接地装置冲击接地电阻的测量与特性研究

王 汀，李冠华，金 鑫，毕海涛

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

接地装置冲击接地电阻的测量与特性研究

王 汀，李冠华，金 鑫，毕海涛

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

冲击接地电阻一般用来评估雷击短路情况下的接地装置的安全性，目前国内针对接地装置冲击特性的研究相对较少，尚无法准确了解其规律及特点。为准确掌握接地装置的冲击特性，从仿真计算和场地试验两方面入手，建立了合理的接地装置暂态模型，结合土壤放电特性、频变特性及材质规格等因素进行全面综合考量，深入分析了冲击接地特性与工频特性、环境条件及工程实际应用价值等方面的影响规律。

接地装置；冲击特性；频变特性

接地装置的工频接地电阻主要用于泄放工频短路电流，而接地装置的冲击特性决定电力系统的防雷保护效果。由于纵向电感的作用，接地装置在冲击时只有有限面积起作用，这与工频时接地电阻与占地面积的平方根成正比不一致，因此，通过测量接地装置的工频接地电阻不能正确评估杆塔的冲击接地状态，需通过冲击接地阻抗测量对接地装置的冲击接地状态进行评估［1］。目前针对真型接地装置冲击大电流特性的研究相对较少，对其现象和规律的掌握处于较单薄的状态，因此，研究接地装置冲击特性与其频率、环境、材质、规格等的关系对有效提高电力系统防雷效果具有十分重要的意义。

1 接地装置试验模型选材与埋设

1.1 接地网缩小型接地装置

接地网缩小型接地装置是大型接地装置形式中最常见的一种［2］，为了降低接地装置区域的场区电位差，常将接地装置设计成网络状。这种接地装置的特点是均压效果好、接地电阻小。图1为接地网缩小型接地装置设计图，主材料采用25X3热镀锌扁钢，引出线为25X3热镀锌扁钢，单根长度为1 200 mm，为水平接地极。

图1 接地网缩小型接地装置设计图

一般高土壤电阻地区的接地装置易出现接地参数不合格现象。这些地区土壤中一般含沙石量大，工程中常用挖掘机进行接地装置沟槽的制作，并用挖掘机进行填埋与夯实工作。图2为用挖掘机所挖掘的接地网缩小型接地装置沟槽，图3为缩小的接地网，所有接头采用电焊连接，搭接长度按照GB 50169—2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》要求进行。

图2 接地网缩小型接地装置沟槽

图3 缩小的接地网

1.2 离子接地装置

对不同外护壳材料的离子接地装置进行试验［3］，包括一段铜包钢、一段锌包钢等材料，通过测试获得离子接地装置、铜包钢、锌包钢的冲击特性和工频特性。综合考虑多种因素，最终选择的材料如表1所示，接地装置埋设布置如图4所示。

表1 试验材料

2 接地装置特性测试原理

2.1 接地网缩小型接地装置特性测试原理

接地装置特性测试主要包含工频特性与冲击特性，工频接地阻抗测试使用常规三级法进行测量［4］，冲击接地阻抗测试采用基于冲击电流的三极法，测量回路布置及接线如图5所示，P为电压极、C为电流极。

图4 接地装置埋设布置图（单位：mm）

图5 冲击接地阻抗测试回路布置及接线

冲击接地阻抗测试中冲击电流发生器用于产生波头较陡、波尾较平缓的冲击电流（接近标准雷电流波形8／20 μs）来模拟雷电流；试验接通后将该电流注入接地网，地网将产生冲击电位升，分流器和分压器分别将电流信号、电压信号传至示波器，最后记录测试数据与波形。

2.2 离子接地装置特性现场测试原理

由于测试的接地降阻材料试品规模小，其接地电阻很大。因此，接地阻抗工频测试选择远距离放线方法［5］，回流极距离试品直线距离取20 m以上；接地阻抗冲击测试中，回流极距离试品直线距离取试品直径的5倍以上，电压极距离最近回流极10 m以上。图6、图7分别为离子接地装置工频及冲击特性现场测试原理图。

图6 工频特性现场测试原理图

图7 冲击特性现场测试原理图

3 接地装置特性测试

3.1 不同土壤环境条件变频测试

一般情况下，接地装置的特性参数与接地装置所处位置的土壤电阻率有很大关系，但由于自然原因，土壤电阻率，尤其是表层土壤电阻率每天都随湿度、土壤里的盐分等发生变化。因此，在接地测试中，为使测试的接地装置特性参数评估更加合理，必须掌握测试时接地装置所处的土壤电阻率。

对于变电站周围土壤电阻率的测量，选择在变电站外就近放置测量线，用温纳四极法进行测试。表2为2次使用温纳等距法测试的土壤参数数据，同时根据CEDGS软件土壤分析结果得到，2次土壤电阻率测试等效单一结果分别为346 Ωm和492 Ωm。

表2 温纳等距法的土壤参数测试数据

根据表3的接地装置在土壤电阻率为346 Ωm时，不同频率下接地电阻数据可知，在30 kHz以内，小型接地装置的电感效应远小于其电阻效应，最大不超过0.3%。但其冲击特性因其发生火花电晕效应，使其电阻特性明显降低，其电感效应也因支路有效截面增大而降低，使冲击电阻相对偏小。

表3 接地装置在土壤电阻率为346 Ωm时不同频率的接地电阻

根据表4所示的接地装置在土壤电阻率为492 Ωm时，不同频率下接地电阻数据可知，接地装置由于土壤电阻率相对第1次有所增大，从而导致接地装置从低频到高频的阻值有所增大。

表4 接地装置在土壤电阻率为492 Ωm时不同频率的接地电阻

3.2 不同材质测试

表5是不同材质离子接地装置工频特性测试数据。

表5 离子接地装置工频特性测试数据

由表5中的a－31、a－32、a－33、a－34工频接地电阻测试数据可以看出，离子接地装置管材不同对工频接地电阻几乎没有影响。主要原因是管材本体材料电阻率远比环境土壤电阻率小，管体对接地电阻的贡献在于其外形结构，与材料关系不大。比较a－3x与a－61的试验数据，a－61比a－3x接地电阻降低了32%，而其耗材是a－3x的2倍，主要因为离子接地装置管内药剂流散后不同区域、上半截管体与下半截管体间的屏蔽所导致。因此，离子接地装置的规模适中即可。且同一填料，不同接地材料制作的离子接地装置管体，接地装置冲击系数相差不大，远小于1，而6 m离子接地装置与3 m接地装置相比，规模增大1倍，冲击接地电阻降低24%。

4 结论

a.土壤电阻率越大，接地装置的直流特性、工频特性、高频特性、冲击特性所反映的相应接地阻抗均明显增大。

b.小规模接地装置由于其所用材料数量有限，其接地电阻特性明显大于感抗特性。

c.一般情况下，在土壤电阻率不是很高时，接地装置的冲击系数小于1。

d.短离子接地装置相对比长离子接地装置具有优越的性价比。

［1］东 方，王文德.变电站接地网雷电冲击参数计算［J］.东北电力技术，2010，31（4）：37－38.

［2］司马文霞，李晓丽，袁 涛，等.不同结构土壤中接地网冲击特性的测量与分析［J］.高电压技术，2008，34（7）：1 342－1 343.

［3］郑小川，达 伟，李志忠，等.改进型离子接地装置的研究［J］.陕西电力，2012，42（4）：43－45.

［4］徐立新，陈 刚，王东烨.大型接地装置状况评估测试［J］.东北电力技术，2005，26（3）：9－10.

［5］王城钢，王东烨.500 kV变电站接地装置的综合测试与分析［J］.东北电力技术，2003，24（9）：17－19.

Research on Measurement and Characteristic of Grounding Device Impulse Grounding Resistance

WANG Ting，LI Guan⁃hua，JIN Xin，BI Hai⁃tao
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The impulse grounding resistance is commonly used to evaluate the safety of grounding device in lightning short circuit con⁃ditions，the current domestic study of grounding device are relatively few，it is unable to accuartely understand the rules and character⁃istics.To accurately grasp the impact characteristics，from two aspects of the simulation calculation and field test，a reasonable grounding device transient model is established.Comprehensively considering the factors such as oil discharge characteristic，frequency characteristic and material specification，the impact characteristics，power frequency characteristics，environmental condi⁃tions and the value of engineering application are analyzed in detail.

Grounding device；Impace characteristics；Frequency characteristic

TM862

A

1004－7913（2016）08－0012－03

王 汀（1988—），男，硕士，工程师，从事过电压技术管理和科研工作。

2016－05－12）