异频法测量接地电阻在工程中的应用

李小威

（中国核工业第二四建设有限公司，福建 福清 350318）

目前国内接地的测试工作比较薄弱，一些关键的技术观念比较模糊，技术手段落后。目前采用的方法主要有两种，一种是传统工频测量方法，另一种是异频法。

1 传统工频测量方法与异频法分析比较

1.1 传统工频测量地网的方法

三极法、四极法、瓦特法、双电位极法。一般采用《接地装置特性参数测量导则》（DL/T 475—2006）中推荐的“三极法”。 这种方法需要采用很大的测试电流（导则标准推荐不宜小于50A），设备非常笨重且布线劳动强度很大，浪费材力人力。传统工频测量地网的方法主要存在以下问题。

1）设备非常笨重，且布线劳动强度很大，耗时耗力。无法从根本消除干扰信号的影响。

2）需要隔离变压器及其他辅助器材多，由于主要干扰与信号同频，无法从根本上消除干扰的影响。

1.2 异频法

异频法是通过改变测试电流的频率来避开工频干扰，由于信号频率与干扰频率不同，通过滤波器来滤除干扰的影响，从而提高测量精度。异频法测量的工频等效性好，根据国家标准（GB/T17949.1-2000）要求测试电流频率应该尽量接近工频，行业标准（DL/T475-2006）规定了测试电流频率宜在 40～60Hz之间。测试电流波形为正弦波，为了保证测试的准确性，测试频率与工频不能相差太远，且测试电流的波形应为正弦波（其他波形如方波含有丰富的谐波频率）。我们一般使用45Hz和55Hz两种频率进行测量。配合现代软硬件滤波技术，增强抗地电压干扰能力强，测试数据稳定可靠。30V工频干扰电压带来的误差不大于0.002Ω。异频法由于采用的测试电流较小，因此设备小巧，布线劳动强度也大大减轻。由于具有测试结果稳定可靠和节约资源、效率高的优点。

1.3 异频法测量原理

接地电阻的数值等于接地装置的对地电压与通过接地装置流入地中的电流的比值。接地装置的对地电压是指接地装置与地中电流场的实际零位区之间的电位差。地网接地电阻异频测量原理如图1所示。电流、电压极引线按接地装置特性参数测量导则（DL/T475—2006）布置.仪器向电流极注入2～5 A的异频电流,设电流Iy，该电流与地网中的工频电流相叠加在辅助电压极上产生压降Uy+Ug（包括工频及高频分量），由测量系统滤除Ug，再由数字滤波方法得到 Uy、ly，经计算得到地网接地阻抗 Z，电阻分量R，电抗分量X。原理图如图1所示。

图1 测量原理图

“异频法”测量的关键是通过硬件和软件措施，从地网中的全电流i和电压极压降u中无幅值和相位畸变，提取异频电流电压，并计算出接地电阻和电抗，异频功率源的频率异于工频，仪器在硬件和软件两方面保证了对异频信号具有灵敏度极高的选择性，因而即使地网中工频和其他干扰电流大于测量电流数十倍，仪器能准确地将异频电流在地网接地电阻上产生的压降提取出来，从而准确测出接地电阻。

2 工程应用

2.1 地网平面图

福清核电厂厂区接地装置由核岛、常规岛、TC控制楼、TD辅助开关站及JX辅助变压器平台5个子项接地装置并联后构成，具体布置如图2所示。

图2 地网平面图

2.2 地网尺寸

核岛、常规岛、TC开工控制楼、TD辅助开关站及JX辅助变压器平台5个子项接地装置并联后构成该地网建立在半岛上，三面环海，有一部分回填，土壤电阻率较大。地网的平面尺寸图如图2所示。

2.3 测试条件与环境

地网施工完成后于2011年9月13日进行测量，天气晴，环境温度30℃，湿度60%。按接地试验规程所指的接地电阻是在冬季长期无雨，土壤很干燥的状态下的测量值。假如不满足上述的条件，要用季节系数Ψ修正，即R干＝ΨR湿，规程建议Ψ取1.4～1.8，福建省由于缺乏 Ψ修正值，所以一般不进行季节系数修正。

2.4 布置测试回路

1）按照接地网接地电阻测量导则（DL/T475-2006）的规定，根据现场的实际情况选择合适的测试回路布置。一般有两种方法，一是采用夹角法，二是直线法。夹角法是电压线和电流线之间的夹角不为零。直线法是电压线和电流线之间的夹角为零。可视为夹角法的特例。

2）根据接地导则（DL/T475-2006）规定辅助电流极应尽量远离被测接地装置，通常电流极与被测接地装置的距离应为被测接地装置最大对角线长度D的4倍以上。而现场通常测试回路应尽量避开河流、湖泊；尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路；注意减小电流线和电位线之间的互感影响，当采用直线法时，应注意使电压线和电流线保持尽量远的距离。现场条件允许时，大型地网接地阻抗的测试最好采用夹角法。一般情况下，可按下面的修正公式计算出接地装置的接地阻抗Z。

式中，Z´=V/I为仪器测量值，D为被测接地装置最大对角线长度，dCG为电流极与接地装置边缘的距离，dPG为电位极与接地装置边缘的距离，θ为电流线与电位线的夹角。设θ＝0时的特例。由上式可看出，若满足条件

则Z= Z´，也就是说，无需对仪器测量结果进行修正。当θ＝0时，dPG=0.618dCG。这是直线法中著名的0.618法则，即电位极位于0.618dCG处即可测得真值。

3）核岛、常规岛、TC控制楼、TD辅助开关站及JX辅助变压器平台5个子项接地装置并联后构成的地网，电流极C、电压极P按直线计算取得，地网的最大对角线长度为 D，整个地网中心与地网边缘之间的距离为 d，单位为 m。已知接地网对角线D=300m，d=102m。

dCG=4D－d dPG=4D×0.618－d则dCG=1098m，dPG＝640m，辅助电极布线沿变电所大门方向。电流极、电压极分别采用φ114mm2镀锌钢棒各3根，长1.2m打入地中，布置成地网，并用裸铜线并联缠绕。确定了电流极和电位极位置后，将作为电流极和电位极的地桩分别打入地下，应使其与土壤紧密接触。线路布置如图4所示。

图3 接地阻抗测试仪测试接线图

图4 地网平面图

2.5 接线

按照图3、图4进行接线。关于导线的选择。测量时，电流线中将流过最大 5A的电流，因此电流线应具有通 5A电流的能力，选用铜芯截面积大于1.5mm2的导线即可。但是当电流线布得很长时，电流线的电阻会增加回路电阻，为了降低电流线的电阻，应该选用较粗的电流线。电压线中只流过微安级电流，因此不用考虑其通流能力。导线应具有良好的绝缘，增接导线时，应用连接牢固并做好导线的绝缘。我们选择2.5mm2导线连接电压极，选择4 mm2连接电流极，选择一个可接触良好的待测接地装置的接地引下线（如镀锌扁钢、接地检查井中的铜排），为电流注入点和电压测量点。用一根导线将仪器面板的 C1端子与电流注入点可靠连接，再用一根导线将仪器面板的P1端子与电压测量点可靠连接。用电流线将电流极与仪器的 C2端子可靠连接。用电位线将电位极与仪器的 P2端子可靠连接。连接时注意首先去除接触处的锈蚀层。检查接线无误后，可进行下一步操作。

2.6 测试

我们选用的测试仪器是武汉国电西高电气有限公司生产的GDWR-5A大型地网接地电阻测试仪，接通仪器电源后，按照仪器使用说明起动“接地阻抗测量”功能。仪器开始自动测试，测试完毕，屏幕显示测量结果，如图5所示。

图5 测量结果

屏幕第一行显示的是接地阻抗；第一行显示测试频率；第三行显示的是测试电流的有效值，前面的数值为45Hz下的电流值，后面的数值为55Hz下的电流值。其他参数，包括45Hz、55Hz下的阻抗Z、电阻分量 R、电抗分量 X。测试完成后再分别改变电压极位置重复测试，改变电压极位置 1，使dGP=(4D×0.618 一 d) ×0.95(km)；改变电压极位置 2，使 dGP＝(4D×0.618 一 d)×1.05 测试。

3 影响接地测试的因素及注意事项

3.1 影响地网测量的因素

接地网与测试电流极的距离、接地网的形状和尺寸、输电线路避雷线与接地网问的隔离、零电位区域的测量验证、测量电流的大小、外界干扰的影响以及测量设备和仪表的影响等。

3.2 注意事项

1）消除输电线的避雷线的影响。在许多变电所中，输电线的避雷线是与变电所的接地装置相连，这会影响变电所接地电阻的实测值。因此，在测量前应将避雷线与变电所接地装置的电连接断开。

2）避免运行中的输电线路的影响。尽可能使测量线远离运行中的输电线路或与其垂直，以减小干扰影响。

3）避免河流、地下管道等导电体。测量电极的布置要避开河流、水渠、地下管道等。

4）不能在雨后立即进行测试。应记录测试时的环境温度。

5）电压极分别在3个不同位置时测得的视在电阻变化情况应与电压极引线距离变化趋势保持一致。

6）若仪器显示屏上显示“测试电流偏小”或者“电位极接地电阻偏大或电压线断线”。若显示“测试电流偏小”，则说明 C1、C2间开路或阻抗过大,超出了异频电源的负载能力，致使异频电源输出电流过小。当出现这种情况时，首先应检查接线是否牢靠，若还不能解决问题，则可尝试采用多个电流极并联或者向其周围泼水的方式降阻。若显示的电流值较小，未达到预期的数值，则同样可采用上述的方法进行降阻。较大的测试电流利于抑制现场干扰。若显示“电位极接地电阻偏大或电压线断线”， 则说明接至仪器电压输入端子P1、P2的电压线有断线处或者电位极未良好接地。出现这种情况时，首先应检查电压输入线有无断线处，若无，则可尝试加深辅助电位极接地桩或向其周围泼盐水来降低其接地电阻。

4 结论

传统的测量方法均无法解决地网中的干扰及测量引线互感的干扰问题。异频法能有效地消除地网中的各种干扰分量，从而较准确地测出地网的接地电阻尺 及地网接地电抗。运用接地电阻测试仪器，精度高，操作简单方便，布线劳动量小，无需大电流，可保存50组测量数据，且自带微型打印机可现场打印测量结果，可用来测量接地阻抗很小的大型地网。随着科学技术的发展异频法测试大型接地电阻技术将日趋成熟，将被广泛的运用到工程中。

[1]李澍森高.异频法测量大型地网接地电阻的研究[M].北京:中国电力出版社,2000.3.

[2]陈启运等.接地网接地阻抗异频测试装置研制[J].华北电力技术, 2010(7).

[3]李秋明,张卫.实用电气试验技术[M].北京:机械工业出版社,2011.6.

[4]接地装置特性参数测量导则.（DL/T 475—2006）.

[5]福清核电防雷接地图册.

[6]GDWR-5A大型地网接地电阻测试仪使用说明书.