责任公司大型接地装置特性参数测试讲义授课人李磊2018

甘肃无为防雷技术有限责任公司

大型接地装置特性参数测试讲义

授课人：李磊

2018年8月一、引言大型接地装置的概念:1、110KV及以上电压等级变电所的接地装置；2、装机容量200MW以上的火电厂、水电厂及核电厂的接地装置；3、等效面积5000平方米以上的接地装置。符合上述任意一个条件的接地装置为大型接地装置。开展大型接地装置测量的必要性1、形势的需要。随着电力工业的快速发展，电压等级不断升高，电网容量越来越大，大型接地装置的数量越来越多，接地装置的重要性显得更加突出，开展对大型接地装置的检测也更为迫切。目前，陕西、山西、江苏、宁夏防雷中心及唐山、百色防雷中心已经开展了这方面的工作。湖南防雷中心已经到我们公司进行了考察，近期也将开展大地网的检测工作。开展大型接地装置测量的必要性2、提高知名度和提高技术层次的需要。对于小型地网的检测，我们江苏防雷中心已经开展了多年，积累了丰富的经验。但是对于大地网的检测，开展的比较少。我们山东防雷中心具有甲级资质，是防雷方面的最高资质，按甲级资质的要求，不但能够检测小地网，大地网也应该能够检测，这样可以提高知名度，更重要的是锻炼了我们的队伍，提高了我们的专业水平，技术层次提高了一个档次。开展大型接地装置检测的可行性1、山东防雷中心具备防雷检测甲级资质，技术力量雄厚，实践经验丰富。外省、市防雷中心能做的事，山东防雷中心也能做到，而且会做的更好！2、企业资源丰富。山东地区有火电厂、水电厂、风电场、变电站、煤矿、铝厂、钢铁厂、化工厂等大型企业上千家。3、有江苏、宁夏、陕西、山西、唐山、百色防雷中心成功的经验。资质、人材、企业资源均具备，因此开展大地网的检测工作是可行的。必要性、可能性、经济性分析综合上述：从必要性、可行性来看，开展大型接地装置的检测是必要的，也是可行的，同时还能提高我们防雷中心的知名度，培养技术过硬的专业队伍，提高技术层次；从经济效益分析，也是一个投资少，见效快的好项目。天时、地利、人和各条件都具备。

发电厂变电站接地装置是保证人身和设备安全,维护电力系统可靠运行的重要措施.近年来,随着工农业生产的不断发展,国内电网容量急剧扩大,电力系统短路电流越来越大,为确保短路电流快速散失,保证人身安全和电气设备的安全运行,电力生产运行部门对接地装置越来越重视。资料表明,国内外近年来由于接地不良,引起和造成事故扩大,导致电力系统停运和设备损坏的例子不少。

二、

接地装置的重要性实例

（1）、山西太原供电公司某年发生接地事故，引起１０ＫＶ开关室、控制室、１５０ＭVA主变烧坏，引起整个华北电网周波大幅度波动，检查原因：接地网存在问题；（2）、江苏谏壁电厂因为接地引下线的设计不合理，引起了保护不能正确的快速动作，以致电缆烧坏，线路跳闸，引起了华东地区大面积停电；检查原因，因为接地装置的截面积设计的太小，设计为75mm2，按照大运行方式下，零序保护动作时间0.2秒的要求，应设计为130mm2;

（3）、1994年1月,四川华莹山电厂变压器中性点接地线严重腐蚀处断裂,放电,将高电位引入主控室,造成多处短路,击穿放电,总保险熔断使故障不能切除,导致2#主变,2#发电机着火,3#,4#发电机损坏,全厂停电.

由于接地网的原因引起事故的事例很多，因时间关系不一一列举。三、接地阻抗的概念

接地阻抗的概念：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，与通过接地装置流入地中的电流的比值．

ＺＧ＝ＵＧ／ＩＺＧ是复数，电压和电流之间有相位差。阻抗角约10－30度。测量数据表明：运行的500ＫＶ变电所接地装置电抗要比220ＫＶ变电站接地装置的电抗大，而220ＫＶ变电站接地装置的电抗又比110KV变电站接地装置的电抗大；电压等级越高的变电站，电抗越大。

接地阻抗的组成：接地阻抗包括接地电阻和地网的自感抗.

接地电阻由4部分组成：

1.接地极的电阻；

2.接地干线（或引下线）的电阻；

3.接地极与土壤之间的接触电阻；

4.接地极周围呈现电流区域内的流散电阻（这部分是主要部分）。当电流从接地体流向土壤并向四周扩散时,离接地体越近,则电流密度越大,电流梯度也越大。

地网的自感抗分量X包括:(1)地网的金属材料的自感抗,是电抗的主要部分;(2)电流线、电压线间的互感,测试线越长,线间距离越小,互感会有所增大（电流线、电压线之间的互感可通过电路的补偿回路进行消除，线间互感为零）。

仪器测量到的感抗主要是地网的自、互感抗之和;

由于互感抗通过电路的补偿回路已经消除,所以测量到电抗主要是地网的自感抗.

小地网总电抗X﹤R.

大地网总电抗X接近于R.

自感电压是在地网的金属材料上,互感电压是在电压线上;所以,测量时电流线电压线尽量拉开一定的距离（2M左右）,不要交叉，不要紧靠一起;四、接地阻抗测量要求

根据国家行业标准ＤL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》要求:

试验电流宜在3～20Ａ，试验频率在40～60Ｈｚ范围，异于工频又接近工频，仪器的准确度不低于１级，分辨率为１亳欧的仪器;

工频测量缺点:抗干扰能力差.因为地网测试过程中,外界电磁场对电压线电流线的感应以及地中零序电流及杂波电流的存在,是产生测量误差的主要原因.干扰严重时可使工频大电流法测试结果可信度大大下降.因此,DL/475-2006《接地装置特性参数测量导则》规定要用变频方法测量。

五、SD-301D型接地装置特性参数

测试系统简介(1)、工作原理本装置应用调频、调压软件技术，SPWM原理和进口原装IPM整体模块设计。输出经特制的耦合变压器升压，取样经数字滤波后获得不同频率的正弦波大电流信号;

整套装置组成：大功率可调频率信号源1台、耦合变压器1台、选频信号测量仪2台、导通仪1台、金属盘1个、专用电流电压测试线组成。主要功能：能测量接地阻抗、电气完整性、场区地表电位梯度、接触电位差、接触电压、跨步电位差、跨步电压、转移电位、土壤电阻率。耦合变压器调频调压CPU主控制单元过压保护保护输入驱动保护输出0~600V显示I设置功能选择f设置D/AD/A接地网阻抗取样SD-301D型接地装置特性参数测试系统原理示意图(2)、主要技术参数：电源电压：AC220V

输出功率：5KW

输出电压：0~800V

输出电流：3~20A

频率范围：40~60Hz

步进频率：1Hz

测量范围：0.1~99.999Ω

分辨率：0.0001Ω

测量精度：1.0级使用环境：-25℃～+50℃

(3)、主要特点:a、功能多。

b、功率大。输出功率5KW，输出电流3A~20A;c、具有自动稳流稳压功能；具有电流回路断线报警功能，当电流回路断线时，自动断开工作电源，并有蜂鸣器报警。

d、能自动测量回路阻抗，自动匹配输出功率。

e、抗干扰能力强.因为是变频,避免了50Hz工频及其它杂波信号的干扰,具有极强的抗干扰能力;f、直接显示测试数据,不要人工换算;g、保护功能全.具有过电流、短路、过热、电流回路断线保护功能。测试系统>3D

>1.8D

A打印显示器开关╤C

PP0E隔离变D地网接地阻抗测量接线图(4)接地阻抗测量Dcg＝(3～4)D,当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区可取２D,不均匀地区可取３D,超大型接地装置可用线路代替电流线或电压测试线Dpg=(0.5~0.6)Dcggcpa、30°夹角法:

当采用30°夹角法时,电流线和电压线等长,长度取2D,夹角取30°.(D-是地网对角线长度).b、电位降法.c、直线法当采用直线法时,对于大地网,在土壤电阻率均匀地区电流线是地网最大对角线的2倍,土壤电阻率不均匀地区可取3倍,电压线是电流线的0.618倍

Dpg=0.618DcgDpg-电压线长度Dcg-电流线长度对于独立避雷针及独立接地体,电流线20M左右,电压线取电流线的0.618倍.(5)、测量标准接地阻抗测量标准:

根据GB50150《电力设备预防性试验规程》要求接地阻抗满足Z≤2000/I,当I≧4000A时，要满足

Z≤2000/I或Z≤0.5Ω；

I-经接地网流入地中的短路电流(当d(1,1)时,是I1+I2+I0;当d(1)时,则是零序电流I0);

随着电网容量的增大，短路电流达到几千安甚至几十千安。一般110KV以上电压等级的变电站都要满足接地阻抗Z≤0.5Ω，如不能满足上述标准,必须进行降阻改造。(6)、接地阻抗不合格时产生的危害如地网接地电阻不合格，当雷击或电力系统故障时，雷电流或故障电流流过电网时，瞬时使地网电位抬高（t=1-5us)，当地网电位大于2000V时，会损坏变电所的设备：如控制设备、继电保护及自动装置、通讯设备、监控设备、直流系统等。因为现代的控制设备及自动装置、通讯、监控设备大都是微机控制的。微机控制设备的电源基本是弱电，弱电对地（外壳接地）绝缘500V，正、负极对地（外壳接地）耐压500V，当地网电位大于2000V时，已超过设备的500V耐压水平，使绝缘损坏。

当地网电位大于5000V时，会损坏400V以下的低压电器，例如：220V直流系统，400V厂用电系统、所用电系统等。建筑物的接地阻抗不合格时，也同样因为地电位瞬时抬高，而损坏家用电器、计算机设备或人身安全。当接地阻抗0.5Ω时，雷电流或电力系统故障电流达到20KA时，电网瞬时电位将达到10000V。因此，易遭雷击的地区或短路容量大的电网，地网的接地阻抗要求越小越好。一般110KV以上的变电站都要满足接地阻抗Z≤0.5Ω。目前，大部分500KV变电所地网的接地阻抗已＜0.1Ω。(7)

、测量注意事项

a、当采用直线法测量接地阻抗时:电流线,电压线尽量不要交叉,并尽量分开1M以上的距离;,以完全避免测量引线间的干扰;b、测量时要在雨雪后晴天测量,或在干燥季节测量(因为接地阻抗的数值与土壤的潮湿程度有很大的关系）。

(8)、用3A以下的工频小电流或用＜100mA直流小电流测量接地阻抗可以吗？小电流测量误差大，所以小电流测量不行。电网中由于不平衡电流产生的不平衡电压及工频信号产生的干扰电压比较大，（电网等级越高，工频干扰电压越大，110KV以上的变电所干扰信号将达到100至数百毫伏），火电厂及水电厂还有5次谐波、7次谐波等奇次波，风力发电、光伏发电的谐波分量更多，由于这些信号的存在，如用小电流测量，将使测量误差很大，甚至是成倍的误差。

（9）场区地表电位梯度测量

可按接地阻抗测量方法施加电流。在“自动/手动”方式下，调节输出电流至6A～10A，调节频率为45Hz。当间距为1m时，场区地表电位梯度曲线上相邻两点之间的电位差U’T按下列公式折算，得到实际系统故障时的单位场区地表电位梯度UT

：

UT

＝U’TIS/Im式中：

U’T–

d=1m时，场区地表电位曲线上相邻两点之间的电位差

Im-–注入地网中的测试电流（A）

Is–被测接地装置中系统单相接地短路电流（A）

d—测试间距（根据情况可选2m、4m或6m）

P-电位极测试示意图如下图：（9）场区地表电位梯度测量（9）场区地表电位梯度测量

上图中V-选频电压表，测量时选频电压频率设定45Hz，200mV量程；（10）跨步电位差、跨步电压、

接触电位差、接触电压测量

可按接地阻抗测量方法施加电流。在“自动/手动”方式下，调节可调频率信号源输出电流至5－6A（跨步电压测量时，电流加至8～10A，调节频率为45Hz。实际的接触电位差和转移电位可按下列公式折算：

US

＝U’SIS/Im式中：U’S-为跨步电位电位差测试值

Im-注入地网中的测试电流

Is–被测接地装置中系统单相接地短路电流测试示意图如下图图中V-选频电压表，测量时选频电压表频率设定45Hz，200mV量程。（10）跨步电位差、跨步电压、

接触电位差、接触电压测量（10）跨步电位差、跨步电压、

接触电位差、接触电压安全界定值要求跨步电位差、接触电位差的安全界定值可参见DL/T621-1997,当最大单相短路电流不超过35KA时，跨步电位差不大于80V，接触电位差不大于85V，转移电位不大于110V。当最大单相短路电流超过35KA时，参照上述原则判断测试结果。例如：最大单相短路电流70KA时，跨步电位差允许160V，接触电位差不大于170V，转移电位不大于220V。（11）土壤电阻率测量（11.1）土壤电阻率概念土壤电阻率是表征土壤导电性能的指标.

天津地区的土壤电阻率一般在10Ω.m,(盐碱地),盐碱地有极强的腐蚀性;

江苏地区的土壤电阻率一般在10-15Ω.m(土壤潮湿);

山西大部分在30-50Ω.m之间,山区要达40Ω.m以上;

西北地区（甘、新疆）是戈壁沙滩，土沙混合，土壤干燥土壤电阻率达到上百Ω.m甚至1000Ω.m以上;

地表3米以内,土壤电阻率比较高,做地网降阻比较困难,地表3米以下土壤电阻率随着接地体深度的增加,土壤电阻率急剧下降;

当土壤含水量增加时,土壤电阻率急剧下降;当土壤含水量增加到20%-25%时,土壤电阻率保持稳定;土壤电阻率与土壤的桔构(如黑土,粘土,和沙土等),土质的紧密度,温度,湿度等,以及土壤中含有可溶性的电解质有关.影响土壤电阻率最重要的因素是湿度,也受湿度的影响A打印显示器开关╤C

PP0E隔离变ha(11.2)土壤电阻率测量方法土壤电阻率测试接线图测试系统四极法.a≧20h,ρ=2∏aRh-电极埋设深度(1M)R-阻抗值(U/I)测试电流流入外侧两个极,测量内侧两个极的电位差.

上图是测量电阻率的四极法的原理接线图，两电极之间的距离a应等于或大于电极埋设深度h的20倍，即a≧20。由接地电阻测量仪的测量值R，得到被测场地的视在土壤电阻率

p=2∏aR

测量电极建议用直径不小于2cm的圆钢,其长度均不小于1m。被测场地土壤中的电流场的深度，即被测土壤的深度，与极间距离a有密切关系。当被测场地的面积较大时，极间距离a应