短距离法测量大型地网接地阻抗

王 琪,孟 勇,孙 泉

(1.山西电力科学研究院,山西太原 030001;

2.宁夏大唐国际大坝发电公司,宁夏 大坝 751607;3.中北大学,山西太原 030005)

短距离法测量大型地网接地阻抗

王 琪,孟 勇2,孙 泉3

(1.山西电力科学研究院,山西太原 030001;

2.宁夏大唐国际大坝发电公司,宁夏 大坝 751607;3.中北大学,山西太原 030005)

分析和研究接地阻抗的测试原理,总结了接地阻抗常规测试方法的弊端。从测试电位变化最为缓慢的思路出发,结合对大型地网接地阻抗的实测对比,提出了适用于大型接地网接地阻抗测试的短距离方法。

短距离法;大型地网;接地阻抗;测量

0 引言

变电站、发电厂接地网的接地阻抗作为地网特性参数的重要指标,对于及时发现接地网故障,确保接地网安全运行有着重要的作用。随着电力系统电压等级和系统容量的增加,高压、特高压变电站的接地网面积越来越大,用传统方法 (三极法)对大型地网的接地阻抗进行测试时,由于电流极C和电压极P距离地网边缘处上引线G的距离很大,因而测试工作量非常大。因此,在满足测量精确度的前提下,研究大型地网的短距离测试方法 (以下简称短距法)就有着十分必要的现实意义。下面对短距法的测试原理进行介绍,并以久安500 kV变电站为例对其接地阻抗分别用常规方法和短距法进行对比测试。

1 大型接地网短距离测试方法

1.1 理论依据

接地阻抗的数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。应该指出,习惯上称之为接地电阻的应该是接地阻抗,它含有电阻分量

图1 电压极和电流极的布置示意图

图2 不同的电压极位置测得的接地电阻值

从图2中可见,当电压极位于P2时,无论电压极离接地网多远,测出来的值都比真实值小,当距离越远,误差越小。这种测量方式的好处是电流极引线和电压极引线之间不存在互阻抗,但弊端就是需要的引线太长,测量过程需要耗费大量的人力物力。当电压极位于P1时,存在一点能测得接地网的真实接地电阻,但此时电压极引线较长,不仅增加了布线的难度,也增大了外界对电压极引线的干扰。当电压极在电流极和接地网之间时 (电压极位于P),电压极放置在某点上能测得接地网的真实接地电阻,该点即为电压极的正确位置 (不妨称为补偿点)。对于在均匀土壤中的球形接地体,补偿点到半球形接地体中心的距离为电流极到接地体中心距离的0.618倍,这也就是规程中要求 x=(0.5～0.6)d的原因。但是,不同的接地网形状、土壤结构以及周围存在的各种金属等多种因素都会改变补偿点的位置。一般来说,补偿点是没有固定位置的。

1.2 实施方式

进行接地阻抗测试时,在接地网上引线和电流极两点的地表连线上,电位由高到低衰减分布。在零电位点附近电位分布曲线曲率最小。参看图3,用短距法测试大型接地网接地阻抗时,就是在与被测接地网相距为L=1.2～1.5 D(D为接地网最大对角线长度)处设置电流极,在电流极距离地网边缘上引线G点0.6～0.8L之间均匀选取10～12个地表电位测试点,然后由G点注入电流 (注入电流不小于3 A),测量各测试点的地表电位及与接地网上引线的距离,得到电位随距离变化的曲线,并将测得的各地表电位测试点的相对距离和电位值应用最小二乘法进行数据拟合,该拟合曲线上曲率最小点的电位与注入电流的比值即该接地网接地阻抗值。

图3 测试时各测量点布置简化示意图

2 短距法测试久安500 kV变电站接地阻抗

长治供电分公司久安500 kV变电站位于长治市屯留县,全站主接地网长约323 m、宽约254 m,最大对角线长度约为410 m,设计要求实测接地阻抗不大于0.5 Ω。用短距法测试时,电流极放线长度为600 m、电压极放线长度为360～450 m,电流线和电压线采用专用的测试屏蔽线,注入电流为5 A。

测试结果如表1所示,对拟合结果求取各点导数,获得曲线上曲率最小点K,由拟合结果可知,该点电位为1.39 V,因此接地网接地阻抗为1.39 V ÷5 A=0.278 Ω。

表1 短距法测久安500 kV变电站接地阻抗测试结果

3 测试结果分析

a)将可调频万用表的频率调节到稍偏离工频的48 Hz与52 Hz时,干扰电压U0的数值则下降到mV数量级,获得了较为理想的信噪比,此时施加3～10 A的小测试电流即可满足测量精度的要求。

b)由于接地网阻抗包含有与频率相关的电感分量,采用偏离50 Hz的异频测试电流测量,结果将与工频接地阻抗值有一定的偏差。为此,采用相对50 Hz的对称频率 (此次测试采用48 Hz和52 Hz)来进行测量,并用测试结果的算术平均值作为折算成的工频阻抗值,可以减小测试带来的误差。

c)应用常规三极法对该地网进行测试,测试结果为0.305 Ω,两种方法测试结果偏差较小,不超过10%。如果考虑到三极法测试时的线间互感则三极法测试的最终接地阻抗约为0.272,两者偏差不超过2%。

4 结束语

同传统测试方法相比,在满足测量导则对测试条件要求的前提下,短距法测试时的电流极C和地表电位测试点P与被测接地网上引线G之间的距离大大缩短,操作简便快捷,减少了测试工作量,降低了测试人员的劳动强度,提高了测试工作效率,具有较强的现场推广意义。

Short-distance Testing Method for Grounding Resistance of Large-scale Grounding Grid

WANG Qi1,MENG Yong2,SUN Quan3
(1.Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China;
2.Daba International Power Generation Go.,Ltd of China Datang,Daba,Ningxia 751607,China;
3.North University of China,Taiyuan,Shanxi 030005,China)

The defects of traditional measurement are summed up based on the analysis and research on measuring the principle of grounding resistance.According to the slowest change of potential and comparing measurement on large-scale grounding grid,short-distance method is applied to grounding resistance testing for large-scale grounding grid.

short-distance testing method;large-scale grounding grid;grounding resistance;measurement

TM862

B

1671-0320(2010)04-0001-02

2010-03-20,

2010-05-24

王 琪 (1976-),男,北京人,1998年毕业于华北电力大学 (北京)电气技术专业,工程师,现主要从事高电压试验技术工作;

孟 勇 (1972-),男,甘肃兰州人,1996年毕业于华北电力大学电子工程通信工程专业,工程师,从事电子系统通信、继电保护及自动化工作;

孙 泉 (1988-),男,河北霸县人,2007级中北大学电子信息工程专业在读。和电抗分量,在小型地网中电抗分量比较小,但在大型地网中,电抗分量要大很多。当电压极、电流极和接地网在一条直线上时 (如图1所示),在不同的电压极位置下测量得到的接地电阻值如图2所示。