張 云，李 謙，胡曉暉，肖 云

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 惠州供電局，廣東 惠州 516003；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣州 510080；3.武漢市康達(dá)電氣有限公司，武漢 430070)

0 引言

隨著電網(wǎng)向特高壓、大容量和遠(yuǎn)距離方面的發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行日益重要，為了提高電網(wǎng)的可靠性保證正常供電，變電站接地裝置對(duì)于保證電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行起至關(guān)重要的作用[1-2]。接地參數(shù)測(cè)量是電力系統(tǒng)接地工程竣工驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)。接地測(cè)量值的準(zhǔn)確與否關(guān)系到電力工程能否如期投運(yùn)，以及后期是否需要采取降阻措施以改善接地參數(shù)。變電站接地阻抗測(cè)量中，由于試驗(yàn)方法和地形的局限性，電壓線和電流線的布線經(jīng)常并行，電流線與電壓線之間的互感耦合是不可避免[3-4]且不可忽略的[5-6]。

對(duì)于接地阻抗測(cè)試中的互感耦合影響研究由來已久，對(duì)其做過很多試驗(yàn)與研究。除了現(xiàn)場(chǎng)采取注意電流線電壓線放線方式上盡量遠(yuǎn)離避免互感影響外，學(xué)者們還提出了不同的方法[7-11]。公式補(bǔ)償法[12]通過構(gòu)建電流線電壓線的互感計(jì)算模型，通過土壤電阻率可以計(jì)算出由于互感耦合引起的電阻分量實(shí)部誤差以及電抗分量虛部誤差，但該方法不具備現(xiàn)場(chǎng)操作性。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多樣，土壤分布不均勻，實(shí)際土壤電阻率無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量估算，導(dǎo)致估算的互感抗誤差比較大，甚至?xí)霈F(xiàn)互感分量估算值大于感抗分量測(cè)量值的情況。

另有基于異頻法測(cè)量值修正的方法[13]，通過觀察每次移動(dòng)后不同位置時(shí)測(cè)量值的變化，即可得到單位長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的電壓線和電流線之間的互感變化量。用測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電感量減去互感變化量與并線長(zhǎng)度的乘積，即可得地網(wǎng)自感抗。此方法的一個(gè)前提條件是異頻法測(cè)量的接地阻抗實(shí)部R不受互感耦合影響。由于異頻法測(cè)試儀使用交流正弦電流作為激勵(lì)信號(hào)，且測(cè)試儀的直接測(cè)量值為電流幅值Im、電壓幅值Um以及電流電壓之間的相角θ，因此接地阻抗模值Z、實(shí)部R和虛部X都是通過電壓、電流幅值和相角間接計(jì)算得到的?；谝陨蠝y(cè)量原理，測(cè)試線間的互感耦合分量M不僅會(huì)引起電壓測(cè)量誤差ΔU，還會(huì)引起相角測(cè)量誤差Δθ，所以間接計(jì)算的阻抗模值Z、實(shí)部R和虛部X都會(huì)含有與互感M相關(guān)的誤差，導(dǎo)致基于異頻測(cè)量值修正的方法在現(xiàn)場(chǎng)并不可行。

因而，如何在測(cè)量方法中剔除互感成分，真實(shí)保留接地網(wǎng)接地阻抗電感分量，并獲得接地阻抗準(zhǔn)確結(jié)果，成為迫切需要解決的問題。

針對(duì)以上問題，本文提出了基于組合波的工程化測(cè)量方法解決互感耦合分量對(duì)接地阻抗測(cè)量結(jié)果的影響。首先向接地網(wǎng)施加方波電流激勵(lì)，以克服互感耦合影響準(zhǔn)確獲得接地阻抗阻性分量測(cè)量值R。然后向接地網(wǎng)施加正弦波電流激勵(lì)獲得接地阻抗模值測(cè)量值Z，并計(jì)算得到含有互感耦合分量的接地阻抗的感抗分量X。在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)改變電壓線和電流線并行距離，得到在不同互感耦合強(qiáng)度情況下的組合波接地阻抗測(cè)量值，并建立測(cè)量值與測(cè)試線并行長(zhǎng)度的方程組，解析剔除互感耦合分量，即可得到接地網(wǎng)接地阻抗的準(zhǔn)確測(cè)量值。仿真計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，本文提出的基于組合波的工程化測(cè)量方法能準(zhǔn)確地獲得不受互感耦合影響的接地阻抗測(cè)量值，對(duì)提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平具有重要的理論和工程意義。

1 基于組合波消除互感分量的接地阻抗測(cè)量方法

1.1 基于組合波的接地阻抗測(cè)量方法

目前常用的接地阻抗測(cè)量方法，無(wú)論是工頻法還是異頻法均使用正弦波電流作為激勵(lì)信號(hào)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)電流線電壓線平行共線有互感耦合時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。為避免互感耦合的影響，《DL/T 475-2017 接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》[14]推薦使用交變直流的方波電流測(cè)量土壤電阻率，特別是測(cè)量深層土壤時(shí)，電流線和電壓線平行共線距離可長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米，使用方波電流可以有效克服互感耦合對(duì)接地電阻測(cè)量的影響。

方波電流不僅可以用來測(cè)量土壤電阻率的視在接地電阻，而且研究表明[15]，用在工頻附近頻率的方波電流測(cè)量的電阻值與工頻接地阻抗的實(shí)部是等效的?；诖怂悸?，本文提出基于方波和正弦波的組合波電流測(cè)量接地網(wǎng)接地阻抗的方法。該方法按一定順序給接地網(wǎng)注入交變直流的方波電流和異頻正弦波電流，首先在方波電流激勵(lì)下持續(xù)一段時(shí)間，測(cè)量響應(yīng)電壓的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，從而計(jì)算得到接地阻抗的電阻分量測(cè)量值R；然后在正弦波電流激勵(lì)下持續(xù)一段時(shí)間，測(cè)量相應(yīng)電壓的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，從而計(jì)算得到接地阻抗的模值Z；最后基于接地阻抗的電阻分量和模值，計(jì)算得到接地阻抗的電抗分量X和相角θ?；诮M合波的接地阻抗測(cè)量流程如圖1所示。

圖1 基于組合波的接地阻抗測(cè)量流程

此方法與異頻法的差異在于，接地阻抗參數(shù)中獨(dú)立測(cè)量值是接地阻抗電阻分量R和接地阻抗模值Z，由于電阻分量是基于方波電流測(cè)量得到的，從原理上不受現(xiàn)場(chǎng)互感耦合的影響，可以保證接地電阻分量測(cè)量是準(zhǔn)確的。進(jìn)一步，接地阻抗的模值Z和電抗分量X測(cè)量值中雖然包含互感耦合分量，但由于R測(cè)量值不受互感耦合分量影響，可以建立互感耦合分量與現(xiàn)場(chǎng)共線距離的關(guān)系，為從接地阻抗測(cè)量值中剔除互感耦合分量提供了一種可能性。

1.2 基于工程化測(cè)量消除互感耦合分量的方法

現(xiàn)場(chǎng)工程化測(cè)量消除互感耦合分量的方法如下：首先給接地網(wǎng)施加交變直流，可實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)接地阻抗的電阻性分量的準(zhǔn)確測(cè)量。基于不受互感影響的參數(shù)R，再施加正弦波電流激勵(lì)進(jìn)行感性分量測(cè)量，通過改變多組電位線和電流線并行長(zhǎng)度，得到測(cè)量響應(yīng)，可獲得到包含互感耦合分量和地網(wǎng)自感分量的接地阻抗模值測(cè)量值Z和感抗分量X。

感抗分量測(cè)量值X中包含接地網(wǎng)的自感抗和互感耦合分量。通過改變現(xiàn)場(chǎng)平行共線長(zhǎng)度，可以建立感抗分量測(cè)量值與測(cè)試線平行共線距離的方程組。進(jìn)一步對(duì)方程組解析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)感抗測(cè)量結(jié)果進(jìn)行“拆解”，將互感耦合分量計(jì)算出來，從而得到剔除測(cè)量引線互感耦合影響的接地阻抗的真實(shí)值。工程化測(cè)量剔除互感耦合分量的接地阻抗測(cè)量原理示意圖如圖2所示。

圖2 工程化剔除互感分量的接地阻抗測(cè)量示意圖

基于組合波接地阻抗測(cè)量值剔除互感耦合分量的實(shí)施過程為：使用激勵(lì)正弦波電流信號(hào)，可在電流極距離的0.618倍附近布置至少兩個(gè)電壓極，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)互感耦合強(qiáng)度不同且測(cè)試儀可分辨。在相同頻率下，通過組合波測(cè)量接地阻抗可獲得兩個(gè)接地阻抗視在測(cè)量值Z1與Z2。通過Z和R，可以計(jì)算出接地阻抗視在測(cè)量值的電抗分量X1與X2，實(shí)際測(cè)量中得到接地阻抗的感抗分量X來源于兩部分[16-17]，(1)地網(wǎng)接地阻抗本身的電感分量XL(Ω)；(2)電壓、電流引線的平行互感XM(Ω)，則有：

X1=XL1+XM1

(1)

X2=XL2+XM2

(2)

由平行共線引起的單位長(zhǎng)度的電感分量為[18]：

(3)

由于兩個(gè)電壓極距離不遠(yuǎn)，從布線的整體區(qū)域來看，電壓線、電流線的等效間隔距離d基本不變，兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的整體等效土壤電阻率ρ基本不變，測(cè)量的頻率f不變，ΔXM可簡(jiǎn)化為一個(gè)常數(shù)。設(shè)電壓極與電流極平行共線距離l1、l2，則有:

XM1=ΔXM·l1

(4)

XM2=ΔXM·l2

(5)

自感抗與接地網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)，不受布線距離影響，是個(gè)常量，則有：

XL1=XL2

(6)

而互感耦合分量則隨測(cè)試線并行長(zhǎng)度呈線性函數(shù)關(guān)系，因此，互感耦合分量XM1，XM2與電壓極與電流極平行共線距離l1、l2成正比，則有：

(7)

綜上得到解析剔除互感耦合的方程組如下：

(8)

通過解析計(jì)算得到接地網(wǎng)互感抗XM1，XM2以及自感抗XL。

(9)

(10)

(11)

不受互感耦合影響的接地阻抗的電阻分量為RG=(RG1+RG2)/2。最終便可計(jì)算得到剔除互感耦合分量的接地阻抗測(cè)量值ZG。

ZG=RG+XL

(12)

2 變電站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量案例

2.1 測(cè)量方案

為了驗(yàn)證基于組合波法的接地阻抗測(cè)試儀實(shí)測(cè)變電站接地網(wǎng)的有效性，以及基于組合波工程化測(cè)量方法剔除接地阻抗互感耦合分量的有效性，在某新建110 kV變電站進(jìn)行了接地網(wǎng)接地阻抗的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試。測(cè)量依據(jù)為《DL/T 475-2017 接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》，對(duì)比測(cè)試的設(shè)備是基于組合波法研制的接地阻抗測(cè)試儀和澳大利亞紅相8 000接地阻抗測(cè)量系統(tǒng)。

該110 kV變電站是即將投產(chǎn)的室內(nèi)GIS變電站，占地面積小，主體建筑均有自身的接地網(wǎng)，各接地網(wǎng)互相連接，構(gòu)成變電站的接地網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)變電站的衛(wèi)星定位得出，110 kV變電站地網(wǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度為80 m。變電站的線路尚未進(jìn)入變電站，無(wú)需考慮避雷線分流的影響。為了降低變電站接地阻抗，從變電站內(nèi)往外打了數(shù)口斜井。考慮到斜井增大了地網(wǎng)對(duì)角線，相應(yīng)地增大布線距離，為簡(jiǎn)化試驗(yàn)，暫時(shí)將斜井?dāng)嚅_。

變電站外是一大片已經(jīng)完成平整的工廠用空地，土壤較為均勻。為了驗(yàn)證測(cè)量接地阻抗的準(zhǔn)確性，采用了30°夾角法和遠(yuǎn)離夾角法兩種布線方法。場(chǎng)外空地最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離變電站邊緣為300 m，是變電站主接地網(wǎng)對(duì)角線的3倍，將電流極、電壓極布置在此片空地滿足30°夾角法的布線要求。另外，為了驗(yàn)證互感耦合對(duì)實(shí)際測(cè)量的影響，在空曠的場(chǎng)地上通過人為布置不同耦合強(qiáng)度的的測(cè)試線，可以獲得不同共線距離下接地阻抗和互感分量的定量測(cè)量數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證通過工程化測(cè)量消除互感耦合分量方法的效果。具體布線方案如圖3所示。

圖3 某變電站接地網(wǎng)測(cè)試布線路徑示意圖

30°夾角法的電壓極布置在變電站正對(duì)面場(chǎng)地邊緣的電壓極1位置，電壓線沿為變電站到電壓極1的實(shí)線路經(jīng)布置。30°夾角法的電流極布置在場(chǎng)地靠近路邊的電流極1位置。為了避免互感耦合的影響，電流線從變電站出去之后，沿紅虛線所示的電流路徑1布置。通過GPS測(cè)繪，電流極1距離變電站320 m，電壓極1距離變電站290 m，實(shí)際夾角為29°，滿足布線要求。

遠(yuǎn)離夾角法的電流極為電流極2位置，電流線沿電流路徑4布置，電壓極位置為電壓極2，電壓線沿密虛線路徑布置。通過GPS測(cè)繪，遠(yuǎn)離夾角法的電流極2距離變電站470 m，電壓極2距離變電站480 m，為地網(wǎng)對(duì)角線的6倍，實(shí)際夾角為120°，滿足布線要求。

基于30°夾角法的電流極1和電壓極2，除了電流路徑1之外，還布置了電流路徑2、3、4。電流路徑1與電壓路徑先垂直，再遠(yuǎn)距離平行，可以認(rèn)為無(wú)互感耦合，電流路徑2～4分別與電壓路徑平行一段距離，再垂直遠(yuǎn)離至與電流路徑1融合。通過GPS測(cè)繪，電流路徑1～4與電壓路徑平行的距離分別為0 m，126 m，200 m，300 m。電流線與電壓線間隔距離為2 m左右。

2.2 接地阻抗測(cè)量數(shù)據(jù)分析

按以上方案完成現(xiàn)場(chǎng)布線后，使用異頻法紅相測(cè)試儀和基于組合波的接地阻抗測(cè)試儀變換不同電流電壓極和測(cè)試線路徑對(duì)變電站接地網(wǎng)接地阻抗進(jìn)行了測(cè)試。異頻法和組合波法測(cè)試儀現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)電流均為3A，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 接地阻抗現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)

首先分析30°夾角法情況下異頻法和組合波法的測(cè)量數(shù)據(jù)。電流路徑1對(duì)應(yīng)是沒有互感耦合的情況，可以看到異頻法與組合波法對(duì)應(yīng)的R，X，Z，θ等測(cè)量數(shù)據(jù)是一樣的。說明在沒有互感耦合情況下，組合波法測(cè)試儀的測(cè)量數(shù)據(jù)與異頻法是等效的，30°夾角法對(duì)應(yīng)的接地網(wǎng)無(wú)互感耦合影響的測(cè)量值為Z1=0.752+j0.020=0.752∠1.5°。隨著電流路徑中平行共線距離的增加，異頻法測(cè)試儀測(cè)量數(shù)據(jù)中R和Z有少許增加，R增加了20 mΩ，并且在不同頻率下異頻法測(cè)量的R并不完全相同；Z增加了31 mΩ，X增加的幅度比較大，從20 mΩ增加到129 mΩ；θ從1.5°增加到9.5°?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)印證了互感耦合對(duì)異頻法測(cè)試儀阻抗各分量都有影響，而且對(duì)阻抗虛部X影響最大。對(duì)于組合波法測(cè)試儀，測(cè)量數(shù)據(jù)中R在4種路徑下幾乎無(wú)變化，說明使用方波測(cè)量接地阻抗的實(shí)部的確可以不受互感耦合影響。組合波法使用正弦波測(cè)量的X、Z值與異頻法測(cè)量數(shù)據(jù)基本一致，測(cè)量的阻抗相角比異頻法偏大一點(diǎn)，這是因?yàn)榻M合波法測(cè)量值的實(shí)部比異頻法實(shí)部小所致。通過以上數(shù)據(jù)分析可以看到，在不同互感耦合強(qiáng)度情況下，基于組合波的接地阻抗測(cè)量值實(shí)部不受互感耦合影響，但是異頻法測(cè)量值的所有阻抗分量都會(huì)受互感耦合影響，尤其是感抗部分增加幅度最大。以上現(xiàn)象與理論分析是一致的。

再分析遠(yuǎn)離夾角法測(cè)量數(shù)據(jù)。由于遠(yuǎn)離夾角法布線路徑避免了互感耦合影響，組合波法測(cè)量值與異頻法測(cè)量值一致，Z2=0.650+j0.019=0.650∠1.7°。依據(jù)DL/T 475測(cè)量導(dǎo)則，遠(yuǎn)離夾角法測(cè)量數(shù)據(jù)需要用公式(13)進(jìn)行補(bǔ)償換算得到修正之后的接地阻抗測(cè)量值。遠(yuǎn)離夾角法的電流極2距離變電站470 m，電壓極2距離變電站480 m，夾角為120°，帶入公式(13)可以計(jì)算得到修正系數(shù)為0.885。

Z=

(13)

修正之后的遠(yuǎn)離夾角法接地阻抗測(cè)量值為Z2’=0.734 Ω。此修正值與30°夾角法測(cè)量值(Z1=0.752 Ω)相差僅為2.4%，說明本次接地阻抗現(xiàn)場(chǎng)布線合理，測(cè)量值也是可信賴的。

2.3 接地阻抗仿真對(duì)比分析

為了進(jìn)一步研究接地阻抗測(cè)量值的準(zhǔn)確性，將測(cè)量數(shù)據(jù)與變電站接地阻抗理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析。

對(duì)變電站周圍不同深度的土壤電阻率進(jìn)行了測(cè)試?？紤]空置場(chǎng)地的最大尺寸只有300 m，溫納四極法的最大測(cè)量間距取為100 m。這個(gè)測(cè)量間距，與接地網(wǎng)尺寸(對(duì)角線長(zhǎng)度80 m)相當(dāng)，滿足反映深層土壤結(jié)構(gòu)的要求。土壤電阻率測(cè)量結(jié)果見表2。根據(jù)表2的實(shí)測(cè)結(jié)果，利用CDEGS軟件進(jìn)行土壤反演仿真。由于變電站較小，而且周圍土壤較為均勻，使用水平分層模型進(jìn)行土壤電阻反演，發(fā)現(xiàn)變電站場(chǎng)區(qū)土壤可以用4層水平分層土壤來描述，仿真結(jié)果詳見表3。

表2 土壤電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)

表3 水平多層土壤反演值

根據(jù)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙以及斜井施工圖斜井雖然未與變電站接地網(wǎng)直接相連，但由于斜井與接地網(wǎng)之間存在土壤，也會(huì)對(duì)地網(wǎng)散流起到一些作用。接地網(wǎng)設(shè)計(jì)圖如圖4所示，考慮斜井的接地網(wǎng)CDEGS模型如圖5所示。接地網(wǎng)長(zhǎng)度為74 m，寬度為40 m，以水平接地體為主，以垂直接地體為輔組成復(fù)合主接地網(wǎng)。水平接地網(wǎng)采用150 mm2銅絞線，以約5.5 m×5.5 m方格敷設(shè)，水平接地網(wǎng)埋深離地面-0.8 m，垂直接地極為銅鍍鋅鋼棒，頂部埋深為-0.8 m。

圖4 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)圖

圖5 CDEGS軟件中的接地網(wǎng)模型

將土壤電阻率反演結(jié)果代入接地網(wǎng)仿真模型進(jìn)行計(jì)算，得到該變電站接地阻抗的仿真結(jié)果為：接地電阻Z=0.765 Ω，相角θ=2.1°與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Z= 0.752 Ω，相角θ=1.5°非常接近，相對(duì)誤差為1%，說明了無(wú)互感情況下基于組合波法的接地阻抗測(cè)量值是準(zhǔn)確的。

3 變電站場(chǎng)區(qū)互感耦合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真與分析

3.1 基于工程化測(cè)量值的互感分量計(jì)算與剔除

本文在第1節(jié)提出了基于組合波的互感耦合分量工程化測(cè)量與剔除方法，本節(jié)利用變電站現(xiàn)場(chǎng)基于組合波法的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得互感耦合分量和接地阻抗的實(shí)測(cè)值。

基于組合波法在不同電流路徑情況下的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以用感抗分量X的變化計(jì)算得到實(shí)測(cè)的互感耦合分量。電流路徑1對(duì)應(yīng)無(wú)互感耦合，電流路徑2～4互感耦合逐漸增加，則對(duì)應(yīng)X測(cè)量值的增量即為實(shí)測(cè)的互感耦合分量XM，再除以平行共線距離l可以得到互感耦合系數(shù)。相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4 實(shí)測(cè)互感耦合值

從表4數(shù)據(jù)可以看到，現(xiàn)場(chǎng)單位長(zhǎng)度的引線互感耦合系數(shù)為36～38 mΩ/100 m，基本上呈現(xiàn)為一個(gè)固定值。

假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)互感耦合無(wú)法避免，布線只能按路徑2～4實(shí)施，那么基于組合波測(cè)量值和公式(9)～(11)可以計(jì)算任意兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的接地阻抗和互感耦合系數(shù)。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)為3個(gè)或者更多時(shí)，可以基于多點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合得到更準(zhǔn)確的互感耦合系數(shù)?；诒敬螠y(cè)試的3個(gè)布線路徑，將對(duì)應(yīng)路徑的感抗分量測(cè)量值與平行共線距離進(jìn)行線性擬合，可以得到如圖6所示的擬合結(jié)果。線性擬合參數(shù)的增益值為互感耦合系數(shù)，為0.354 mΩ/m，初始值即為剔除互感后的地網(wǎng)自感分量X=23.7 mΩ。

圖6 感抗分量測(cè)量值線性擬合

基于3個(gè)路徑的實(shí)部測(cè)量值，可以得到接地電阻分量均值為R=0.753 Ω。因此，基于組合波工程化測(cè)量的接地阻抗測(cè)量值為Z=0.753+j0.0237=0.753∠1.8°。此數(shù)據(jù)與路徑1無(wú)互感情況下的測(cè)量值幾乎一致，說明基于組合波工程化測(cè)量方法可以有效剔除測(cè)量值中的互感耦合分量，提高接地阻抗測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3.2 基于仿真的互感耦合分量對(duì)比分析

使用CDEGS可以建立考慮引線互感耦合的接地阻抗測(cè)量模型。在輔助電極布置位置采用0.5 m長(zhǎng)的等效短導(dǎo)體模擬電極接地極，采用地表上的絕緣導(dǎo)線模擬電極引線，電流線將注流導(dǎo)體和電流極連通形成回路，注流導(dǎo)體和電流極分別注入±3 A的電流，電壓線將電壓極連接至距離注流導(dǎo)體水平間隔0.5 m處的位置，因電壓表內(nèi)阻非常大，直接選擇將電壓線端點(diǎn)懸空模擬通過高內(nèi)阻電壓表與注流導(dǎo)線連接。電流線和電壓線之間在靠近部分的平行段間距取為2 m。

以?shī)A角法中的電流路徑1布線方案為例，讀取注流點(diǎn)導(dǎo)體和懸空導(dǎo)體的電位值，以兩者做差并除以測(cè)試電流值，即可計(jì)算得到接地阻抗測(cè)量值。其中接地阻抗測(cè)量值的虛部X包括地網(wǎng)接地阻抗本身的電感分量XL和電壓、電流引線的平行互感分量XM，用該虛部值減去接地阻抗計(jì)算值的虛部，即可得到電壓、電流引線的互感耦合仿真計(jì)算值?？紤]實(shí)際布線長(zhǎng)度和互感耦合的仿真模型，如圖7所示。最終可以得到不同布線方案下接地阻抗測(cè)量仿真計(jì)算值，如表5所示。

圖7 考慮互感耦合的CDEGS仿真模型

表5 互感分量仿真值

由表5中的仿真結(jié)果可以看到，路徑1雖然電流線和電壓線間隔距離比較遠(yuǎn)，但仍有14 mΩ的互感分量。路徑2～4隨著近間隔距離的平行共線長(zhǎng)度增加，互感耦合分量顯著增大，而且互感耦合分量與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的互感耦合值非常接近。用路徑2～4的互感抗值減去路徑1的互感抗值除以平行共線長(zhǎng)度，即可得到仿真的單位長(zhǎng)度互感耦合系數(shù)，為26～28 mΩ/100 m的一個(gè)固定值。仿真的互感耦合系數(shù)比實(shí)測(cè)的互感耦合系數(shù)小約10 mΩ/100 m，也主要是因?yàn)槁窂?實(shí)測(cè)值處理為沒有互感分量的原因。

從以上數(shù)據(jù)可以看到，實(shí)測(cè)和仿真的互感耦合數(shù)據(jù)變化規(guī)律相同，互感耦合系數(shù)相差不大，說明基于組合波法和共線距離測(cè)繪的工程化測(cè)量方法可以準(zhǔn)確獲得比較準(zhǔn)確的場(chǎng)區(qū)真實(shí)互感耦合系數(shù)測(cè)量值。此方法可以省去對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土壤電阻率分層測(cè)繪和復(fù)雜的反演計(jì)算，獲得互感耦合定量測(cè)量值，再對(duì)接地阻抗視在測(cè)量值進(jìn)行修正，即可實(shí)現(xiàn)消除互感耦合影響的接地阻抗準(zhǔn)確測(cè)量值。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)本文提出了一種基于組合波工程化測(cè)量消除引線互感的接地阻抗測(cè)量方法，首先利用交變直流方波激勵(lì)，獲得準(zhǔn)確的不受互感影響的電阻分量數(shù)據(jù)，再用正弦波電流激勵(lì)，獲得含有互感耦合分量的接地阻抗模值，進(jìn)而計(jì)算得到接地阻抗感抗分量和角度。在此基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建不同耦合路徑，實(shí)現(xiàn)接地阻抗值和互感耦合系數(shù)的工程化測(cè)量，通過方程組解析可從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值中分離出互感耦合分量與地網(wǎng)感抗分量，獲得接地網(wǎng)接地阻抗真實(shí)值。

2)通過現(xiàn)場(chǎng)與異頻法對(duì)比試驗(yàn)，采用30°夾角法與遠(yuǎn)離夾角法測(cè)量的接地阻抗誤差為2.4%；基于變電站實(shí)測(cè)的土壤電阻率和土壤分層反演，在CDEGS軟件中建模，仿真計(jì)算得到接地阻抗值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差僅為1%，說明基于組合波的接地阻抗測(cè)量方法是準(zhǔn)確有效的。進(jìn)一步基于現(xiàn)場(chǎng)布線路徑在CDEGS軟件中建立互感耦合模型，互感耦合系數(shù)仿真計(jì)算值和實(shí)測(cè)值誤差為10 mΩ/100 m，進(jìn)一步說明基于組合波的工程化測(cè)量方法能很好的將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際互感耦合系數(shù)定量測(cè)量出來，并可將互感耦合分量從接地阻抗測(cè)量值中剔除，大幅提高了接地阻抗測(cè)量的準(zhǔn)確性。