基于柔性互感器的接地电阻测量系统应用

英自才，孔碧光，张兴文，刘晓欣，普碧才

（云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673200）

0 引言

近年来，在输电线路安全运行方面，雷击跳闸故障的发生概率最高，并成为输电线路安全稳定运行的重要影响因素。根据相关权威数据统计，输电线路雷击事故频发，占全部跳闸事故的42.57%［1］，对电力系统安全稳定运行造成极大影响。在输电线路上安装架空避雷线、接地引下线以及接地体等接地装置，是提高输电线路耐雷水平的一种基本措施。目前，对于输电线路接地装置的测量仅限于杆塔接地电阻的测量，其广泛采用三极法［2-3］和钳表法［4］。但是，无论是传统三极法还是钳表法，在原理上均需打辅助地极或解开多余引下线，并且在测量中由于人为操作原因还会造成一些人为误差。同时，根据现场操作规范，需对杆塔各条引下线单独测量，工作量繁重。

针对上述问题，高有生、王亚军等人均以不同的方式提出了输电线路多引下线杆塔接地电阻免接线测量的方法［5-6］。但该方法仅限于理论研究，并没有进行应用。并且，上述方法不能实现输电线路杆塔接地装置的整体性能检测，也不能准确判断故障位置。

提出一种新型输电线路接地装置智能检测系统，并研制测量设备。以钳表法为基础，测量时无须解开引下线，便于输电线路杆塔接地电阻的快速准确测量。设备具有GPS 定位及3G 网络无线传输功能，可通过GPS 定位技术自动识别输电线路及杆塔号，现场测量结果可通过3G 网络远程传输至中心服务器，便于历史测量数据的管理和统计。

1 新型接地装置智能检测系统

1.1 系统构成

新型输电线路接地系统智能检测系统由现场测试设备、通信控制器、中心服务器软件平台3 部分构成，如图1 所示。现场测试设备即为杆塔接地装置测试仪，用于测量输电线路杆塔接地体接地电阻阻值，并具有杆塔引下线状态及架空避雷线状况判断功能。对杆塔接地装置测量完后，将测量结果发送至通信控制器。通信控制器中集成GPS 模块以及3G 通信模块，在接收杆塔接地装置测试仪测量结果的同时，调取GPS 模块的定位数据以及时间数据，一并通过3G 模块发送至中心服务器。中心服务器软件平台用于接收现场测量数据，并将数据保存至数据服务器，以便于数据的管理、统计等操作。

图1 新型接地装置智能检测系统

杆塔接地装置测试仪为系统的核心设备，由3部分组成，包括测试仪主机1 台、导线收纳器4 个、互感器8 个。其中4 个互感器为电压互感器，用于发出电压信号，另外4 个互感器为电流互感器，用于测量引下线所产生的电流信号。具体结构如图2 所示。

1.2 系统工作原理

图2 杆塔接地装置测试仪结构

测试仪主机内的硬件构成如图3 所示，由MCU单元、信号发生模块、电流电压转换模块、信号放大模块、信号选择模块、功率放大模块、电流电压转换模块、滤波模块、交直流转换模块、AD 转换模块组成。其中，MCU 单元为系统的总控制器，信号发生模块发出正弦交流信号并通过电流电压转换模块、信号放大模块输出确定电压值的正弦交流信号，再通过信号选择模块将不同的电压值分配至4 路电压互感器输出支路中。同时，由功率放大模块提高电路的负载驱动能力从而驱动电压互感器。当电压互感器感应到被测回路电压信号时，回路中应产生电流，由4 个电流互感器分别将4 路电流信号检测出，并通过电流电压转换模块转换为电压值，再通过滤波模块滤波及交直流转换模块转换为直流量并测量其大小，经过AD 转换模块转换为数字量送入MCU 单元，MCU 单元根据测量数据，经计算得到杆塔接地电阻阻值。

图3 系统整体结构

1.3 系统特点

该系统与传统接地电阻检测方式相比，具有较为明显的技术优势。

1）系统最终测量结果为杆塔接地回路的接地电阻阻值，并且可以分别测量4 条引下线的电阻值，能够更好地体现杆塔接地性能及防雷性能。

2）测量时无须解开杆塔的多余接地引下线，提高了劳动效率。同时，该方法适用于无法解开引下线杆塔的接地电阻测量。

3）测量时无须打辅助地极，因此适用于无法打辅助地极的杆塔接地电阻测量。

4）传统钳表法在测量较小电阻时，感应电流将较大，从而影响测量精度。本系统不会因为被测接地电阻太小而导致的感应电流过大，从而保证了小电阻时的测量精度。

2 系统应用

利用本设备对怒江供电局江赖线150 号杆塔进行实际测量。该杆塔处于山顶，具有以下特点：一是接地良好，并且同线路周围杆塔接地良好；二是4条引下线接地，但有锈蚀，不易解开；三是所处环境较为恶劣，虽可以打辅助地极，但难度较大。

2.1 传统方法现场测试存在的问题

1）解开引下线困难。需要花费较长时间解开和安装杆塔接地引下线。其中，耗费约20 min 解开接地引下线，测量完毕后，耗费10 min 安装接地引下线。

2）铺设辅助地极困难。测量共有3 种方法采用三极法测量，均需铺设辅助地极，每次测量铺设辅助地极耗费约10 min。每测量只测量A，B，C，D 引下线接地阻值，而不测量杆塔整体接地电阻，在铺设辅助地极方面，耗费时间约40 min。

3）存在安全隐患。测量中，由于杆塔接地引下线难以拆解，在拆解过程中，可能出现人员受伤；在铺设辅助地极时，为了达到辅助地极所需距离，部分人员已站在山顶的悬崖边，存在较大安全隐患。

4）人员操作困难。采用三极法测量接地电阻时，辅助地极的铺线长度、电压极与电流极引线的夹角等因素都会对测量结果产生影响，因此该方法对于辅助地极的铺设有严格的技术要求。而实际操作中，这些因素往往难以掌握，从而影响测量精度。在解开和安装杆塔接地引下线时，由于多次繁重操作，有可能出现螺丝安装不紧、少安装螺母或垫片等情况，为杆塔的安全运行带来隐患。

2.2 接地电阻测试仪现场测量操作步骤

1）打开平板控制端，打开系统APP，进入测量操作界面；

2）输入线路名和杆塔号，打开主机电源，软件会自动与设备通过蓝牙连接；

3）取出副机配备的主副机连接线，将插头插在主机对应位置；

4）点击“自检”查看设备状态是否正常；

5）分别将4 对测试钳钳入杆塔接地引下线，钳口不能夹住异物；

6）打开主机电源，点击APP 中“测量”按键，系统开始测量，测量按键变为灰色。测量完成后，按键由灰色变回蓝色，测量结果显示在相应位置上；

7）测量结束后，再将测试钳从引下线取下，通过按动对应位置的卷线按钮将信号线收回至测试主机收纳盒中；

8）关闭主机电源，将主副机连接线断开并收纳，关闭平板控制端，完成测量。

2.3 接地电阻测试仪现场测试情况及分析

便携式接地电阻测试仪操作简便，省时省力，测量数据实时存储，极大方便了现场接地电阻的测量，全部测量过程不超过10 min。测量中，设备免解线、无辅助地极、一次性测量5 个接地阻值、断线报警四大优势均明显体现。现场测量状况如图4所示。

图4 现场测量

2.4 测量结果分析

测量实验共采用3 种不同的测量设备或测量方法，包括ZC-29B 三极法、CA6411 钳表法、便携式接地电阻测试仪的免解线测量方法。测量结果如表1所示。

表1 测量结果对比 Ω

从测试结果看，由于地势情况复杂，辅助地极的设置对于测量结果造成较大影响，因此各测量方法之间出现了较大的偏差，但均不影响对于杆塔接地性能的判断。利用本系统的测量结果与其他测试方法的测量结果无太大差别，体现出本系统具备实用性。

3 结语

针对输电线路防雷接地性能，提出了基于柔性互感器的接地电阻测量方法，并且开展实际现场测试验证其较好的应用效果。该系统避免了杆塔接地电阻测量时的繁重劳动，消除了操作过程中对于人员及设备的安全隐患，避免了人为操作所引入的测量误差。同时，能够快速准确测量杆塔接地系统整体接地性能，更充分地体现出输电线路的防雷指标，具有较好的应用和推广前景。