電壓極P按直線計(jì)算取得，地網(wǎng)的最大對(duì)角線長(zhǎng)度為 D，整個(gè)地網(wǎng)中心與地網(wǎng)邊緣之間的距離為 d，單位為 m。已知接地網(wǎng)對(duì)角線D=300m，d=102m。

dCG=4D－d dPG=4D×0.618－d則dCG=1098m，dPG＝640m，輔助電極布線沿變電所大門方向。電流極、電壓極分別采用φ114mm2鍍鋅鋼棒各3根，長(zhǎng)1.2m打入地中，布置成地網(wǎng)，并用裸銅線并聯(lián)纏繞。確定了電流極和電位極位置后，將作為電流極和電位極的地樁分別打入地下，應(yīng)使其與土壤緊密接觸。線路布置如圖4所示。

圖3 接地阻抗測(cè)試儀測(cè)試接線圖

圖4 地網(wǎng)平面圖

2.5 接線

按照?qǐng)D3、圖4進(jìn)行接線。關(guān)于導(dǎo)線的選擇。測(cè)量時(shí)，電流線中將流過最大 5A的電流，因此電流線應(yīng)具有通 5A電流的能力，選用銅芯截面積大于1.5mm2的導(dǎo)線即可。但是當(dāng)電流線布得很長(zhǎng)時(shí)，電流線的電阻會(huì)增加回路電阻，為了降低電流線的電阻，應(yīng)該選用較粗的電流線。電壓線中只流過微安級(jí)電流，因此不用考慮其通流能力。導(dǎo)線應(yīng)具有良好的絕緣，增接導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)用連接牢固并做好導(dǎo)線的絕緣。我們選擇2.5mm2導(dǎo)線連接電壓極，選擇4 mm2連接電流極，選擇一個(gè)可接觸良好的待測(cè)接地裝置的接地引下線（如鍍鋅扁鋼、接地檢查井中的銅排），為電流注入點(diǎn)和電壓測(cè)量點(diǎn)。用一根導(dǎo)線將儀器面板的 C1端子與電流注入點(diǎn)可靠連接，再用一根導(dǎo)線將儀器面板的P1端子與電壓測(cè)量點(diǎn)可靠連接。用電流線將電流極與儀器的 C2端子可靠連接。用電位線將電位極與儀器的 P2端子可靠連接。連接時(shí)注意首先去除接觸處的銹蝕層。檢查接線無誤后，可進(jìn)行下一步操作。

2.6 測(cè)試

我們選用的測(cè)試儀器是武漢國(guó)電西高電氣有限公司生產(chǎn)的GDWR-5A大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀，接通儀器電源后，按照儀器使用說明起動(dòng)“接地阻抗測(cè)量”功能。儀器開始自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試完畢，屏幕顯示測(cè)量結(jié)果，如圖5所示。

圖5 測(cè)量結(jié)果

屏幕第一行顯示的是接地阻抗；第一行顯示測(cè)試頻率；第三行顯示的是測(cè)試電流的有效值，前面的數(shù)值為45Hz下的電流值，后面的數(shù)值為55Hz下的電流值。其他參數(shù)，包括45Hz、55Hz下的阻抗Z、電阻分量 R、電抗分量 X。測(cè)試完成后再分別改變電壓極位置重復(fù)測(cè)試，改變電壓極位置 1，使dGP=(4D×0.618 一 d) ×0.95(km)；改變電壓極位置 2，使 dGP＝(4D×0.618 一 d)×1.05 測(cè)試。

3 影響接地測(cè)試的因素及注意事項(xiàng)

3.1 影響地網(wǎng)測(cè)量的因素

接地網(wǎng)與測(cè)試電流極的距離、接地網(wǎng)的形狀和尺寸、輸電線路避雷線與接地網(wǎng)問的隔離、零電位區(qū)域的測(cè)量驗(yàn)證、測(cè)量電流的大小、外界干擾的影響以及測(cè)量設(shè)備和儀表的影響等。

3.2 注意事項(xiàng)

1）消除輸電線的避雷線的影響。在許多變電所中，輸電線的避雷線是與變電所的接地裝置相連，這會(huì)影響變電所接地電阻的實(shí)測(cè)值。因此，在測(cè)量前應(yīng)將避雷線與變電所接地裝置的電連接斷開。

2）避免運(yùn)行中的輸電線路的影響。盡可能使測(cè)量線遠(yuǎn)離運(yùn)行中的輸電線路或與其垂直，以減小干擾影響。

3）避免河流、地下管道等導(dǎo)電體。測(cè)量電極的布置要避開河流、水渠、地下管道等。

4）不能在雨后立即進(jìn)行測(cè)試。應(yīng)記錄測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度。

5）電壓極分別在3個(gè)不同位置時(shí)測(cè)得的視在電阻變化情況應(yīng)與電壓極引線距離變化趨勢(shì)保持一致。

6）若儀器顯示屏上顯示“測(cè)試電流偏小”或者“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”。若顯示“測(cè)試電流偏小”，則說明 C1、C2間開路或阻抗過大,超出了異頻電源的負(fù)載能力，致使異頻電源輸出電流過小。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，首先應(yīng)檢查接線是否牢靠，若還不能解決問題，則可嘗試采用多個(gè)電流極并聯(lián)或者向其周圍潑水的方式降阻。若顯示的電流值較小，未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，則同樣可采用上述的方法進(jìn)行降阻。較大的測(cè)試電流利于抑制現(xiàn)場(chǎng)干擾。若顯示“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”， 則說明接至儀器電壓輸入端子P1、P2的電壓線有斷線處或者電位極未良好接地。出現(xiàn)這種情況時(shí)，首先應(yīng)檢查電壓輸入線有無斷線處，若無，則可嘗試加深輔助電位極接地樁或向其周圍潑鹽水來降低其接地電阻。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的測(cè)量方法均無法解決地網(wǎng)中的干擾及測(cè)量引線互感的干擾問題。異頻法能有效地消除地網(wǎng)中的各種干擾分量，從而較準(zhǔn)確地測(cè)出地網(wǎng)的接地電阻尺 及地網(wǎng)接地電抗。運(yùn)用接地電阻測(cè)試儀器，精度高，操作簡(jiǎn)單方便，布線勞動(dòng)量小，無需大電流，可保存50組測(cè)量數(shù)據(jù)，且自帶微型打印機(jī)可現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)量結(jié)果，可用來測(cè)量接地阻抗很小的大型地網(wǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展異頻法測(cè)試大型接地電阻技術(shù)將日趨成熟，將被廣泛的運(yùn)用到工程中。

[1]李澍森高.異頻法測(cè)量大型地網(wǎng)接地電阻的研究[M].北京:中國(guó)電力出版社,2000.3.

[2]陳啟運(yùn)等.接地網(wǎng)接地阻抗異頻測(cè)試裝置研制[J].華北電力技術(shù), 2010(7).

[3]李秋明,張衛(wèi).實(shí)用電氣試驗(yàn)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.6.

[4]接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則.（DL/T 475—2006）.

[5]福清核電防雷接地圖冊(cè).

[6]GDWR-5A大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀使用說明書.