DLT电力行业接地系统土壤电阻率、接地阻抗和地表电位测量技术导则

FORMTEXTDLICSFORMTEXT     FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXT备案号：FORMTEXTDL/TFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT201电力行业接地系统土壤电阻率、接地阻抗和地表电位测量技术导则GuideforMeasuringEarthResistivity,GroundImpedance,andEarthSurfacePotentialsofaElectricPowerGroundingSystem（征求意见稿）FORMTEXT国家能源局   发布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施DL/TXXXXX—201电力行业接地系统土壤电阻率、接地阻抗和地表电位测量技术导则1范围本标准规定了电力接地系统土壤电阻率、工频接地阻抗、地表电位、跨步电位差、接触电位差、转移电位差、电流分流、电气完整性和冲击接地阻抗测试的一般原则、内容、方法。本标准适用于变电站、输配电线路、发电厂、换流站、风力发电系统的升压站和风力发电机、光伏电站、储能电站、电气化铁路牵引变电站等接地系统设计勘察、交接验收试验，已运行接地系统的状况评估和预防性（例行）试验。其他行业接地系统可参照执行。2规范性引用文件下列文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T50065-2011交流电气装置的接地设计规范DL/T475-2017接地装置特性参数测量导则DL/T5224-2014高压直流输电大地返回系统设计技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1土壤（大地）电阻率soil(earth)resistivity单位立方体土壤相对两面间所呈现的电阻，其单位用欧姆·米（Ω·m）表示。3.2视在土壤电阻率apparentsoilresistivity单位立方体不同性质的土壤的总体等效电阻率，其单位用欧姆·米（Ω·m）表示。3.3耦合coupling在两个或两个以上电路或系统间，可进行一电路（系统）到另一电路（系统）功率或信号转换的效应。3.4接地极互阻mutualresistanceofgroundingelectrodes一个接地极中的电流变化在另一接地极中产生的电压变化，以欧姆（Ω）表示。3.5等电位线equipotentiallineorcontour在给定时间内所有等电位点的轨迹。3.6接地ground在系统、装置或设备的给定点与局部地之间做电连接。3.7接地（引下）线groundingconductor电力设备应接地的部位与地下接地极之间的金属导体。3.8接地极groundelectrode埋入地中直接与大地接触的，具有接地功能的金属导体。3.9接地装置groundingdevice接地极与接地线的总和。3.10接地网groundgrid由垂直和水平接地极组成的，供发电厂、变电站使用的，兼有泄流和均压作用的水平网状接地电极，其是接地电极的一种特殊形式。3.11接地系统groundingsystem在特定区域内由所有互相连接的多个接地装置组成的系统。注：这些接地装置往往大小不一，小的可能仅包括几个接地棒，大的可能设有许多的接地棒或接地井、直埋导线和外部接地端子。外部接地端子包括架空屏蔽线、接地线、中性线、地下电缆屏蔽层、中性点、（架空线防雷保护用）接地极、接地网联络线、金属管及其他提供额外的远方大地连接通道的接地端子。3.12接地阻抗groundimpedance接地装置对远方电位零点的阻抗。数值上为接地装置与远方电位零点间的电位差，与通过该接地装置流入地中的电流的比值。注：输配电线路杆塔等小型接地装置的接地阻抗主要由电阻构成，与之不同的是，大型接地系统，尤其在低土壤电阻率区域，接地阻抗中的电抗分量较大。为避免混淆，本导则用“电阻”表示输配电线路杆塔等小型接地装置的阻抗3.13工频接地阻抗powerfrequencygroundimpedance根据通过接地极流入地中工频交流电流求得的阻抗。3.14冲击接地阻抗impulsegroundimpedance根据通过接地极流入地中冲击电流求得的接地阻抗。注：冲击接地阻抗为同一时刻的电压与电流值之比，为暂态量。工程中常用冲击接地电阻，即接地极上对地电压的峰值与电流的峰值之比来表征接地装置冲击特性。为工程测量使用方便，本导则冲击接地阻抗无特殊说明处，均为接地装置上的冲击电压峰值与冲击电流峰值之比。3.15地电位升groundpotentialrise(GPR)电流经接地装置的接地极流入大地时，接地装置与参考地之间的电位差。3.16场区地表电位梯度分布surfacepotentialdistribution当接地短路故障电流流过接地装置时，被试接地装置所在的场区地表面形成的电位梯度分布。地面上水平距离为1.0m的两点间的电位梯度称为单位场区地表电位梯度。3.17跨步电位差steppotentialdifference当接地短路故障电流流过接地装置时，地面上水平距离为1.0m的两点间的电位差。3.18接触电位差touchpotentialdifference当接地短路故障电流流过接地装置时，地面与接地结构（如设备外壳、架构或围栏）之间的电位差。3.19分流系数currentsplitfactor经接地网散流的故障电流与总的接地短路故障电流之间的比值称为分流系数。4测试内容4.1土壤电阻率测量测量土壤电阻率有助于：（1）估算接地系统的接地阻抗。（2）估算电位梯度，包括跨步电位差和接触电位差。（3）计算相邻近的电力线路和通信线路间的耦合效应。（4）设计阴极保护系统。（5）设计输电线路与管道之间的解耦措施。4.2接地阻抗和电位梯度测量测量接地电阻或接地阻抗以及因地电流产生的地表电位梯度有助于：（1）验证新建接地系统能否满足设计要求。（2）发现现有接地系统中的变化。（3）复查现有变电站的跨步电位差和接触电位差是否安全。（4）确认新变电站的跨步电位差和接触电位差设计值。（5）确定地电位升（GPR），用于电力线路和通讯线路的保护设计。5土壤电阻率测量5.1概述对于大多数的土壤电阻率测量技术实际上是一样的，但是对测试数据的分析却可能是多样的，尤其是对于多种土壤电阻率的复杂土壤分析时，情况更是如此。土壤电阻率不仅随土壤的类型变化，且随温度、湿度、含盐量和土壤的紧密程度而变化变化规律见REF_Ref20145933\n\h图1。a）加盐b）湿度c）温度土壤电阻率曲线海水地区的土壤电阻率小于1Ω•m，而砂岩地区的土壤电阻率高达109Ω•m。温度自25℃向0℃下降时，土壤电阻率随之缓慢上升。在0℃以下，则迅速上升。而冻土（如冬天的表层土壤）的土壤电阻率可能非常地高。各种土壤和水的电阻率参见附录A。通常土壤有若干层，层与层的土壤电阻率不同。土壤电阻率还存在横向上的变化，但一般是渐变的，在测量地段附近可不考虑土壤电阻率的横向变化。在大多数情况下，土壤电阻率主要是深度的函数。一般函数比较复杂，为便于分析测试数据，可先建立一个能给出最优近似值的简单等价函数。对于电力线路和通信线路接地系统的设计，两个水平层的土壤构造或指数函数的土壤构造可以取得较好的近似效果。接地装置的地表电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数，接地电阻主要是深层土壤电阻率的函数，深层土壤电阻率是指深度大致为水平接地极直径或十倍于垂直接地极深度的土壤电阻率。为此，在对站址土壤电阻率进行测试时，测试深度应不低于拟建接地装置最大对角线。当布线空间路径有限时，可酌情减少，但至少应达到最大对角线的三分之二。极间距离的取值可为5、10、15、20、30、40m、……，以获取更为详细的土壤数据用以分析土壤构造。5.2土壤电阻率测试方法5.2.1地质资料和土壤试样法安装接地装置的地区总要进行大规模的岩土工程，通常要进行地质勘探，以获取有关土壤特性和构造的数据。地质资料法是通过获取地质勘探资料来分析判断土壤电阻率。土壤试样法是通过钻探得到地下不同深度的土壤试样，在实验室中进行试样分析，得到随深度变化的土壤电阻率分布情况。一般是用已知尺寸的土壤试样相对两面间所测得的电阻值来确定土壤电阻率，但土壤试样和测试电极的接触电阻会带来一定的误差。对试样进行电阻率测量来得到土壤电阻率近似值是有困难的，且在某种情况下是无法做到的。一是难于获取有代表性的土壤试样；二是难以在试验环境下模拟原有土壤的紧密性和水分含量。5.2.2深度变换法深度变换法又称三极法，其原理是测量埋入地中试验电极的接地电阻，利用接地电阻的计算公式反推出土壤电阻率。深度变换法需逐步增加试验电极的埋深并测量接地电阻，其目的是促使更多的测试电流流过深层土壤。所测的电阻值将反映各个埋深的视在土壤电阻率。宜使用接地棒作为试验电极，因为它有以下两项重要的优点：（1）准确计算接地棒的理论接地电阻值是比较容易的，因而分析测试结果也较为容易。（2）将接地棒打入土壤时可以了解接地棒安装时能够打入多深。测试时应注意，接地棒在打入过程中由于振动而导致沿长度方向与土壤接触不良，折算后与真实视在电阻率之间存在偏差。深度变换法能测量到试验电极邻近地区（相当于该试验电极长度的5～10倍）的土壤特性。用6.2条所述的任一方法，可完成上述测量。为使所测得的接地电阻值尽可能准确，宜采用电位降法测量。对于大面积的测试地区，可设置多个电极测点，以获知土壤电阻率的横向变化。由于在一些土壤中无法打入很长的接地棒，如要测量大体积的土壤（面积大、深度也大），应采用四极法。5.2.3四极法要对大体积未翻动土壤进行土壤电阻率的测量，最准确的方法是四极法，它是欧姆定律的现场应用。测量时，在被测土壤中插入四个辅助电极并保持在一条直线上，埋入深度均为b。使测试电流I流入外侧的两电极，外电极产生的电流场在内电极上产生电位差V，可用电位差计或高阻电压表测量。V/I即为电阻R。四极法的两种型式：（1）等距法或温纳（Wenner）法采用此种方法时，电极按\o"CurrentDocument"\hREF_Ref20146006\n\h图2(a)所示，等距布置。设a为相邻两电极的间距，则以a、b表示的视在电阻率ρ为：（1）式中：ρ——视在土壤电阻率；R——所测电阻；a——电极间距；b——电极深度。理论上，电极应当为半径为b的点接触型电极或半球型电极。然而实际上，四个电极通常置于间距为a的直线上，入地深度不超过0.1a。因而可假定b=0，则公式简化为：（2）通过公式得出深度为a的视在土壤电阻率近似值。在不同的电极间距下得出的一组视在土壤电阻率数据，以这些数据与间距的关系绘成曲线，即可判断该地区是否存在多种土壤层或是否有岩石层，并得出各层土壤的电阻率和深度\o"CurrentDocument"\h（见REF_Ref20146079\n\h图3）(a)等间距法(b)不等间距法四极法（2）非等距法或施伦贝格-巴莫（Schlumberger-Palmer）法温纳法的一个缺点是当电极间距较大时，内侧两个电极的电位差迅速下降，给测试带来困难。温纳法的另一个缺点是在每一个待测深度上都需要重新布置四个电极。为了测量大间距电流极之间的土壤电阻率或提高测量速率，可采用REF_Ref20146006\n\h图2(b)的布置方式。在测试过程中，内侧的电极间距变小，外侧的电极间距变大。只需要改变外侧电极的位置即可。与温纳法相比，测量不同深度土壤电阻率时，非等距法的速度更快。如果电极的埋地深度b与其间距d和c相比很小，且c>2d时，则所测视在土壤电阻率可按下式计算：ρ=πc(c+d)R/d（3）按照公式（3）计算的电阻率是近似深度（2c+d）/2处的视在电阻率，（2c+d）/2是从测试电极的中心处到外侧电流极的距离，见REF_Ref20146006\n\h图2(b)。典型的土壤电阻率曲线5.2.4大地电磁勘探（MT）法该方法是建立在大地电磁感应原理基础上的电磁测量方法，利用趋肤效应原理，将趋表深度视为勘探深度，通过改变频率，可获取不同勘探深度及其实在电阻率。MT法可探测地下数百米到数百公里深度范围内的电性变化，对研究大地深部电性分层是一种十分有效的方法，其具体勘探方法可参照DL/T5224-2014第E.0.4条执行。5.3测试数据的分析5.3.1总则对现场测试数据的分析是测量过程中最困难的部分。由于土壤构造的不均匀性，土壤电阻率的变化大且规律复杂。应对土壤构造建立一个简单的等效模型。模型的建立取决于：（1）测量的准确性和范围；（2）测量方法；（3）数学运算的复杂性；（4）测量的目的。多数情况下两层等效模型可以满足电力工程要求，不需要大量的数学运算。也可借助计算机的解决方案，有效地估算各种测量技术下的多层土壤模型。5.3.2地质资料和土壤试样法可通过附录A列出的土壤分类，分析地质勘探所提供的图表资料。根据简单的土壤类型分类建立精确的土壤模型是很困难的，这些分类只用于对各类土壤的电阻率进行粗略估计。5.3.3深度变化法将接地棒打入不同的深度，测试其接地电阻。利用均匀土壤中接地棒接地电阻的简化计算公式，推导出接地棒埋入深度的视在土壤电阻率并绘成曲线，可通过查对视在土壤电阻率曲线解释测试数据，确定土壤参数。典型分析实例参见附录B。当使用数值分析方法确定土壤参数时，可以采用基于分层土壤模型的更精确的公式（见附录C），代替假设土壤电阻率均匀的简化公式。用简单的计算机程序或用试探法，得到与所测接地棒接地电阻值相吻合的土壤模型数据（见附录D）。用深度变化法无法测得距试验电极较远区域（距离大于试验电极地下部分长度的5～10倍）的土壤电阻率。对于大面积的测试区域，可分块测试以掌握土壤电阻率的横向变化情况。5.3.4四极法四极法所测的视在土壤电阻率与电极间距的关系曲线即表示土壤的构造。从曲线上不易确定各层土壤的厚度，可使用经验方法确定土壤层厚度。（1）吉什-龙尼（TheGishandRooney）法：该法通过土壤电阻率曲线形状的变化判断，在曲线曲率转折或变化时，与电极间距相等的深度处，开始出现另一层土壤。（2）兰开斯特-琼斯（TheLancaster-Jones）法：在曲线出现曲率转折点时，即是下一层土壤，其深度为所对应电极间距的2/3处。（3）佐迪（Zohdy）指出，有五条规律适用于所测的视在土壤电阻率与电极间距a的关系曲线：a）计算的视在电阻率总是正的。b）像实际电阻率随深度增加或减小一样，视在电阻率会随着电极间距增大或减小。c）视在电阻率发生最大变化时的电极间距要大于实际电阻率发生相应变化时的深度。因此，视在电阻率的变化总是绘制在实际电阻率变化相对应的电极间距的右侧。d）视在电阻率与试验电极间距的曲线幅度总是小于或等于实际电阻率与深度的曲线幅度。e）在多层模型中，厚土层的实际电阻率变化会产生视在电阻率曲线出现类似的变化。应注意曲线中的试验电极间距并非对应于电阻率发生变化的实际深度，并且视在电阻率的大小与实际电阻率的大小也有差异。也可以采用特定的土壤模型，如假定土壤是同质的、分层的或按指数变化的。对于每一种土壤模型，其视在土壤电阻率与各土壤参数之间的数学关系需是已知的或是易于计算的。应根据测量目的选取最佳模型，通常用两层土壤模型能得到较好的结果。附录C和附录D中的方法可用来确定符合均匀或两层土壤模型的土壤参数。也可以使用通过仿真软件确定分层土壤模型，具体方法与应用实例见附录E。5.3.5大地电磁勘探（MT）法MT法可探测地下数百米到数百公里深度范围内的电性变化，对研究大地深部电性分层是一种十分有效的方法，其对现场测试数据的分析方法可参照四极法进行。6接地阻抗6.1 概述接地阻抗测量是接地装置最常见的试验，其测量数据可以用于快速估算接地装置的电位升。对于变电站接地网，其设计主要围绕控制接地网内地表电位梯度在安全限值以内开展并保障人员和设备安全。对于输电线路和配电线路杆塔，接地装置设计和安装的目的是将其相对于远方大地的接地阻抗限制在特定范围内，以便获得更好的防雷效果。无论哪种情况，接地网或接地电极的接地阻抗测量都是接地系统设计和分析应用中的重要组成部分。接地装置的阻抗在很大程度上取决于其周围土壤的电阻率，接地装置埋地接地导体的延伸范围及形状。接地阻抗会随季节变化，因为在不同的季节，土壤的温度、含水量和密度会有所不同。为尽可能减小接地阻抗测量值与计算值之间的差异，应在与测量土壤电阻率类似的天气条件下完成接地阻抗测量。同样，对于受季节变化影响较大的接地装置，可在不利的天气条件下进行土壤电阻率测量，以便设计人员获得更严格的土壤数据。接地装置安装以后，随着每年的周期性气候变化，土壤密实度发生变化，导致在安装后一至两年内，接地阻抗呈降低趋势。在安装后的一两年后，接地阻抗通常每年变化不会太大。计算和经验表明，在给定的土壤条件下，接地阻抗很大程度上取决于接地网的整体尺寸。在现有接地网中增加导体和接地棒的数量也有助于降低接地阻抗。但随着导体或接地棒的不断增加，其降阻效果相应减少。接地装置的阻抗是复数阻抗，包含电阻分量、电容分量和电感分量，所有这些分量都影响接地电路的载流能力。如果接地装置足够小，接地阻抗主要由电阻分量构成，其对接地装置工频特性影响较大。当电阻分量不构成接地阻抗的主要组成部分时，电容分量和电感分量对接地装置高频暂态特性影响较大，例如无线通信设备、防雷设备或大型的接地网。6.2测量接地阻抗的方法6.2.1概述现场接地阻抗的测试方法主要有用于小型接地装置的简单测量方法，包括两点法和三点法；用于大型接地装置测量的方法，包括电位降法和三极法，三极法又称为电流－电压表法；用于输电和配电线路杆塔接地极测量的方法，包括钳表法/回路电阻法和电位降-电流表法。各种方法都有其优点和局限性，现场使用是应根据测量目的及测量对象选择适当的测量方法。6.2.1两点法使用两点法时，将待测接地极与一个辅助接地极串联后进行测量。与待测接地极的电阻相比，辅助接地极的电阻可以忽略不计。因此，测量值即为待测接地极的电阻。两点法通常应用于有金属自来水管道且管道接头无绝缘的建筑物的单根接地棒接地电阻的测定。该水管即辅助接地极，其接地电阻假定为1Ω数量级，与接地棒的最大允许接地电阻（通常为25Ω数量级）相比应较低。在测试低电阻接地极时这种方法会出现较大误差。如果待测接地极和辅助接地极彼此太接近，则接地极之间的互阻也可能导致测量误差。两点法适用于仅需判断通过或不通过的测试。6.2.2三点法三点法使用两个辅助电极，其电阻分别为R2和R3。待测电极的电阻为R1。每对电极之间的电阻分别为R12、R13和R23。其中：R12=R1+R2，以此类推。求解三个联立方程，结果如下：(4)测量每对接地极的串联电阻并将电阻值代入方程中，可以得出R1的值。如果两个辅助电极的电阻比被测电极的电阻高得多，那么最终结果中每次测量的误差会被进一步放大。为获得准确的测量结果，电极之间的距离要足够远，以减少电极之间的互阻。如果电极之间的距离不够，则可能出现零电阻或负电阻的情况。测试接地极的接地电阻时，三根电极间距至少为被测极棒埋深的3倍。辅助电极的埋深应小于或等于被测电极埋深。该方法适用于小型接地极接地电阻的粗略测量。在测试大型接地系统或复杂接地系统时，尤其是对准确度要求较高时，应采用其他测量方法。6.2.3故障电流法（实测法）当需要在某个特定接地装置上获得特定数据时，可以在全电压或降压运行的条件下进行多级大电流测试。该测试可以通过记录被测电路中所选测试点之间的电压和电流完成，最方便的方法是使用系统现有故障记录仪中的备用采集通道。由于被测的电压和电流的量级通常较高，可使用衰减电路（电流互感器、电压互感器、分压器等）进行测量。可通过电位降测试来估算待测的电压。为提高测量精度，记录设备的输入阻抗需要高于被测的电阻。测试电路中可以设置一个连接到电压互感器一次侧的高电阻辅助电极，通过在电压互感器和辅助电极之间插入可变电压源来产生待测电压，校准记录装置。6.2.4电位降法电位降法（FOP）是在被测接地电极G和电流极C之间施加试验电流，然后测量G与电位极P之间的电压，如REF_Ref20146209\n\h图4所示。为减小电流极被测接地电极间互阻的影响，电流极通常布置于距离被测接地电极很远的地方。电位极的布置方向通常与电流极相同，但是也可以方向相反，如REF_Ref20146209\n\h图4所示。G:被试接地装置；C:电流极；P:电位极；D:被试接地装置最大对角线长度；d:电流极与被试接地装置中心的距离；x:电位极与被试接地装置边缘的距离。电位降法电位极位置的选取对于提高接地极电阻的测量精度至关重要。电位极的位置要确保其不受任何被测接地极和电流极的影响。流过待测接地极G和电流极C的电流，使地面电位变化，在零电位面附近的电位变化很小。在移动电位极时，如果发现某区域的电位变化最小，即为零电位面。在测试时，电位极从待测接地极G边缘处开始，逐点向外移动（50m或100m或200m），每一点测出一个视在接地阻抗值，画出视在接地阻抗随间距变化的曲线，该曲线转入水平阶段的欧姆值，即当作待测接地极的真实接地阻抗值，如REF_Ref20146269\n\h图5。电位降法测试接地阻抗实例为了获得曲线的水平部分，应将电流极置于待测接地极作用范围以外。在该范围以外，地电流所引起的地电位升可忽略不计。理论上，待测接地极的作用范围可延伸到无穷远，实际上由于该作用范围与待测接地极距离的多次幂成反比，其作用范围是有限的。在测量接地阻抗在1Ω及以下的大型接地网或多根深埋接地棒时，应考虑并测定其作用范围。通常，此距离至少为被测接地极最大对角线长度D的5倍以上。对于像单根接地棒、杆塔基础（未与架空地线或地线相连）这样的小面积的接地极，可按50m数量级的间距设置电流极，此时待测接地极的作用可忽略。需要注意的是，对于非均匀土壤可能没有或很难寻找曲线的水平区域。低电阻率区域的场强很小，在这个区域的电位变化也很小，测量时有可能将该区域作为零电位区域，这会给测试结果带来很大误差。可通过延长电流回路的方法来改变电位零点的位置，或者是考虑以其它方法来测试和校验。6.2.5三极法6.2.5.1补偿法对于电位降法，所要求的间距有时在实际测试中很难满足，缩短测试距离会带来两个问题：（1）由于待测接地极到电流极之间的电位分布曲线下降的很快，因此曲线的水平区域很难达到。（2）由于电流极的影响，此时待测接地极的GPR降低，如果将此时的GPR值除以注入电流值作为所测接地阻抗，则与实际接地阻抗真实值有较大误差。应将电位极向电流极移动，来补偿电流极拉低的GPR值，此时测得的电位差与注入电流的比值才是真实接地阻抗值，电位极的位置称为补偿点。根据电流线与电压线布置方向不同，可分为直线法（0.618法）和30°夹角法：（1）直线法电位极与电流极同方向布置，见REF_Ref21950678\r\h图6，如果土壤电阻率均匀，且被测接地装置与测试电极间的距离足够远，所有电极可以看作是半球形，被测接地装置没有其他外部连接，理论上电位极x在电流极d的62%处为补偿点。d越小，电位分布曲线越陡，测量误差越大。反之d越大，电位分布曲线越平坦，测量误差越小。实际应用中，一般选取电流极距离d为5D，电位极的距离x为0.5～0.6倍d。电位极P应在被测接地极G与电流极C连线方向移动三次，每次移动的距离为d的5%左右。如三次测试的结果误差在5%以内，可取此三个测量值的平均值作为待测接地极的接地阻抗。如果电流极距离d取5D有困难时，对于均匀土壤一般d不宜小于2D，对于不均匀土壤d不宜小于3D。G:被试接地装置；C:电流极；P:电位极；D:被试接地装置最大对角线长度；d:电流极与被试接地装置中心的距离；x:电位极与被试接地装置边缘的距离。电流－电压表三极法测试接地阻抗示意图（2）30°夹角法30°夹角法是补偿法的另一种形式，将电位极与电流极布置呈等腰三角形，电流极和电位极布线长度约为2D。6.2.5.2远离夹角法远离夹角法基于零电位点物理意义，将电位极布置在该零电位零点。理论上该点为无穷远处，而实际测量布置在一个工程上可接受位置，会导致该点有一定的电位升高，导致测量值比实际值偏小。通过数学分析将偏小的幅值进行修正得到接近真实的接地阻抗值。电流线和电位线的夹角θ通常为45°以上，一般不宜小于30°，电位极x的长度与电流极d相近，电流极的要求同电位降法。接地阻抗用式（5）进行修正。（5）式中:θ——电流线和电位线的夹角；——接地阻抗的测试值。反向法是远离夹角法的特例，将电位极P置于电流极另一侧，呈180°布置，可减少测试引线间的互感耦合。布线要求和修正公式与远离夹角法相同。6.2.5.2三极法的适用条件补偿法只适用于土壤较为均匀的场合，如果站址土壤分层较明显，包括水平分层和垂直分层，则不适用该方法。远离夹角法结合电位降法和补偿法的特点，适用于非均匀土壤中接地装置接地阻抗的测量，对由于电流极的引入导致地电位畸变而差生的测量误差进行了修正。补偿法虽然可以缩短测量引线的长度，但测量结果受土壤不均匀性的影响较大，因此在条件允许的情况下尽量采用电位降法或远离夹角法。6.2.7钳表法/回路电阻法对于具有多级并联接地回路的输电和配电线路杆塔接地装置，可采用钳表法或者回路电阻法测量接地电阻。钳表法如REF_Ref20146324\r\h图7所示，将钳表夹在引下线上，测量接地极的电阻。钳表会在包括被测接地极在内的多重接地系统中感应出一定频率（通常设定在1kHz到3.4kHz之间）的电压。感应电压在多重接地系统回路中产生一个电流（Itest），该电流可通过钳表测量。最后，钳表确定出电压电流比（即阻抗）并以数字形式显示。采用钳表法（无接地棒测量法）测量电阻钳表读数接近接地极的真实电阻需要有一个前提，即多重接地系统（中性或屏蔽线）中被测接地极之外部分的阻抗值与被测接地极自身的阻抗值相比非常小，甚至可以假设其为零（Zeq=0）。这种方法适用于输电和配电线路，但其原理决定了这种方法存在如下应用限制：（1）在钳表法的测试回路中，有一部分测试电流将会直接从待测接地极附近的杆塔基础自然接地体返回，由于待测接地极与杆塔基础之间的距离通常较近，两者的互阻效应将会给测量结果带来明显的误差。（2）只使用于与被测接地极连接的接地系统阻抗值相对较低的情况。（3）这种方法不适用于多重连接的接地极系统，例如变电站接地网、多重连接的线杆或构筑物接地网。应该断开除了测量支路之外的多重连接线杆或构筑物接地网。（4）中性线（或屏蔽线）系统中存在被腐蚀的接头或连接会影响读数。这种情况下，钳表通常会显示开路的状态。（5）如果被测多重接地屏蔽线或中性线系统的感抗与被测电阻相比较大，测量值可能会出现较大误差。对于外形紧凑的钳表，由于测试频率高达1kHz至3.4kHz，测试电路中的电感分量在高频下会引起较大误差，导致测量值极不准确。（6）测量回路中的工频干扰信号会影响钳表读数，甚至导致测量值极不准确。（7）系统中的高频噪音会影响读数。对高电阻接地系统进行测量时，噪信比会较高。有关钳表应用的限制条件和准确度见附录F。回路阻抗法测量原理本质上和钳表法相同，其同样存在回路电阻法存在限制条件，但是但其测试电流更大，可达数百mA或更大，一般采用异频抗干扰等方法，解决了钳表法的信噪比问题。回路电阻法如REF_Ref20146351\n\h图8所示，将被测杆塔与被测接地极的电气连接全部拆除，使杆塔塔身与其接地装置之间没有电气连接，将被测接地极的所有接地引上线金属短接在一起。接地电阻测试仪在包括被测接地极在内的接地回路中加上一定频率（通常为40Hz到60Hz之间）的电流，该电流通常可达数百mA以上，同时测量回路两端的电压，最后，接地电阻测试仪确定出电压电流比（即阻抗）并以数字形式显示。测试时应注意：（1）使用该方法测试结果过大或过小，或与经验值不符，应用三极法验证。（2）宜采用异频正弦波测试信号，这样既能避免50Hz的工频干扰，又能保证与工频测试结果的等效性。（3）仪器应具有较强的抗工频干扰能力，该方法的测试中，可能由架空避雷线、被测接地装置以及地中其他杂散信号给测试回路带来干扰和较大偏差。（4）适当加大仪器的测试电流，可提高信噪比，提高数据可信度。采用回路电阻法测量的杆塔测试接地电阻系统6.2.8电位降-电流表法测量多级并联接地回路的输电和配电线路杆塔接地装置，或所测量杆塔架空地线与杆塔绝缘，可以结合使用电位降法和电流表测量其接地电阻。对于四脚杆塔，先分别测量每个塔脚的电阻，再将各电阻值合并来得出整体电阻。按照仪器的测量原理，电位降-电流表法可分为有源测量和无源测量两种方法。有源测量的方法需要仪器自己发出测试电流，并在现场布置电流极和电压极进行测量，如REF_Ref20146491\n\h图9所示。电流极和电位极的放置方式与使用电位降法时要求的放置方式相同。除了将电流传入待测接地极外，还应使用钳式或柔性电流互感器测量实际流入被测接地装置的测试电流。测得的电压与测得的入地电流之比即为待测接地极的电阻。与钳表法类似，系统中的高频噪音会影响读数。对高电阻接地装置进行测量时，噪信比会较高。采用有源电位降-电流表法的接地电阻测量系统示意图对于运行中的输电杆塔，可能会存在感应入地电流。无源测量方法可使用钳式或柔性电流互感器测量感应入地电流，并使用电位极测量该电流产生的电位降，通过欧姆定律计算得到被测接地装置的接地电阻，如REF_Ref21951006\r\h图10所示。有源测量方法可应用于停电输电线路或者带电输电线路杆塔接地电阻的测量，无源测量方法只适用于带电输电线路且有感应入地电流的杆塔接地电阻的测量。采用无源电位降-电流表法的接地电阻测量系统示意图7电流分流7.1概述变电站接地系统通常与辅助接地网、架空地线、配电系统中性点、高压和通信电缆护套、金属管道、围栏和铁路轨道之间有电气连接。测量这些电气连接导体中的电流分流有助于：（1）测量实际经接地网流入大地中的测试电流，并对接地阻抗测试值进行修正，以便与设计计算书进行对比。（2）评估中性线和屏蔽线等导体的接地连接。例如，对城市地区，相比于配电线路屏蔽线，配电中性线可以有效降低接地网的接地阻抗。（3）通过测量电流分流验证计算模型。（4）测量架空地线和电缆的屏蔽系数。屏蔽系数高的地线会从接地网中传输更多的电流，从而降低变电站的地电位升以及由此产生的跨步电压和接触电压。（5）安装通信电缆之前进行风险评估。7.2测试方法电流分流的测试可与接地阻抗、地表电位分布测试同时进行，试验电流可以通过故障电流法或电流（工频或异频）注入法提供，同时用一个或多个钳式或柔性罗氏线圈测量并联接地路径中的电流分流，并通过多通道数据采集系统收集测量数据，见图11。测试时应重点考虑以下问题：（1）由于不同分流导体之间的相位角有很大不同，需要测量分流电流向量（幅值和相位角）。这意味着需要测量参考向量，一般以注入电流为基准参考向量。（2）一般采用柔性罗氏线圈，可方便地圈住分流导体进行测量。测量时，可通过另一个通道接收基准参考向量，这样可以直接得到分流的幅值和相位角。（3）由于各点的分流大小与测试电流成正比，如果试验电流太小，则各点的分流数值将很小而难以准确测量。在这种情况下，在保证安全的情况下应尽可能加大测试电流。（4）影响分流测试准确性的最大因素是金属构架中存在较大的局部工频循环电流，运行变电站很多可达数十安培，而典型的分流大小为10mA～2A，这导致分流测试时信噪比往往很小。以异频电流法为例，用分流测试设备选频50Hz可测试出工频干扰电流大小，选择相应的异频频率则可测出异频分流大小。注意观察异频和工频电流的比值，是否在仪器能保证测试精度的信噪比范围内，否则应设法加大测试电流提高信噪比，或选用抗干扰性能更强的仪器。现场测试时，可从通过以下方法判断电流分流测量数据的有效性：a）某一处的分流大小应与仪器输出的测试电流大小成正比，相位不随电流大小变化；b）测试电流大小不变，在相邻的测试频率下如45Hz、47Hz，某一处的分流大小及相角应接近；c）将罗氏线圈正向及反向缠绕构架，观察两次相位是否相差180°。最后，对对试验电流I∠0˚与测量得到的并联接地路径电流I∑∠θ∑进行向量运算，得到通过接地网流入大地的电流IG∠θG，并计算地网分流系数K，以修正接地阻抗。地网分流系数K通过公式6进行计算：(6)式中：IG——通过接地网流入大地的电流向量，IG∠θG=I∠0˚+I∑∠θ∑，I∑∠θ∑=I1∠θ1+I2∠θ2+…+In∠θn；I——注入地中的试验电流向量。变电站的分流测试示意图8地表电位分布、跨步电位差、接触电位差和转移电位差8.1概述由于故障电流从接地装置入地并沿接地导体流过，被试接地装置所在的场区地表面会形成电位分布，由此形成地表电位梯度、跨步电位差、接触电位差和转移电位差。通过将已知的试验电流注入接地网并对电位差进行测试，然后按照变电站故障电流比例计算实际的地表电位梯度、跨步电位差、接触电位差和转移电位差幅值,并据此来判断:（1）判断接地装置的健康状况。（2）复查现有变电站的跨步电位差和接触电位差，与人体可承受的耐受值进行比较。（3）确认新变电站的跨步电压和接触电压设计计算书。由于计算建模取用的都是近似值，因此，计算值可能不同于测量值。8.2测试范围8.2.1地表电位分布一般通过测试地表电位梯度反映接地装置所在场区地表电位分布情况。从一已知参考点沿着选取的测量路径，测量接地电气设备周围的电压降U，并画在位置图上，形成U－x曲线。各路径的U－x曲线形成场区地表电位梯度分布，测试示意图见图12。场区地表电位梯度分布测试示意图测试路径应根据设备数量、重要性等因素布置，测试路径间距通常在30m左右。在各条测试路径上，应等间距的测量地表与参考点之间的电位U，间距d通常为1m或2m。8.2.2跨步电位差和接触电位差（1）跨步电位差应根据所关心的区域，如场区边缘、重要通道处进行测试。图13给出了跨步电位差的示意图。跨步电位差示意图（2）接触电位差应重点测量场区边缘和运行人员常接触的设备，如刀闸、构架等。接触电位差包括：a）结构接触电位差在接地结构（或变电站内的金属物体）与1.0m（约为一个手臂的长度）距离内土壤表面之间测量结构接触电位差。最大值一般出现在距离接地网边缘最近的结构上。图14给出了结构接触电位差的示意图。结构接触电位差示意图b）网孔接触电位差在接地网以及一个地网网格内的土壤表面之间测量网孔接触电位差。最大值通常出现在接地网边缘的网孔中心附近。图15给出了网孔接触电位差示意图。网孔接触电位差示意图c）围栏接触电位差在金属围栏与1.0m（臂展长度）内土壤表面之间测量围栏接触电位差。对于与接地网相连的围栏，最大值通常位于距离地网中心最远的围栏拐角外侧。对于与接地网不相连的围栏，最大值可能位于围栏拐角外侧，也可能位于围栏拐角内侧。图16给出了围栏接触电位差示意图。围栏接触电位差示意图d）门接触电位差门接触电位差是金属门与任何门摆位置1.0m（臂展长度）内土壤表面之间的最大电位差。很多门摆动半径高达3.0m，所以距离关门位置4.0m以内的点都应测量接触电位差。图17给出了门接触电位差示意图。门接触电位差示意图e）变电站转移接触电位差变电站转移接触电位差又称高电位引外，是接地网A点高电位通过连接于接地网的导体引出到电站外B点后，B点与周围1.0m（臂展长度）范围以内土壤表面之间的最大电位差。例如在接地网外使用的外壳接地的电动工具、杆塔上电力电缆的接地护套、与接地网存在电气连接的水管外部截止阀，或连接接地网的铁轨。图18给出了变电站转移电位差示意图。变电站转移电位差示意图f）远方转移接触电位差远方转移接触电位差又称低电位引入，是指远方A点低电位通过导体引入到变电站附近B点后，B点与周围1.0m（臂展长度）范围以内土壤表面之间的最大电位差。导体包括附近住宅的水龙头（连接于多点接地配电系统中性线），或者作为远处接地参考的电话线缆外护套等。图19给出了远方转移接触电位差示意图。远方转移接触电位差示意图8.3测试方法8.3.1一般要求（1）在被测接地网和远方电流极中注入测试电流模拟故障条件。电位差的测量可与接地阻抗测试同步进行。电流极应置于距离被测接地网足够远的地方，如果电流极与接地网之间的距离不充分，所测得的电位差将小于实际值。关于电流极布置要求见第6章。（2）场区地表电位梯度、跨步电位差和接触电位差可使用电压表分别进行测量，测试时使用双绞线分别连接两个测试电极（场区地表电位梯度、跨步电位差），或者连接一个测试电极并用钳子夹住附近的金属结构（接触电位差）。跨步电位差还可以通过测量两个距离1.0m的接触电位差，并计算两个电位差之间的差值来获取，或是从现场测出的场区地表电位梯度分布图中量出。（3）应确保测试电极与地下土壤接触良好，测试电极可用铁钎紧密插入土壤中，可以使用单独的由电池供电的交流电阻表测量测试电极与变电站地面之间的电阻，以确认电阻值小于主要测量仪表的输入阻抗。（4）测试时应选用较细的测试电极，因为较细的测棒更容易插入土壤，通常深入到下层潮湿的土壤（一般深度为150mm）即可保证测棒电阻足够小。测棒应坚硬、光滑确抗腐蚀。测棒很难打入沥青或混凝土路面时，可采用包裹湿抹布的直径20cm的金属圆盘，并压上重物。（5）测试电极布置时可使用卫星定位系统或卷尺测量电极距离，可降低因位置偏差而产生的测量误差。（6）局部电位差往往很小，因此，测试仪应有足够高的分辨率（小于1mV）和良好的工频干扰消除性能。由于与接地阻抗测试使用同一个电流源，其抗干扰措施可参见接地阻抗测试排除杂散电流干扰的具体措施11章。（7）测试人员应穿绝缘鞋，因为在使用导电鞋接触土壤表面来测量跨步电位差或接触电位差时，如果未达到所需表面接触电阻，会造成较大测试误差。8.3.2故障电流法使用变电站相对地的实际故障电流进行测试，可以获得最准确的地表电位梯度、跨步电位差、接触电位差数据。但是，开展这类测试的机会很少，除非有一些较为严格的原因，如需要确定电路参数、设备性能和保护特性。故障电流测试的实施见第6章，应提前做好准备措施并确保试验安全。8.3.3工频电流注入法测试将不小于50A的恒定工频电流通过接地网流向远方电流极，并经绝缘导线流回。可将输电线路或配电线路断电，用相导线从电源输送测试电流，如20所示。电源可位于远方接地极或被测变电站。电源通常由移动变电站或临时安装的变压器组成，也可以使用汽油驱动的交流弧焊机或便携式发电机，对调速控制器进行调节后，在略微偏离工频的频率下产生几百安培的测试电流以避免工频杂散电流的干扰。在连续向接地网注入测试电流的同时，测量地表电位梯度、跨步电位差、接触电位差和转移电位差。典型的电流注入法示意图还可以通过倒相的方法，消除工频干扰电流（图20）。用电源输出侧的开关1-4让测试电流反向，通过操作开关，获得各接地参数的以下三个测量值：（1）无测试电流（“0”极性）（2）施加与干扰电流同向的测试电流（“a”极性）（3）施加与干扰电流反向的测试电流（“b”极性）以测试电流和接触电位差为例，其准确值可通过式（7）和式（8）来确定。（7）式中：Itst——实际注入被测接地网的测试电流。Itst(0)——没施加测试电流，电流表显示的电流值，如变压器中性点的不平衡电流；Itst(a)——施加与干扰电流同向的测试电流，电流表显示的电流值。Itst(b)——施加与干扰电流反向的测试电流，电流表显示的电流值。（8）式中：Vt——排除工频干扰后的接触电压值。Vt(0)——没施加测试电流，测试得到的接触电压值；Vt(a)——施加与干扰电流同向的测试电流，测试得到的接触电压值。Vt(b)——施加与干扰电流反向的测试电流，测试得到的接触电压值。当对各变量测量三次可能无法实现时，可通过提高测试电流强度来提高干扰噪声相比，以缩短测试持续时间。8.3.4异频电流注入法可通过使用常规接地阻抗阻抗测试仪进行测量，仪器将恒定异频电流通过接地网流向远方电流极，并输出电压/电流比（阻抗），单位欧姆。以接触电压测试为例，测试示意图见图21，接地测试仪测量的是接地结构与被测场区地表之间的阻抗（V电位差/I异频电流）。将阻抗测量值乘上估算的变电站故障电流，计算得到被测点的接触电位差。用常规接地测试仪测量接触电位差8.4测试结果分析根据进入接地装置的最大故障电流按比例折算地表电位梯度、跨步电位差和接触电位差实际值，折算方法如式（9）：（9）式中：U——折算成进入接地装置最大故障电流的实际值（V）；U'——测量的电位差（V）；Is——注入接地系统的测试电流（A）；Im——进入接地装置最大故障电流（A）。跨步电位差和接触电位差折算后与GB/T50065-2011的4.2节规定的安全界定值进行比较判断。注：场区路面经常会因地下泥土侵蚀、杂草生长或微粒污染而损坏，表层土壤电阻率季节性变化也对测试结果影响较大，最高电位差通常出现在表层土壤电阻率最大处。测量表层土壤电阻率（见附录F）有助于确定允许的电位差安全界定值。场区地表电位梯度折算后应满足DLT475-2017中6.3.3的要求。9电气完整性9.1概述变电站控制室中敏感的电子设备的接地引下线与主地网的接触不良是雷击或故障冲击时造成其损坏的重要原因之一。为了判断变电站中各种电气设备在运行过程中是否存在接地不良的状况，通常需要对其定期开展电气完整性测试，即测试接地网上的两个接地点之间的连接质量。有时对于大型接地网系统，如发电厂的接地系统，也将完整性测试作为基建后的质量控制手段来实施。9.2测试方法电气完整性测试通常也称为导通性测试。其基本原理为，通过试验电源在接地网的两根接地引下线之间注入一个测试电流I，测试该电流在流经这两根引下线之间的接地网导体上产生的压降U，然后利用欧姆定律R=U/I换算得到这两根引下线之间所有接地网导体的综合等效导通阻抗（以下简称“导通阻抗”），通过该阻抗来表征接地网的导通状态。接地网完整性测试示意图一个典型的接地网电气完整性测试回路如图22所示，包括试验电源(一般10~300A)、电压、电流测试仪表以及电压、电流测试引线。如有条件，也可采用专门的集成式的接地网导通测试仪，仪器的分辨率不大于1mΩ，准确度不低于1.0级。测试时，首先选定一个很可能与主地网连接良好的设备或构架的接地引下线作为测试参考点（通常可选主变中性点），然后逐次测试周围其它电气设备或构架的接地引下线与该参考点之间的导通阻抗，直至完成整个变电站的测试。如果开始即有很多设备测试结果不良，宜考虑更换参考点。在整个测试回路的总阻抗中，除了接地网的导通阻抗外，有时还包括测试引线的阻抗。为了消除其影响，通常可采取以下两种方法。一种方法是将电流测试引线与接地网断开并将其短接，通过注入电流测试获得该测试引线的阻抗，并从总回路阻抗中扣除该阻抗，便可得到接地网的导通阻抗。如果在不同测点的导通性测试过程中不更换测试引线，那么测试引线的阻抗只需要测量一次即可。测试引线的阻抗测试一般在所有测点的导通性测试完成之后再进行，以便保证测试引线的温度和阻抗与导通性测试过程中相近。另外，如果采用交流电源进行测量，应注意避免将多余的引线绕成线圈，否则将会显著增加测量引线的感抗，从而增大测量误差。另一种更为实用和简易的方法是采用四极法布线，如REF_Ref20147635\n\h图22中所示。从待测点和参考点的引下线上各引出2根测试引线。其中一对作为电流线，连接试验电源，另一对作为电压线，连接电压测试仪表。在该布线方式下，由于电压测试回路中未包含电流线上的压降，因此所测得的阻抗值即为接地网的导通阻抗。9.3测试结果的判断和处理虽然电气完整性测试判断接地网的状态简易实用，但其测量结果往往仅适用于进行定性地分析，而非定量地判断。一个有效的评估方法是，通过横向比较不同测点之间的导通阻抗测试值，如果某个测点的导通阻抗值较其它测点异常增大，则该测点可能存在接地不良的安全隐患，应立即进行详细检查。如果采用直流进行测量，也可用DL/T475-2017中的要求进行判断和处理。在接地网完整性的测试回路中，由于接地网为网状结构，其支路繁多，导通阻抗很难反映接地网的单根导体支路的状态变化。因此，接地网完整性测试通常只是用于判断接地引下线的导通情况及其与主地网之间是否连接良好，而非用于判断主地网导体的腐蚀状况及连接质量。10冲击接地阻抗10.1概述接地系统在雷电冲击下的特性对确保雷电防护系统的有效性很重要。确保接地系统提供的不仅仅是低电阻而是低接地阻抗十分必要，并且是接地系统雷电防护设计原则的核心。因雷击引起的电压上升（地电位升）不仅与接地系统电阻有关，还与接地系统电抗有关。雷击产生的冲击电流由高频分量和低频分量两部分组成。冲击波形的特点是开始时电压和电流急剧上升，随后是一个多余能量的长波尾。雷击首次冲击时，电压和电流一般在1μs~10μs内达到峰值，对于雷电继后冲击，电压和电流一般在0.1μs~1μs内达到峰值。冲击波形中的高频分量与快速上升波头相关，低频分量则存在于高能长波尾中。由于电流急剧上升，接地系统的感抗成为影响系统电压上升的主要因素。以电压峰值与电流峰值之比表征接地装置的冲击接地阻抗，向接地装置注入标准雷电波时，电压峰值和电流峰值出现的时间可能不同。简单接地极的冲击接地阻抗与冲击电流的幅值有关，并按冲击波波形随时间变化。接地阻抗的非线性特性主要是由于土壤的局部放电（火花效应）所引起，由于地中电场梯度会在接地极处达到最高值，当土壤局部区域的电场强度超过2.5kV/cm~3kV/cm时会发生放电击穿，将邻近接地极处的土壤层局部短路。因此，冲击大电流下接地系统的瞬时阻抗比常规方法所测得的稳态阻抗要小，也比低幅值冲击电流时所测得的阻抗要小，在较低幅值冲击电流作用时土壤不会发生放电现象。当用高陡度波头冲击电流对长度超过300m的接地极进行测试试验时，会观察到一种相反的结果，即在接地阻抗两端的电压降中有一个较大的电感分量。瞬时阻抗通常是同一瞬间测得的所施加的瞬时电压和电流的比值。高陡度冲击波波头（或冲击电流突然增加时）产生的接地电抗两端的附加电压分量，被认为是接地阻抗的增量（电感效应）。常规接地测试仪采用低频交流平衡电桥或其他类似的工作原理，所测得的阻抗接近于直流电阻，不包括高频电抗分量。用于评估接地极高频电抗的测试仪应能施加几十kHz的高频电流或快速上升（1μs）的陡波冲击电流。这类测试仪通常采用补偿法或电位降法布置测试电极。测试时需要断开架空地线，以便将被测杆塔接地极与输电线接地系统隔离。10.2使用移动式冲击电流发生器测量接地系统的雷电冲击阻抗可以通过再一定距离外向其注入高陡度波头的冲击电流，并记录电压和电流波形的方式来测量。冲击阻抗是高频参数，通常表示为电阻。一旦在导电介质内有行波产生，冲击阻抗就成了主要参数。以标有阻抗75Ω的电视同轴电缆为例，如果用直流伏特-欧姆表或其他低频阻抗仪在测量同轴电缆两端的阻抗，其读数接近0Ω而不是75Ω。但是，如果采用高频信号测量，端到端的阻抗就是75Ω，也称为同轴电缆的冲击阻抗。因此，在测量高频参数时，需要使用高频测量技术。2.4m×16mm接地棒冲击阻抗测量举例当记录到了电压和电流波形后，电流波形上di/dt（斜率）=0的时间点（峰值）（并且，此后Ldi/dt=0）就是纯电阻点。将与该点时刻对应一致的电压值除以同一时刻的电流值，所得结果就是导电介质的冲击阻抗。有时，这个过程会因为波形的反射而变得十分复杂，但对于简单接地极而言，可以简单地将电压峰值和电流峰值定义为同时出现（因为冲击阻抗呈现纯电阻性）。图23给出了长2.4m，直径16mm的接地棒的冲击电压和电流示例，接地棒的冲击阻抗约为190Ω（40kV/210A）。T&D接地极冲击阻抗测量设置REF_Ref21951807\r\h图24所示为使用移动式冲击电流发生器测量输电杆塔接地的典型设备和仪表设置。引线和参考接地布置的变化和限制与低频电位降测试相同。但是，使用高压冲击发生器时，电流引线和电压引线必须与地隔离，以避免干扰。将引线悬挂在聚氯乙烯（PVC）管道上，可以很容易实现试验引线与地的隔离。与低频测试相似，通过电流引线向大地注入冲击电流。然后，在数字记录仪上同时测量电流和电压波形。冲击电流波头时间通常设为0.5μs。利用这种高陡度波头冲击电流波，可以在大约150m的范围内建立一个完整的行波。为了减少冲击阻抗测量时的布线长度，提高冲击电流利用效率，同时减小电压引线和电流引线之间的干扰，冲击阻抗测量尽量选用补偿法中的夹角法进行布线。10.3使用宽带测量仪测量采用补偿法并使用制造商提供的探头和同轴电缆引线进行测试，测试中对100Hz~1MHz之间的一组20个频率点进行测量。使用宽带阻抗测量仪测量2.4m×16mm直径接地棒冲击阻抗举例REF_Ref21951836\r\h图25给出了示例测量所得的输出阻抗。横轴为频率，竖轴是以Ω为单位的阻抗。利用软件根据处理过的数据绘制出了阻抗、电阻和电抗三条曲线。本例中，Z为总阻抗、R为电阻、X为电抗。为方便演示，将软件生成的电抗进行了反向处理。所以，当电抗为正值时为感性电抗，为负值时为容性电抗。上例中，低频接地阻抗和电阻在300Ω范围内。当达到100kHz左右时，电抗向下穿过零线，阻抗和电阻达到峰值并相等。阻抗值在该点略高于300Ω。但是，请注意，电抗在略高于1MHz时再次接近零线。此时，阻抗和电阻为100Ω左右。10.4测试设备REF_Ref21951883\r\h图26所示为所用设备的电路原理图。测量埋入地中的接地棒的瞬时阻抗需要使用专用的设备，高压冲击大电流的产生是利用一个脉冲大电容器对冲击电阻、电感网络放电，通常会在高压实验室中用到该设备。参看图26，脉冲电容器先被充电至高直流电压。充电后，球隙相互靠近，直到间隙产生火花放电，并由此产生所需的冲击电流和冲击电压。虽然该放电电路可以在现场临时搭建，但在多数情况下使用的是移动式冲击发生器。虽然目前没有普遍认可的冲击电流波形标准，但是通常使用8/20μs或4/10μs冲击电流波进行瞬时接地阻抗测量。除了被测接地装置外，测试电路还必须有另一个辅助接地，将通过被测接地装置返回的电流输送回冲击发生器（图24）。该辅助接地可分布式布置，以提供尽可能低的阻抗。将冲击发生器通过一个高频分流器连接到被测接地装置，从而实现冲击电流的测量，并用分压器测量被测接地装置上的电压降，分压器宜采用电阻型分压器并且电压范围设计能够满足预期电压要求。同时，必须将分流器和分压器的接地点通过低电感的短引线直接连接至辅助接地。冲击发生器基本原理图分压器与被测接地极之间的导线应尽可能短，以便最大程度地降低该导线的阻抗误差。通常用示波器同时记录电压和电流冲击波形。示波器连接分压器与分流器的两根同轴电缆长度应相同，以避免记录的测量值之间存在时滞。11影响测试精度的因素及应对措施11.1电流分流试验电流分流会对测量接地阻抗引入测试误差。架空地线、地下水管、电缆外皮、相邻的铁路轨道、传送系统等都可能对被测电路产生影响，使测量值小于实际值。其中架空地线（包括普通地线和OPGW光纤地线）、双端接地的电缆外护套对分流系数贡献最大。注：有时架空地线因有意为之或因接触不良而对地绝缘，因此低电压的测试结果与真实故障时的测试结果可能不同。为提高测量的准确性，使接地阻抗测试值尽可能接近计算（设计）值，可在连接屏蔽线、金属管线以及其他外部干扰之前进行，并确定应接入接地网的接地部件无漏接。或对电流分流进行测试并对接地阻抗测试结果进行修正，具体测试方法见第7章，修正方法参见DL475-2017中6.2。11.2测试电极接地阻抗测试需要用到电流极和电压极，该试验电极的阻抗可能会对接地阻抗测量的准确性产生较大影响。两点法或三点法在测试原理上，导致试验电极的接地阻抗对测试结果影响很大，其中两点法要求，试验电极与待测接地极的接地阻抗值相比应可忽略，三点法要求，试验电极的阻抗与待测接地极的接地阻抗应属同一数量级，否则测量结果可能不正确。对于FOP法或三极法在测试原理上，对电流极的阻抗没有严格要求，电流电极的接地阻抗不会影响测量结果。但实际上电流极的接地电阻应有一定限度，否则将导致流过测量仪器的电流不足。为提高测量的准确性，测试设备的电流应足够大。测试电流不足将导致：（1）测试电流小于测量设备的灵敏度；（2）测试电流与大地中的杂散电流属于同一数量级；（3）以上两者皆有。对于第一种情况，在测量现场应提高测试电流，可升高电源容量，或降低电流极的接地阻抗。增加测试电流最有效的方法是降低电流极的接地电阻，可通过增加电流极埋深、在电流极周围浇水、或打辅助电极和电流极并联等方式实现。但在所泼的水中添加盐效果并不明显，主要是依靠增加湿度来降低接地阻抗。如电流极是由多个极棒并联组成，则极棒间应留有足够的距离（应不小于极棒入地部分的长度）以减小极棒间互阻的影响。对于第二种情况，在使用直流电流测试时，测试电流应显著高于地中直流杂散电流来降低干扰。在用交流或周期性换向直流电流测试时，可通过将测试信号的频率设置为杂散电流中不存在的频率或使用随机的噪声信号来降低干扰。电压极的接地阻抗如果与测试设备的输入阻抗数量级相同，则实际电压为测量电压与电压极上分压之和。在土壤电阻率较低时，这种影响带来的误差可忽略不计，但在砂质、岩石等土壤电阻率较高的情况下，应降低电压极的接地阻抗来减少测试误差。否则，测试结果将小于实际值。11.3杂散电流在进行土壤电阻率、接地阻抗测试时，可能存在杂散电流的干扰，降低测量准确度。杂散电流主要包含直流杂散电流和交流杂散电流。（1）直流杂散电流土壤的导电是电解性导电，直流电流导致化学反应、产生电位差。在不同类型的土壤间及土壤与金属间的电池效应，都产生直流电位。管道、电气化铁路、直流输电线路的阴极保护系统是土壤中直流电流的几种主要来源。直流电位、极化、以及直流杂散电流都可能严重干扰直流电流的测量。在使用四极法进行土壤电阻率测试时，宜采用交变直流法进行测试，避免交流法引起的互感误差和避免直流法土壤极化引起的误差。试验电极应采用可最大限度减少试验电极间直流电压的材料制成。（2）交流杂散电流土壤、待测接地装置以及试验电极中的交流杂散电流是影响测量结果的主要因素，交流杂散电流主要由工频基波及其奇次谐波频率成分组成。在使用工频电流测量接地阻抗时，为消除交流杂散电流在被测接地装置上产生工频电压降对接地阻抗测量的影响，可通过改变测试电流的频率（杂散电流中不包含此频率）、加大测试电流或者使用抗干扰技术来排除干扰。注入电流的频率可为工频电流或异频电流。如果采用工频电流，应尽可能加大试验电流，试验电流不宜小于50A。如果采用异频电流，电流幅值通常不宜小于3A。还可采用倒相法或倒相增量法来排除干扰，导向法和倒相增量法应按照DL475-2017中6.2.1.4的方法进行。11.4大型接地系统接地阻抗的感性分量大型接地系统的接地阻抗通常很低（小于1Ω），但可能含有较大的感性分量。在测量大型接地装置的接地阻抗时，试验电流频率应稍高或稍低于工频，宜在40Hz～60Hz范围，标准正弦波波形，以获得更为准确的测量结果。11.5耦合在进行土壤电阻率、接地阻抗、场区地表电位梯度分布、跨步电位差、接触电位差、转移电位的测试时，附近电路与试验引线、试验引线间存在耦合效应，会对测试造成有源干扰。土壤电阻率测试时这些有源干扰可能成为电流源，使引入被测土壤的测试电流增大或减小，会导致电位极处的电位发生变化。对于大型接地装置一般接地阻抗较低，测量试验引线很长，试验引线之间的耦合会引入较大的误差。对于接地阻抗为10Ω或以上的接地装置，其试验引线间的耦合通常可忽略。对于接地阻抗为1Ω或以下的接地装置，应重视试验引线间的耦合。而对于接地阻抗在1Ω～10Ω的接地装置，应考虑试验引线间的耦合。对于运行变电站使用异频电流进行场区地表电位梯度分布、跨步电位差、接触电位差、转移电位的测试时，这种有源干扰尤为明显，测试结果有时存在较大误差。试验引线间的解耦可通过调整电位引线和电流引线的走向来实现，应将电流线和电位线之间都应保持尽量远距离，以减小电流线与电位线之间互感的影响。测试回路应避免与运行中的输电线路长段并行，当与之交叉时应垂直跨越。应保证现场测试的信噪比在仪器能保证测试精度的范围内，否则应设法加大测试电流提高信噪比。11.6埋地金属物体部分或完全埋地的金属物如铁轨、水管、线路接地极、建筑物基础或其他工业金属管道对土壤电阻率、接地阻抗测量结果产生无源干扰。在需要测量土壤电阻率的地方，这些无源干扰使测试电流在土壤中产生的电位发生变化。如能确定地下金属物的位置时，可通过将试验电极排列为与该地下金属物的走向垂直，来减少金属物对土壤电阻率测量结果的影响，试验电极应尽可能远离地下金属物。大部分条件无法准确确定地下金属物的位置，可通过在所关注区域的多个断面上进行测量，来确定附近导电物体对测量结果产生的干扰。或通过与第一次测量的方向成90°角并在相同的位置重复进行测量的方法，来判断埋地金属导体是否对测量结果产生干扰，如果两次的测量值具有相关性，则可排除这种干扰。在接地阻抗测试时，地下金属物尤其是构筑物接地网会严重影响零电位的选取，测试回路应尽量远离。11.7非均匀土壤被测接地装置以及测量电极布置范围内土壤电阻率不均，会导致接地阻抗随试验电极的布置方向不同而得到相差较大的测量结果。这时不应使用补偿法进行测量，应使用电位降法或远离夹角法。还可通过对土壤电阻率数据分析，得到实际土壤分层结构，对于给定电流极位置，通过分析计算得到实际电位补偿点位置进行接地阻抗测量。12影响人身安全的因素及预防措施12.1接地及测试由于接地网测试内容之一是为电流极和电位极选定远方零电位点的位置，这些试验电极的引线与接地网上的任意一点之间都可能存在电位差。尤其是在系统故障或雷击时，可导致被测接地网与远方零电位点之间产生高达几千伏的电位差。在进行接地网测试时，注入远方电流极的测试信号可能会在测试电极上产生危险的接触电压。如果在测试时发生接地故障，此时地电位升可达到几千伏的数量级，被测接地极、测试设备和试验电极周围的跨步电压和接触电压也可能是致命的。对上述危害可采取预防措施如下：（1）切勿通过手或身体的其他部位在可能存在高电位差的两点之间构成回路。在接触延伸到（变）电站接地网之外的测试引线过程中，应使用绝缘手套和绝缘鞋。（2）在施加测试电压之前，测试人员应与裸露的测试引线和电极保持一定安全距离。在将试验引线连接到可能承受系统接地故障电流的接地网之前，测试人员也应与裸露的测试引线和电极保持一定安全距离。（3）施加试验信号时间不宜过长，试验结束后，应立即拆除所有试验接线。（4）若电流极和电压极远离试验人员视线，或试验引线位于公众活动区域，如测试信号没有停止或远方电位超过50V，应设专人看护，并与试验操作人员保持无线通讯联络。若试验引线可能在故障条件下产生超过50V的转移电位，只要试验引线与接地网相连，同样应设专人看护。（5）如果数百米的试验引线与带电线路平行布置，会在试验引线上感应出危险电压，可能导致感应电压伤人。布置试验引线时，严禁与大电流源长段并行。可通过改变试验线走向、接地等方式降低风险。12.2接地引下线测试如果断开运行避雷器的接地引下线，则避雷器底座的电压可能达到系统线电压水平。另外，测试过程中避雷器存在向地面释放能量极高的短时雷电或操作冲击电流的可能，这种冲击电流可能超过50000A；无论线路带电与否，断开中性线和屏蔽线与接地网的连接会产生危险的感应电压；带电设备的中性点接地不良或与接地引下线断开会导致中性点电压升高。对上述在接地引下线测试过程中的安全隐患，在测试时应特别注意：在设备带电情况下，严禁断开避雷器、设备中性点的接地引下线；只有在采取了充足的安全防范措施的情况下，才能对接地引下线进行测试，避免感应电压、中性点零序电压或避雷器动作时产生的过电压对人身造成损害。

附录A

（资料性附录）

土壤和水的电阻率参考值类别名 称电阻率近似值（Ω∙m）不同情况下电阻率的变化范围较湿时（一般地区、多雨区）较干时（少雨区、沙漠区）地下水含盐碱时土陶粘土105～2010～1003～10泥炭、泥灰岩、沼泽地2010～3050～3003～30捣碎的木炭40———黑土、园田土、陶土5030～10050～30010～30白垩土、粘土60砂质粘土10030～10050～30010～30黄土200100～20025030含砂粘土、砂土300100～10001000以上30～100河滩中的砂—300——煤—350——多石土壤400———上层红色风化粘土、下层红色页岩500（30%湿度）———表层土夹石、下层砾石600（15%湿度）———砂砂、砂砾100025～10001000～2500—砂层深度大于10m1000———地下水较深的草原地面粘土深度不大于1.5m、底层多岩石岩石砾石、碎石5000———多岩山地5000———花岗岩200000———混凝土在水中40～55———在湿土中100～200———在干土中500～1300———在干燥的大气中12000～18000———矿金属矿石0.01～1———

附录B

（资料性附录）

深度变化法土壤模型分析典型实例接地棒的打入深度为l1至ln，表B.1显示了一组样本的测量值。与l相比接地棒的半径r很小，可利用式（3）计算每一个测量值对应的视在电阻率。式（3）的推导是基于均匀土壤电阻率的假设，所以计算的视在土壤电阻率为近似值。埋在均匀土壤中的接地棒接地电阻的计算公式为：（1）或（2）式中：ρ——视在土壤电阻率；R——接地棒接地电阻；r——接地棒半径；l——接地棒埋深。不同的近似值选用不同的公式。推导出视在电阻率的公式为：（3）将与对应的l值绘成曲线，可看出土壤电阻率随埋深变化的情况。假设表B.1的现场测试数据得出如图B.1(a)和B.1(b)所示的曲线。这些曲线通过数学推导拟合了双层土壤模型。从曲线可知，图B.1(a)所示的土壤构造至少可分为两层。在上层土壤（深0m~6m），土壤电阻率接近300Ω·m。下层土壤导电性更好，土壤电阻率接近100Ω·m。因此，可直观地建立一个两层土壤模型。在图B.1(b)中，上层土壤的深度约为6m，土壤电阻率约为100Ω·m。然而，从曲线上无法直观地得到下层土壤的真实值。下层的土壤电阻率看似接近于250Ω·m，而其真实值却为300Ω·m。通过增加测量次数有助于获得每一层的土壤电阻率，但每一层土壤的厚度有时很难确定，而且极棒埋深继续增大可能较困难且导致成本增加。此时，可根据所测的数据，用数值分析方法或借助专用计算软件获得等效土壤模型效果更好。表B.1用于推导双层土壤模型的三点法现场测量值接地棒深度mρ1=300,ρ2=100,h=6.1mρ1=100,ρ2=300,h=6.1m电阻（Ω）视在电阻率（Ω·m）电阻（Ω）视在电阻率（Ω·m）0.3647.60299.3218.30100.90.9270.60296.592.68101.61.5177.10294.