大型变电站地网测试技术培训教材.ppt

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1、,大型变电站地网测试技术（1）广东电网公司电力科学研究院,接地电阻的定义接地电阻R=U/IU的定义：地网中注入测试电流I所引起的地网电位升高，这个电位升高是相对零电位点的电位升高。I的定义：注入测试电流中通过地网的散流部分。准确测量地网接地电阻的关键：（1）合理地布置测量电压极；（2）准确地测量通过接地网入地散流的测试电流部分。,变电站地网接地电阻测试存在的问题：分子U：（1）零电位点的确定（2）测量方案（3）地网对角线的选取和放线的长度（4）工频和高频干扰（5）电流线和电压线之间的互感影响分母I：（1）对测量电流的分流,三极法：围绕地网接地电阻R=U/I I为注入测试电流中通过地网的散流部分

2、，需要形成一个回路，测试时设置一个电流极C；U为地网中注入测试电流I所引起的地网电位升高，这个电位升高是相对零电位点的电位升高，为了获得零电位点，测试时设置一个电位极C（通常称为电压极）。将电流注入接地装置，测量该电流和接地极与电压极之间的电压。接地装置G、电流极C和电压极C组成的三极系统，在一条直线上或呈一个角度排列，当成一条直线时称为直线法，当成30时称为30夹角法，当成为一个角度时称为远离夹角法（反向法是其中的一种）。,三极法由于一般采用电流表和电压表进行测量，所以又统称为电流电压表法。电位降法：在美国标准ANSI/IEEE811983中，电压极在接地装置和电流极之间的各点，分别测量出不

3、同电压极位置对应的视在接地电阻，作出视在接地电阻岁电压极位置改变时的变化曲线，曲线平坦段（零电位面的特点是它附近的电场强度最小）对应的接地电阻即为接地装置的接地电阻。0.618法：电位降法的简易应用。,1 不规范地运用直线法，导致大部分情况测量不准确直线法（0.618法）的由来，不得不花点时间从接地电阻测量的原理说起，是电位降法的简易应用。电位降法测量接地电阻时，电压极和电流极可以布置在相同的方向，这就是我们常用的直线法，这时需要寻找对应真实接地电阻的电压极的位置。合理地布置测量电压极是进行接地电阻测量的关键。,推导：当三个电极在一条直线上时，以半径为r的半球接地极来推出电压极的正确位置。,假

4、设土壤电阻率为且各向均匀，根据电磁场理论，某个点电流源I在距离为r处产生的电位（相对无穷远零电位点）为。当向接地电阻为R、半径为r的半球接地极施加电流I时，半球的电位为，由此很容易得到半球的电阻为。,在接地装置和电流极之间施加电流I 时，电压极的电位为：显然，当DGP=DCP时，VP=0，即在接地装置和电流极连线的中间的电位为零，也就是说，由于电流极的引入，将无穷远处的零电位面移到了电极连线的中部，直接测量接地装置和电压极之间的电位差即为接地装置对无穷远处的零电位点的电位。,考虑到接地装置的尺寸（半径为r的半球）和电流极的引入，接地装置上的电位为,从接地装置和电压极之间实际测量到的电位为,实际

5、测量得到的半球接地极的接地电阻为 可见，有电流极存在时，由于零电位面的移近，导致实际测量得到的结果偏小，导致接地电阻减小的实质是电流极的存在改变了接地装置的电位分布（把电位拉低）。,有电流极存在时，由于零电位面的移近，导致实际测量得到的结果偏小，导致接地电阻减小的实质是电流极的存在改变了接地装置的电位分布（把电位拉低）。,右边第一项为半球接地装置的真实接地电阻值，第二项为接地电阻的测量误差R，为了保证测量结果的准确性，必须使R=0，即,显然，能满足上式是将三个分母趋向无穷大，实际上，如果取DGC=10r=5D（其中D为地网直径，或对角线长度），并取DGP=DPC=DGC/2=5r，代入上式得到

6、即测量结果比实际值偏小10%。,“补偿法”的提出：既然电流从接地装置进从电流极出，零电位面必在DGP=DPC=DGC/2处，但为什么把在零电位面处的测量结果反而不正确了呢？因为实际零电位面应在无穷远处，现在移近了，测得的结果仍要偏小。为了补偿因零电位面靠近地网引起的误差，需将电压极由50%DGC的零位面移到的61.8%DGC非零位面处，这样测量结果就正确了，这种方法称为“补偿法”，相应地，61.8%DGC的非零位面初称为“补偿电位点”。,推导：令DGP=DGC，于是 DPC=DGC-DGP=(1-)DGC，代入上式得 得到=0.618或=1.618也就是说，把电压极打在0.618 DGC处，就

7、能得到正确的结果。,“30夹角法”：也是“补偿法”的一种，采用等腰三角形电极布置，此时放线比较短，只需DGP=DGC=2D 即能满足要求。,推导：从接地装置和电压极P之间实际测量到的电位为 实际测量得到半球接地极的接地电阻为,上式右边第一项为半球接地装置的真实接地电阻值，第二项为接地电阻的测量误差R，为了保证测量结果的准确性，必须使R=0，即 由于DGP=DGC，得到,解以上方程得到=29。从直观来看，采用等腰三角形电极布置时，零电位面应该在夹角=60的地方，但同样由于本应在无穷远处的零电位面移近了，同样会造成测量误差，如果将电压极移至夹角为29，补偿一些电压值，则能消除测量误差，使测量结果正

8、确，因此这种测量方法也称为“夹角补偿法”。需要强调的是，这种方法也是基于均匀土壤模型推导出来的，因此，如果土壤电阻率不均匀，测试结果误差也会很大。,直线法可能带来很大的误差：（1）零电位点找不准（电压极布置不合理）；（2）电流线和电压线之间互感的影响；（3）地网附近土壤结构呈现水平分层或垂直分层的不均匀性，导致不符合理论模型，存在原理性误差，广东的情况比较典型。如果土壤电阻率不均匀，零电位面就不一定在接地装置和电流极的中央，此时需要通过实测找到零电位面的所在地。,零电位面的特点是它附近的电场强度最小，所以可以将电压极前后移动，找出电压值变化最小的区域，例如每次移动约找出电压值变化最小的区域就可

9、以了。但这种方法也可能造成更大的误差，因为低土壤电阻率地带的电场强度也很小，找到的可能根本不是零等位面，而是低土壤电阻率地带。因此，补偿法不能根本解决土壤不均匀的影响的原理性突出缺点，在条件允许时尽量采用远离法。,2 远离法基于零电位点在无穷远处，除了接地装置和电流极之间存在零电位面，在接地装置左边无穷远处也是零位面，因此可以把电压极放在接地网左方很远处，这时的存在偏小的测量误差，需要修正。远离法可以比较有效地消除土壤不均匀性的影响，而且避免了电流线对电压线之间互感的感应干扰。,反向法：电压极和电流极可以在相反的方向布置，这就是常用的反向法，这时可以直接得到地网的接地电阻值。由于电压极不是零电

10、位，电压表测量的电位差较实际值小而导致接地电阻测量结果比真实值偏小，实际应用时，需要对测量值进行修正而得到真实值，电压极引线越长，测量误差就越小。因此，方向法测量得到的接地电阻值可以作为接地电阻的下限。如果反向法测量结果仍然不能满足对接地电阻的要求，则该接地网的接地电阻肯定不能满足要求。,远离法（包括反向法）修正公式见DL4752006接地装置特性参数测量导则,远离夹角法的修正系数,减小干扰的方法：（1）避开地下金属管道；（2）电压线应直接从地网引出而不要从电流线引出，以排除电流线阻抗与接触电阻的影响；（3）采用交流电源时，应采用换相法消除干扰电压的影响；（4）电流线和电压线之间的距离需大于1

11、0m，以减少互感的影响。,DL/T4752006接地参数特性参数测量导则明确要求：大型接地装置一般不宜采用直线法测量。如果条件所限而必须采用时，应注意使电流线和电位线保持尽量远的距离，以减小互感耦合对测量结果的影响。大型接地装置的界定,关于电流极 注入地网电流=测试系统输出电压/电流回路电阻，要求工频大电流法（50A以上）和类工频小电流法（3A以上）电流回路电阻=地网接地电阻+电流线电阻+电流极电阻,电流（极）回路电阻电流线和电压线布线路径的要求电流极和电压极回路的检查布线完成后回路电阻测量和回路的检查,电压（极）回路电阻的要求红相选频万用表注意事项,类工频小电流法在运行变电站地网状态评估中的

12、应用论证了对于运行的无法拆除避雷线的变电站，采用类工频小电流法并结合避雷线分流的测量以剔除避雷线分流的影响，获得较为真实的变电站接地电阻，解决一直以来运行变电站由于带着避雷线而导致接地电阻测量不准确的难题的可行性，为运行变电站接地网状态评估提供正确的依据。,试验方案要求现场踏勘，合理的测量方案非常重要。测试电流要求：工频大电流法（50A以上）和类工频小电流法（3A以上），建议优先选用类工频小电流法，测量分流只能用类工频小电流法。地网对角线的选取：关于地网等效尺寸、最大对角线，适当考虑引外射线和斜井对地网对角线的选取的影响。（龙潭、蝶岭）,电流线和电压线布置方案：对于大型地网（尤其是500kV变

13、电站），不宜采用直线法测量（原因有：（1）放线长度长，互感影响不容忽视；（2）零电位找不准），而应采用远离夹角法测量，并按照DL/T475-2006接地装置工频特性参数测量导则中的公式（2）进行修正。电流极和电压极距地网尽可能远，至少4至5倍地网最大对角线长度的距离。当变电站周围土壤电阻率比较均匀时，可以选择30度夹角法布线，此时电流极和电压极距离地网边缘约2至3倍。,布线长度的确定：电流极和电压极的长度应为与接地网最外侧边缘的距离，由于500kV变电站地网尺寸很大，地网边缘的确定对布线长度有比较大的影响，应采用GPS进行精确定位。电流极的布置要求：为降低电流回路电阻，以便获得满足要求的测试电

14、流，电流极不宜采用传统打桩方式，应充分利用水洼、10kV杆塔独立地网、水沟等便利条件。布置好电流极后，先采用普通接地摇表测量电流回路电阻值，尽量控制在40之内，如不能满足要求，需要重新寻找接地电流极位置，直到满足要求。,电流极布置完成后，采用普通接地摇表测量电流回路电阻，目的：（1）电流回路通否？（2）了解电流回路电阻值，以便了解设备的测试电流出力是否满足测试要求，并选择测量类工频测量系统的匹配挡位。电压极布置完成后，采用普通接地摇表测量电压回路电阻，目的：（1）电压回路通否？（2）电压线沿线是否有破损点或中途入地点，可以通过将电压线与电压极脱离后测量结果（应为开路）得知，如果雨天地湿或电压线

15、有破损点浸入沿线水中，此时回路电阻并非足够大（通常显示几千欧），将导致接地电阻测量结果偏小，此时应沿线巡视作出处理，直到将电压线与电压极脱离后电压回路测量结果满足要求（大于20k）。,关于变电站地网引外降阻的评价实例：某位于市区的110kV新建GIS变电站，主接地网等效对角线长度D85m，共有2回110kV电缆出线，电缆外皮在对侧变电站一点接地，在该站侧经过保护器（氧化锌高阻筏片）接地网，GIS内两回110kV出线地刀打开；站内的消防水管与主接地网相连，但与站外的消防水管通过塑料过渡接头连接，地网未引外；10kV出线电缆尚未安装进站。地网设计变更前本站主接地网可视为与外界无电气联系的孤立地网。

16、,由于本站地网面积较小，接地电阻难以达到设计要求，设计变更时采用两根长2.1km，截面300mm2的塑胶绝缘1kV电缆通过变电站引外电缆沟并排引到附近的一个220kV变电站，电缆两端分别与220kV变电站和本站的主接地网相连接，中途没有接地点或驳接入地点，旨在将220kV变电站地网的低接地电阻引到本站来，达到有效降低本站地网接地电阻的目的。,选择30夹角的电流电压法测量地网接地电阻，原孤立主接地网的工频接地电阻测量值为0.545。采用两根引外的1kV塑胶绝缘电缆将220kV变电站和主接地网相连接组成的“新接地网系统”，所测量的地网接地电阻为0.461。需要指出的是，由于“新接地网系统”尺寸增大

17、了数倍甚至十数倍，仍采用基于原孤立主接地网尺寸的测量线，其长度远远不足，由于测量线长度不能满足待测新接地网系统的要求，该测量结果并不能准确反映真实的“新接地网系统”接地电阻值，只能供分析参考。,为分析两根引外的1kV塑胶绝缘电缆对本站地网降阻效果的影响，以及便于对测量的两根塑胶绝缘电缆对测试电流的分流进行处理，本次试验在本站原主接地网#2主变接地引下线处注入电流频率48Hz、电流6.0A的测试方式下，采用柔性罗哥夫斯基线圈分别测量两根引外的1kV塑胶绝缘电缆对测试电流的分流（模）。采用双通道示波器分别记录#1和#2塑胶绝缘电缆流过的48Hz电流与注入电流波形比较，计算#1和#2塑胶绝缘电缆的分

18、流波形与注入地网的测试电流波形存在的相位差。,为准确评价两根引外的1kV塑胶绝缘电缆对测试电流的分流贡献，对两根引外的1kV塑胶绝缘电缆的分流采用以下处理方法：根据实测的流过每根塑胶绝缘电缆的电流值（模），以及流过每根电缆的分流与测试电流之间的相角差，计算该电缆的分流在测试电流方向上的投影值，然后利用测试电流减去两根电缆分流投影值之和，得到实际通过110kV本变电站接地网进入大地的测试电流散流值。,在地网注入48Hz、6.0A测试电流，实际通过主接地网进入大地的有效测试电流散流值为5.136A。,地网设计变更后增加的两根外引到220kV变电站的塑胶绝缘1kV电缆对测试电流的分流系数仅为14.4

19、%，尽管220kV变电站地网接地电阻较低，但由于电缆长度太长（相对与待降阻的本站地网尺寸），电缆阻抗的限制，所带来的实际分流效果比较差，远比想象中的贡献要小得多。,如何计算两根引外的1kV电缆的设计变更后主接地网的接地电阻值？与通常运行变电站测试的处理相反。将原主接地网加上两根1kV绝缘电缆与220kV变电站地网组成的“新接地网系统”看成一个“黑箱”，已知注入该“黑箱”的测试电流，只需精确计算出注入该系统的测试电流后主接地网的电位升高，即可得到“新接地网系统”的接地电阻值。,原孤立主接地网的电位升高与注入的测试电流是成比例的，该比值k即为地网接地电阻（k=0.545）；另一方面，与接地网引外射

20、线或外扩不同，两根1kV绝缘电缆沿途并没有发生电流泄放入地，两根绝缘电缆对测试电流只做简单的分流处理而不会对主地网电位升高的计算带来明显的误差。基于以上分析，可以计算出对新的“黑箱”系统注入48Hz、6.0A测试电流，实际通过本站主接地网进入大地的有效测试电流5.136A时，本站主接地网的电位升高为 U=k5.136=0.5455.136=2.799(V),在“新接地网系统”的本站侧地网上注入48Hz、6.0A测试电流时，采用两根引外的1kV塑胶绝缘电缆的设计变更后本站主接地网的接地电阻值R为 R=U/I=2.799/6=0.467（）以上结果与测试结果（0.561）非常接近，佐证了实测的结果

21、仍然是可信的。,分析原因：尽管“新接地网系统”尺寸增大了数倍甚至十数倍，导致测量放线远远不足，理论上实测结果不能准确反映真实的“新接地网系统”接地电阻值。但本案例有其特殊性，一方面，与接地网引外射线或外扩不同，两根1kV绝缘电缆沿途并没有发生电流泄放入地，两根绝缘电缆对测试电流只做简单的分流处理而不会对本站主地网电位升高的计算带来明显的误差，另一方面，两根1kV绝缘电缆的分流比率偏低（仅14.4%），对由于放线便短而带来的测量误差非常有限。,评价：（）本站独立地网接地电阻为0.545，略大于设计值，应立足于就地改造，如打深井方式。若采取降阻改造措施如地网接地电阻仍不能达到设计要求，经技术经济比

22、较，可通过实测和理论模拟计算分析（可采用CDEGS电流分布、电磁干扰、接地和土壤结构分析软件）来评估变电站设计最大单相短路电流下，所引起接地网的电位升高、跨步电压和接触电压等特性参数来判断地网是否满足运行要求。,目前采取设计变更而采用2根长2.1km的1kV电缆将本站与附近的220kV变电站地网相连，以降低接地电阻的做法不妥，不能提倡，必须从设计环节就加以杜绝。理由有以下几个方面：（1）实际的散流和降阻效果有限，存在技术经济指标变差的问题。本站所接的两根1kV绝缘电缆对待降阻接地网的散流贡献与想象的相比要小得多，其作用是非常有限的，尤其是距离比较远的情形（相对于原主接地网的尺寸），也就是说，采

23、用长距离外引来达到主接地网降阻目的的效果非常有限。换句话说，如果本站原孤立主接地网的接地电阻比较高，则采用本案例的降阻处理是达不到预期目的的。,（2）采用的电缆太长，流过电缆的压降必须考虑，实际实施要考虑电缆本身流过短路电流时的压降，以及电缆1kV的绝缘是否够，还要考虑所连的对侧220kV变电站短路时对本站的影响。（3）实际运行中，发生短路故障时，考虑电缆的压降后，电缆实际的分流效果会更差。（4）将2个变电站地网相连，任何1个变电站发生工频接地短路故障时，短路电流都会影响到另1个站，严重者可能存在将某个地网的电位升高通过该电缆引至对侧变电站地网，对二次设备和人员造成威胁，给运行带来不定因素。,（5）电缆可能流过较大短路电流，要考虑动热稳定，特别是电动力的作用，敷设全线都要固定。综上分析，在本站本身独立地网接地电阻接近达标的前提下，增加两根电缆与附近变电站地网相连显得多此一举，弊大于利，建议考虑拆除2根长2.1km的1kV电缆的可能性。变电站地网降阻的基本原则仍是立足于原地网，因地制宜地就地采用合适的降阻措施，就本站的情况而言，站址的土壤电阻率不高，建议打数口深井即可有效解决问题。由于变电站运行的特殊性，为安全起见，也不应将变电站地网与邻近建筑物地网连接起来达到降阻目的。,谢谢,