中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司天生橋局 張金磊

接地電阻測試過程中會受到多方面因素影響，導致測試結(jié)果的準確性無法保證，必須從測試方法本身出發(fā)，提出具體可行的控制措施，以求最大程度規(guī)避其中存在的誤差問題，為后續(xù)的其他工作提供參考。三極法測量接地電阻工作是目前較為常見的一種技術(shù)手段，但在實際應(yīng)用過程中還會受到諸多因素影響，需要結(jié)合實際進行分析，以此讓誤差降至最低。

1 三極法測量接地電阻過程中的影響因素

輸電線路的接地線是一種比較特別的施工方式，對于新裝設(shè)的接地裝置，應(yīng)在按《電氣裝置安裝工程 接地裝置施工及驗收規(guī)范》(GB50169-2016)和設(shè)計規(guī)定進行驗收后方可正式投入使用。與線性三角法、四極法相比，線性三極法具有更好的數(shù)據(jù)可靠性，并且具有更高的穩(wěn)定性，因此被廣泛應(yīng)用于野外。圖1為三極法測量接地電阻原理接線圖，從中可以看出三極法測量使用了兩個輔助電極展開測量，而如果兩個輔助電極的接地電阻較被測物的接地電阻大許多，則測量誤差可能會變大。因此，必須對電極之間的距離進行計算，從而最大程度避免誤差。圖2為三極法測量接地電阻圖，圖3三極法測量現(xiàn)場布設(shè)，從這兩張圖片中可以看出，借助接地裝置、電流極、電壓極展開測試，但需要注意的是，在測定時要采用適當?shù)姆绞?，消除多種因素的影響，以獲得準確的結(jié)果[1]。由于大、中、小三型接地網(wǎng)的工作頻率范圍內(nèi)的接地阻抗均較低，一般不超過10mΩ，且測試線路的長度較長，測試是在工作頻率范圍內(nèi)進行，測試線路之間的互感會對測試結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。接地網(wǎng)竣工后，由于電力設(shè)備負荷不平衡而引起的單相短路會引起三相供電不平衡，從而在接地網(wǎng)中形成“地網(wǎng)電壓”。在非均勻的電壓條件下，零序電壓的頻率、相位和峰值都會出現(xiàn)顯著的動態(tài)變化，嚴重影響了監(jiān)測精度，必須重復測量，才能排除誤差。在干燥的時節(jié)，由于氣候干燥，連續(xù)七天以上都沒有下雨，就需要測量接地電阻值，否則測量出來的電阻值和真實值會有一定的差距。

圖1 三極法測量接地電阻原理接線圖

圖2 三極法測量接地電阻圖

圖3 三極法測量現(xiàn)場布設(shè)

此外，氣溫升高還會對模式的準確性產(chǎn)生影響，有關(guān)的實驗結(jié)果顯示，夏季氣溫升高會引起模式更大程度的蒸發(fā)量，進而彌補由氣溫升高引起的模式減阻作用。但在冬季，由于冰層的降低和冰層的凝結(jié)，冰層的表面會隆起[2]。在真實的野外工作環(huán)境中，因測試區(qū)內(nèi)土體的非均質(zhì)性和各種溝槽、巖體、地下金屬管道等的存在，會對測試區(qū)內(nèi)的電流場產(chǎn)生一定的影響，進而對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。所以，要反復調(diào)節(jié)電極的電位。在每個電壓電極上，都有一個地阻值，將實測的地面電阻作為縱、橫坐標，畫出地面電阻曲線。若在導線趨向上有三個以上的電阻是平坦的，那么相應(yīng)的地電阻就是它的確切數(shù)值。當三個或更多個被測數(shù)據(jù)的相對偏差不超過3%時，其平均值就是最后的測試數(shù)據(jù)。

2 三極法測量接地電阻過程中的技術(shù)分析

輸電線路的塔式接地設(shè)備通常采用獨立的接地系統(tǒng)，在建設(shè)及運行時均需檢測其接地電阻，確保其滿足工程驗收及應(yīng)用的需要。目前常用的大地電阻抗測量方法主要是三極法，但是三極法測量結(jié)果存在一些不統(tǒng)一的問題。本文首先分析了三極法測量接地電阻的原理，分析了由于電極布置的不同而造成的測量結(jié)果差別的因素，并通過實踐，說明了如何正確應(yīng)用三極法來精確測量接地裝置的接地電阻。地阻抗測試儀的試驗導線包括三個極：電源（E）、電流輔助（C）和電壓（P）。利用接地電阻計進行測量時，從電源極通過被測接地裝置，將一個電流輸入大地，因為電流是連續(xù)的，所以，在距離接地裝置一定距離處，設(shè)置一個電流輔助極，將電流反流到電源上[3]。在一條測量環(huán)路上，將R作為接地裝置的一種接地電阻，將R作為一種用來執(zhí)行該測量環(huán)的一種接地電阻。不管該測試線的電阻如何，該測試供電端的全部電壓均降至該接地裝置的該接地電阻R和該電流輔助電極的該接地電阻R上。在此電壓分布曲線上有一電位區(qū)，此零電位區(qū)與此接地機之間的壓降U為此接地機的接地機所消耗的電壓；而且，該電壓U是供電電極的接地電阻R損耗的。而測量接地電阻的工作就是要準確地測電壓U的值，并與測量電流I 相比較，得到所需要的接地電阻。

因此，對這一電位區(qū)進行準確的定位和對這一區(qū)域內(nèi)的電壓進行準確的測定，成為實現(xiàn)這一目標電阻準確測定的關(guān)鍵。對測量原理進行分析，零電位區(qū)的設(shè)定，不僅取決于電極到接地裝置的遠近，還取決于地形地貌，土壤電阻率，以及土壤的均勻性。對土壤中的電極電位進行了研究，結(jié)果表明：在土壤中，以電極為起點，土壤中的電位隨著土壤與土壤之間的距離增大而變得平穩(wěn)，直至接近0；因此，對于三極法測量接地電阻過程中的原理誤差分析是十分必要的[4]。

當一個比特靠近零電勢時，從接地設(shè)備范圍層面來看，該范圍中的電勢靠近該范圍中，或者將該電壓電極設(shè)定在該范圍中，測量地電阻量將更為準確。由于輔助電極和接地裝置的間距非常近（小于40m），零電位區(qū)的位置受多種因素的影響，使零電位區(qū)的準確位置難以確定。在這個例子中，測量了的阻抗，并且在電壓電極放置得離地裝置很近時，測得的R比真實的要??；在距離接地裝置較遠的地方，所測得的R比它的真值要大。

以某輸電線路工程為例，選取一條典型的輸電線路，使其與接地網(wǎng)的距離約為20m，并將其電壓極的距離作為其與接地線路的距離，采用縱軸作為其接地電阻。從電流輔助極方向來看，在距離接地裝置各區(qū)域的地方，測得電阻值變化平緩，相應(yīng)地，該區(qū)域電位變化平緩，從電壓分布可以得知該區(qū)域為零電位區(qū)。根據(jù)三極法測線原理，在零電位區(qū)測量接地阻抗，可獲得準確的接地阻抗。實際上，通過使所說的各電極沿所說的布置的方向運動，找到所說的測量值的變化相對穩(wěn)定的那一段，即所說的零電位區(qū)，可以通過以下的方式找到零電位區(qū)，并準確地確定接地阻抗；將該區(qū)段內(nèi)所有測量值的平均值求出實際測量值，即為實際測量值。比較精確的方法是依次移動電極，測量6～10個點，然后把它們連在一起，形成一條具有0的切線斜率的曲線，就是零電位；取每個點位相應(yīng)的電阻值，以其計算所得的電阻值，即為準確的大地電阻。

三極法測得電阻的關(guān)鍵是其定位，測量時，其定位距離地面非常遙遠（d＞40m)，其定位范圍為0.5～0.6m 時，其測量結(jié)果最為準確。在此條件下，當此輔助電極密集布置（d＜40m）時，沿d的方向，每次一個格子（d的5%），取其變化期間平穩(wěn)區(qū)的平均值為測量結(jié)果，獲得相對準確的電阻。

3 三極法測量接地電阻過程中的案例分析

通過對110kV 變電站的一次改造，對110kV 變電站的接觸線進行了測試，并給出了測試結(jié)果。根據(jù)線路模式I，對于5m 的電壓電極，接地電阻的最大變化量為38.8%。然后延長附加的電流和電壓電極。三個測試的最大阻抗均值為18.0%。最后，又在東、北兩個方向進行了測試，并給出了測試的結(jié)果。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，驗證了試驗數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。由于在模式3中選擇的導線不會被其他因素影響，因此測得的地表阻抗僅相當于三種試驗平均水平的5%。進一步探究I 形接線的電壓極處問題成因，得出結(jié)論：地下圓鋼L 沿1號公路左電纜溝鋪設(shè)，與路燈線平行，在I 型P 型接地，并與變電站東北角的接地網(wǎng)絡(luò)相連，地下圓鋼L 改變了輔助電極與電流極間距的比值關(guān)系，因此導致方式I 和II 的異常。

基于以上分析，用普通的地阻儀測試中、小型地網(wǎng)，其測試值的誤差與地網(wǎng)的大小有關(guān)。若地網(wǎng)為半球形，測試地網(wǎng)接地電阻值誤差允許在10%范圍內(nèi)，則測試電流極C 與地網(wǎng)邊緣分別為40m、20m、10m，當測試電壓極設(shè)定在測試電流極與地網(wǎng)邊緣的中點時，被測試地網(wǎng)的半徑不能大于27m、13.5m、6.75m。也就是用普通的接地電阻測試儀來測定建筑物中的地網(wǎng)，為了保證其測定準確度在10%之內(nèi)，必須對被測地網(wǎng)的大小做一些限制。普通的40m 的試驗電流電極試驗線路，試驗電網(wǎng)的直徑不得大于27m。為被測試地網(wǎng)的直徑不大于13.5m 的普通接地電阻測試儀，為被測試地網(wǎng)的直徑不大于6.75m，為10881m 測試電流極測試線的普通接地電阻測試儀。

若在相同的公差下，將探測電極P定位在探測電極C與接地電力網(wǎng)邊界的中部，則探測電極P的大小比補償型探測電極大。當誤差在10%以內(nèi)即容許接受范圍時，采用將測試電壓極P的位置放在測試電流極C與地網(wǎng)邊緣的中點的測試方式，在b1為40m、20m、10m 時，可測地網(wǎng)尺度分別是半徑r1為27m、13.5m、6.75m 的地網(wǎng)，而采用補償法時，可測地網(wǎng)尺度為半徑r1等于9m、4.5m、2.25m 的地網(wǎng)。如果測試桿件P處于測試桿件C與接地網(wǎng)絡(luò)的交界面的中部或周邊，則測試電壓電極P被設(shè)置得非常小，而接地網(wǎng)絡(luò)越小，測試誤差在10%以內(nèi)的范圍就越大。為了得到一個無偏差的數(shù)值，在野外網(wǎng)規(guī)模很大的情況下，必須把試驗終端P往接地網(wǎng)的方向上移動。用普通的接地器測試中低線的接地器，其測試值與接地器的大小有很大的關(guān)系。在半球形地網(wǎng)中，在測試電流極與地網(wǎng)邊緣的距離分別為40m、20m、10m，測試電壓極設(shè)在測試電流極與地網(wǎng)邊緣的中點，被測試地網(wǎng)的半徑分別不大于27m、13.5m、6.75m 時，測試地網(wǎng)接地電阻值誤差可在10%之內(nèi)。

如果測試電壓極位于測試電流極與地網(wǎng)邊界的中點或其附近，則測試誤差較小，且在相同的誤差容許范圍內(nèi)。相對于補償法，將測試電壓極位于測試電流極與地網(wǎng)邊界的中點位置的測試方法，可測地網(wǎng)的尺度更大，因此，對普通的接地電阻測試儀而言，采用將測試電壓極設(shè)置在測試電流極與地網(wǎng)邊界的中點位置的測試方法是較為適宜的。在布設(shè)過程中，應(yīng)盡可能使測線指向土壤較均一的位置，而不應(yīng)使測線指向土壤較不均一或地質(zhì)情況有較大差異的位置，否則會產(chǎn)生“零電位點”的移動，從而造成測得結(jié)果出現(xiàn)偏差。另外，還對試驗電流進行了適當增大，以獲得較高的電壓端電流。而“零電位點”帶來的改變，卻是微乎其微。在焊接時，應(yīng)盡可能按單行布置，注意各個電極間的協(xié)調(diào)。每次的試驗，應(yīng)記錄各電極的位置，布線距離，接地裝置的形式，土壤狀況、濕度、溫度等基本數(shù)據(jù)。

綜上所述，對于輸電線路接地電阻測試采用直線三極法。通常在接地時，電壓線至接地體邊緣的間距應(yīng)該為接地體斜長D 的4～5倍。在人工布置困難的地區(qū)，利用二維方法布置，而在不均勻的地區(qū)，利用三維方法布置。