馮勇

(云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

鉗形接地電阻測試儀在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

馮勇

(云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

介紹了鉗形接地電阻測試儀的基本原理和主要特點,詳細探討了鉗形接地電阻測試儀在電力系統(tǒng)中的測量方法和與其他測量方法對比的優(yōu)勢,并指出了鉗形接地電阻測試儀在使用時的注意事項。通過與傳統(tǒng)測試方法的對比,作者認為鉗形接地電阻測試儀非常適用于電力系統(tǒng)接地電阻的測量。

接地電阻;測量方法;三極法;鉗表法

1 前言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,對接地的要求也就更高,對接地電阻測量的準確性的要求也提高。鉗形接地電阻測試方法作為傳統(tǒng)接地電阻測量技術(shù)的革新于上世紀末被成功引進,目前已廣泛應(yīng)用于電力、電信、油田、建筑及工業(yè)電氣設(shè)備的接地電阻測量。鉗形接地電阻測試儀測試方法簡單,不需要輔助電極,不存在布極誤差;重復(fù)測試時,結(jié)果的一致性非常好;測試時不需斷開接地引下線,因此能應(yīng)用于傳統(tǒng)方法無法測量的場合。

2 鉗形接地電阻測試儀測量原理

鉗形接地電阻測試儀的鉗頭部分內(nèi)主要為一個電壓線圈Ng和一個電流線圈Nr。工作時,先由電壓線圈Ng產(chǎn)生一內(nèi)部電壓e,利用電磁感應(yīng)原理使被測接地回路中產(chǎn)生一個恒定電壓 E,其中

E=e*Ng,

電壓E在被測接地回路產(chǎn)生感應(yīng)電流I由RX處流出并經(jīng)由接地回路從RS接地極分支流回儀表處。電流線圈Nr則可通過表內(nèi)檢流計、運算放大器,計算出感應(yīng)電流 I值,經(jīng)過比較、再運算,即可計算出環(huán)形導(dǎo)體或接地回路電阻

RL=E/I,

如圖1所示。

從測量原理來看,鉗形接地電阻測試儀必須用于有接地回路的情況。如下圖2所示,鉗形接地電阻測試儀是鉗在被測接地極的分支上的,即電流線圈所測得I值是經(jīng)由R1、R2、......、Rn返回的電流,因此,鉗形接地電阻測試儀所測到的接地電阻實質(zhì)是包括接地電阻在內(nèi)的接地回路的電阻,即：

RL=R1+R0,

其中,

R0=R2//R3//......//Rn。

當接地點n足夠大時,R1＞＞R0。從工程角度可近似認為RL=R1,此時所測得的回路電阻才真正接近于被測接地體的接地電阻。

簡而言之,鉗形接地電阻測試儀的測量原理是全電路歐姆定律,它測出的是回路系統(tǒng)的環(huán)路電阻值。

圖1 鉗形接地電阻測試儀測量原理圖

圖2 鉗形接地電阻測試儀測量示意圖

對于沒有構(gòu)成回路的接地系統(tǒng),獨立沒有閉合金屬環(huán)路的接地裝置,鉗形接地電阻測試儀是不能測量出環(huán)路電阻的,更不能測量出 “接地電阻”,在單點接地系統(tǒng)中更是如此,原因是沒有構(gòu)成回路的接地系統(tǒng)沒有回路電流I,上述公式RL=E/I中的I→0,因此R→∞,“接地電阻”測不出來,這個原理在工程測量時要特別注意,否則得出的測量結(jié)果是不正確的。

3 鉗形接地電阻測試儀應(yīng)用

3.1 線路桿塔接地電阻測量

鉗表法適合作為輸電線路桿塔接地電阻測量的檢查性試驗方法,且要求第一次使用時與三極法對照進行。文獻 [1]將鉗表法與三極法結(jié)合起來對桿塔接地電阻進行測試,結(jié)果表明鉗表法結(jié)果與三極法結(jié)果對應(yīng)較好,且鉗表法能發(fā)現(xiàn)一些三極法所不能發(fā)現(xiàn)的接地問題,這說明鉗表法測試線路桿塔接地電阻是可行且具有其獨特的優(yōu)勢。

通常情況下,輸電線路桿塔接地一般為多點接地系統(tǒng),任何一個接地點的接地電阻都比其余接地點的接地電阻并聯(lián)值大得多。這種情況下,可以采用圖2所示的方法進行測試,測試儀顯示的數(shù)值即可近似認為是接地電阻值。若線路桿塔構(gòu)成的是有限點接地系統(tǒng),此時任何一個接地點的接地電阻與其余接地點的接地電阻并聯(lián)值相差不是很大,此種情況下R0值就不能忽略,采用鉗形接地電阻測試儀測量出來的結(jié)果就不準確。地形有條件時,可以采用接地電阻測量儀測量,沒有條件時,就要采用鉗形接地電阻測試儀測量后,通過計算求出。如有n(n≥2)個接地裝置的接地系統(tǒng),可列n個非線性方程通過解方程即可得出n個接地裝置的接地電阻。當n=1時,即單點接地系統(tǒng),由于沒有構(gòu)成回路,此時用鉗形接地電阻測試儀是無法測出接地裝置的接地電阻的。

對于新建的桿塔,建議首次開展測試時用三極法和鉗形法分別開展測試并保留具體的測試結(jié)果。以后定期開展測試時只需將鉗表法的測試結(jié)果與前面的測試結(jié)果相比,若偏差很小,則以此為準;若偏差較大,可用三極法進行測試,進一步查出偏差增大的原因。具體方法如下：

對空間范圍有限的區(qū)域,當接地裝置數(shù)量較多時,可使用鉗表法替代三極直線法進行接地電阻的測量,并宜采用如下方法判斷測量結(jié)果是否合格：①與往年的三極直線測量法結(jié)果進行比較,結(jié)果變化量是否在鉗表法誤差增量范圍內(nèi);②與規(guī)程比較,鉗表法結(jié)果是否超過規(guī)程限值。此種判斷方法簡便但偏嚴,因為鉗表法測量結(jié)果與三極直線法測量結(jié)果相比偏大一點;③積累鉗表法原始測量結(jié)果,鉗表法新測結(jié)果與往年相比變化是否過大且超過規(guī)程限值。對于測量結(jié)果變化量大于規(guī)程限值或超過允許變動范圍的,可考慮采用三極直線測量法輔助判斷地下接地體是否合格,接地引下線是否接觸不良等問題。

3.2 獨立避雷針類設(shè)備的接地電阻測量

對于獨立避雷針類設(shè)備的接地電阻測量可以采用如下的方法進行測試：用測試導(dǎo)線將兩個不同的獨立避雷針類設(shè)備的接地引下線連接起來,構(gòu)成兩接地系統(tǒng),再用鉗形接地電阻測試儀卡測接地引下線,測試結(jié)果即為兩個獨立避雷針類設(shè)備的接地電阻和測試導(dǎo)線的電阻值之和。當其值小于規(guī)程限值時,即可認為兩個接地裝置的接地電阻均合格。大于規(guī)程限值時,要減去測試導(dǎo)線的電阻值,若小于規(guī)程限值,兩個接地裝置的接地電阻均合格;若仍大于規(guī)程限值,有可能都合格,也有可能其中一個獨立避雷針類設(shè)備的接地電阻大于規(guī)程限值,即有一個不合格,此種情況下測試時還需要一個接地裝置。

文獻 [2]的測試方法中需要兩根測試導(dǎo)線,且計算時并未考慮上述兩根測試導(dǎo)線的阻值,增大了測試誤差。本文對其測試方法進行了改進,測試方法如下圖3所示。

圖3 避雷針類設(shè)備的測試方法原理圖

記測試導(dǎo)線的電阻為r,圖中測點1位置鉗表讀數(shù)為a,測點2位置鉗表讀數(shù)為b,測點3位置鉗表讀數(shù)為c,則可得：

測試導(dǎo)線的電阻值r可以根據(jù)鉗形接地電阻測試儀測量的是回路電阻的原理很方便的測出,由此通過三點法測試可以很快的求出相應(yīng)的接地裝置的接地電阻值R1、R2和R3。

3.3 變壓器中性點接地電阻的測量

變壓器中性點接地主要有兩種方式,即重復(fù)接地和非重復(fù)接地,接地方式不同測量的方法也不同。

如有重復(fù)接地則構(gòu)成多點或有限點接地系統(tǒng),此時依然可以采用鉗形接地電阻測試儀進行測量,測量方法同前述的線路桿塔接地電阻測量。

如無重復(fù)接地則按單點接地測量,此時需要一個輔助接地點和一根測試導(dǎo)線采用兩點法進行測試。若測試結(jié)果小于規(guī)程限值,說明中性點接地電阻合格;若測試結(jié)果大于規(guī)程限值,則應(yīng)計及輔助接地點的接地電阻和測試導(dǎo)線阻值。此時需要再找一個輔助接地點采用三點法進行測試,測試方法同前述的獨立避雷針類設(shè)備的接地電阻測量。

變壓器中性點接地電阻測試建議停電測試,一方面因有些地線有很大的感應(yīng)漏電流,對測試結(jié)果影響較大;另一方面為了避免測量接地電阻時發(fā)生觸電事故。因此測量的時間最好選擇在變壓器停運時進行,對常年運行的變壓器,要利用補油、清掃或檢修等臨時停電的機會進行。

3.4 電子計算機機房接地電阻的測量

在計算機機房進行接地電阻測量時使用搖表等測量工具測量非常困難,而用鉗形接地電阻測試儀測試則非常方便。

由于機房內(nèi)一般都設(shè)有消防栓,可以用一根測試導(dǎo)線連接消防栓和被測接地極,然后用鉗表卡測測試導(dǎo)線。鉗表讀數(shù)=機房接地電阻+測試導(dǎo)線阻值+消防栓接地電阻。

如果鉗表讀數(shù)小于接地電阻的允許值,那么機房的接地電阻是合格的。此時可以忽略消防栓接地電阻,則：機房接地電阻≈鉗表讀數(shù)-測試導(dǎo)線阻值。

如果鉗表讀數(shù)大于接地電阻的允許值,此時消防栓接地電阻不可忽略,則可以采用前述的獨立避雷針類設(shè)備的接地電阻測量方法進行測試,測試出消防栓的接地電阻后進一步求得機房的接地電阻。

此種方法在電子計算機機房的接地電阻測試中得到了普遍的應(yīng)用。

3.5 特殊情況下的接地電阻測試

同一個桿塔或變壓器可能有兩根以上接地引下線并在地下連接。若測試前即使不清楚桿塔或變壓器是否有兩根以上接地引下線,也可以通過鉗形接地電阻測試儀的測試結(jié)果輕松的判斷出來。若測試結(jié)果很小,接近0.01,則說明有兩根以上接地引下線并在地下連接,此時應(yīng)將其它的接地引下線解開,只保留一根接地引下線,然后按照前述的方法進行測試;否則則說明桿塔或變壓器只有一根接地引下線,測試結(jié)果即為接地回路電阻值。

4 與傳統(tǒng)測試方法的對比

在使用傳統(tǒng)方法測試接地電阻時,必須要打入兩個有相對位置要求的輔助電極,這是使用傳統(tǒng)方法的最大限制。問題在于隨著我國城市化的發(fā)展,被測接地體周圍一般找不到土壤,表面全被水泥覆蓋。即便周圍有所謂的綠化帶等,它們的土壤也往往與大地的土壤分開。更何況傳統(tǒng)方法打輔助電極時對輔助電極的相對位置有要求。要找到有距離要求的土壤,在大多數(shù)情況下是十分困難的。而使用鉗形接地電阻測試儀時,就不受這些限制。雖然,從測量原理來說,鉗形接地電阻測試儀必須用于有接地回路的情況下,但是只要用戶能有效地利用周圍環(huán)境,鉗形接地電阻測試儀完全可以測量單點接地系統(tǒng)。

對比傳統(tǒng)電壓電流測試法,鉗形接地電阻測試儀優(yōu)越性能表現(xiàn)如下：

1)鉗形接地電阻測試儀本身備有電源,不需要另外再接電源,這一點在遠離城鎮(zhèn)等供電不便的情況下進行測量更為便利。

2)測試儀攜帶方便,使用方法非常簡單。測試時不需另外增加輔助測試極,只需往被測地線上一夾即可獲得測量結(jié)果,極大地方便了地阻測量工作。

3)有許多測試儀還可消除接地棒、輔助接地體的接地電阻,以及外界的雜散電流對測量結(jié)果所產(chǎn)生的影響,使測量更為準確。這與鉗形接地電阻測試儀的設(shè)計原理有關(guān)。

4)鉗形接地電阻測試儀還有一個很大的優(yōu)點是可以對大多數(shù)的在用設(shè)備的接地電阻進行在線測量,而不需切斷設(shè)備電源或斷開地線。這是其他接地電阻測試方法所不能比擬的。

5 鉗形接地電阻測試儀使用關(guān)鍵

雖然鉗形接地電阻測試儀測試時使用一定頻率的信號以排除干擾,但在被測線纜上有很大電流存在的情況下,測量也會受到干擾,導(dǎo)致結(jié)果不準確。所以,按照要求,在使用時應(yīng)先測線纜上的電流,只有在電流不是很大時才可進一步測量地阻。有些測試儀在測量接地電阻時會自動進行干擾檢測,當干擾太大以致測量不能進行時會給出提示。

由于鉗表法測量得到的是異頻 (或高頻)回路電阻,并不能簡單認為測量得到的就是工頻接地電阻,兩者之間是近似關(guān)系,故需結(jié)合線路實情,分析鉗表法所測接地電阻的誤差特性[3]。

根據(jù)鉗形接地電阻測試儀的測量原理,在增加測試線時要確保整個測量回路的各個連接點要接觸可靠,盡最大可能降低接觸電阻,從而減小測量誤差。

平時在測量前應(yīng)檢查,測量人員應(yīng)使用精密環(huán)路電阻對鉗形接地電阻測試儀進行自檢。測量時應(yīng)注意保持鉗口清潔,防止夾入野草、泥土等影響測量精度,測試儀工作時不允許人直接接觸接地裝置或桿塔金屬裸露部分[4]。

6 結(jié)束語

從鉗表法與傳統(tǒng)電壓電流法對比可以看出,它完全可取代傳統(tǒng)的接地電阻測試方法,準確地測量出接地電阻值。只要能控制測量過程中的干擾問題,合理減小測量誤差,鉗形接地電阻測試儀在電力系統(tǒng)將擁有更加廣泛的應(yīng)用空間。

[1] 郭昆亞.輸電線路桿塔接地電阻測量方法研究 [D].華北電力大學,2008.

[2] 王秀全.接地點接地電阻測量方法的改進 [J].電氣應(yīng)用,2011,30(15)：40.

[3] 李漢明,王建國,梁義明,等.鉗表法測量線路桿塔接地電阻的誤差分析 [J].高電壓技術(shù),2002,28(6)：48.

[4] 杜洋,李龍江,段煉紅.輸電線路桿塔接地阻抗測量方法探討 [J].電測與儀表,2009,46(12A)：87.

Application of Clamp Grounding Resistance Tester in Power System

FENG Yong

(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This paper introduces the basic principle and main feature of clamp grounding resistance tester.The application and superiority of clamp tester method in power system is discussed in detail in this article.This paper also points out some attentive items using of clamp grounding resistance tester.Compared with traditional testing methods,the authors considers that the clamp grounding resistance tester applys to testing the grounding resistance in power system.

grounding resistance;measurement method;three electrodes method;clamp tester method

TM93

B

1006-7345(2014)03-0043-04

2014-02-08

馮勇 (1980),男,碩士,工程師,云南電網(wǎng)公司電力研究院,從事變電站綜合自動化及配網(wǎng)自動化專業(yè) (e-mail) 69369359@qq.com。