摘要：接地電阻值是發電廠、變電站接地系統的重要技術指標,是衡量接地系統的有效性、安全性以及鑒定接地系統是否符合設計要求的重要參數。對于新建站和改造站在接地工程施工完成后,還必須通過實測來確定其真實值,以考核是否達到設計要求。
　　關鍵詞：接地電阻；測量方法；存在問題；解決措施
　　一、 前言
　　接地電阻值是發電廠、變電站接地系統的重要技術指標,是衡量接地系統的有效性、安全性以及鑒定接地系統是否符合設計要求的重要參數。對于新建站和改造站在接地工程施工完成后,還必須通過實測來確定其真實值,以考核是否達到設計要求；另外,為了檢查運行中發電廠、變電站接地系統的狀況,有關技術規程也規定了接地電阻的測試周期。因此,接地電阻的測量是接地系統驗收和運行過程中檢查其合格與否的重要手段。因而,準確地測量發電廠、變電站接地系統,特別是大型接地系統的真實接地電阻是長期困擾電力工作者的一大難題。DL475—92《接地裝置工頻特性參數的測量導則》規定了對大中型地網應采用工頻大電流法,且電流要達30A；但該方法需要大容量的升流設備,且引線要滿足電流要求，在現場測量中要滿尺30A的測試電流具有一定的難度。在測試中還要受到地網雜散電流的影響,測量引線互感的影響,放線方向土壤電阻率在各方向不均勻程度的影響。該方法在現場試驗中相當麻煩,特別是如何升電流到30A,如何有效地排除干擾,是需要我們認真研究的課題。
　　二、工頻大量流試驗方法及其實施
　　采用電壓、電流法測量接地電阻的試驗接線如圖1所示。這是一種常用的方法。
　　施加電源后，同時讀取電流表和電壓表值，并按下式計算接地電阻，即
　　（1）
　　式中Rs——接地電阻，Ω；
　　U——實測電壓，V；
　　I——實測電流，A。
　　
　　圖1電壓電流法測接地電阻的試驗接線
　　T1-隔離變壓器；T2-變壓器；1-接地網；
　　2-電壓極；3-電流極
　　圖1中，隔離變壓器T1可使用發電廠或變電所的廠用變或所用變50-200KV，把二次側的中性點和接地解開，專作提供試驗電源用；調壓器T2可使用50-200KVA的移圈式或其它形式的調壓器；電壓表PV要求準確級不低于1.0級，電壓表的輸入阻抗不小于100kΩ，最好用的分辨率不大于1%的數字電壓表（滿量程約為50V）；電流表PA準確級不低于1.0級。
　　電極為直線布置
　　發電廠和變電所接地網接地電阻采用直線布置三極時，其電極布置和電位分布如圖2所示，其原理接線如圖1所示。
　　
　　圖2測量工頻地裝置的直線三極法電極和電位分布示意圖
　　直線三極法是指電流極和電壓極沿直線布置，三極是指被測接地體1、測量用的電壓極2和測量用的電流極3。一般，d13=（4～5）D，d12=（0.5～0.6）d13，D為被測接地裝置最大對角線的長度，點2可以認為是處在實際的零電位區內。
　　實驗步驟如下：
　　（1） 按圖1接好試驗接線，并檢查無誤。
　　（2） 用調壓器升壓，并記錄相對應的電壓和電流值，直之升到預定值，比如30A，并記錄對應的電壓值。
　　（3） 將電壓極2沿接地體和電流極方向前后移動三次，每次移動的距離為d13的5%左右，重復以上試驗；三次測得的接地值的差值小于電阻值的差值小于5%時即可。然后三個數的算術平均值，作為接地體的接地電阻。
　　當被測接地裝置的對角線較長，或在某些地區（山區或城區）按要求布置電流極和電壓極有困難時，可以利用變電所的一回輸電線的兩相導線作為電流線和電壓線。由于兩相導即電壓線與電泫線之間的距離較小，電壓線與電流線之間的互感會引起測量誤差。這時可用四極補償法進行測量。圖3是消除電壓線和電流線之間的互感影響的四極法的原理接線圖。圖3的四極是指被測接地裝置1、測量用的電壓極2、電流極3以及輔助電極4。輔助電極4離被測接地裝置邊緣的距離d14=30-100m，用高輸入阻抗電壓表測量1、2，1、4和2、4之間的電壓。電壓U12、U14和U24以及通過接地裝置流入地中的電流I，得到被測接地裝置的工頻接地電阻。
　　
　　圖3四極法測量工頻接地電阻的原理接線圖
　　1- 被測接地裝置；2-測量有電壓極；3-測量有電流極；4-輔助電極
　　Rg=(2)
　　式中U12——被測接地裝置1和電壓極2之間的電壓；
　　U14——被測接地裝置1和輔助極4之間的電壓；
　　U24——電壓極2和輔助極4之間的電壓；
　　I——通近接地裝置流入地中的試驗電流。
　　
　　三、試驗中存在的問題及解決措施
　　1、 如何把試驗電流升到30A。
　　在試驗時,為了有效排除地網雜散電流的干擾,提事測量的信噪比,
　　DL475—92《接地裝置工頻特性參數的測量導則》規定了試驗電流致少應達30A,但是要把試驗電流升到30A并不是一個容量的事。首先要解決的是試驗電源的容量問題；其次是試驗電源的輸出電壓；還有如何有效降低測試回路的阻抗間題和試驗電源的隔離問題。
　　a、關于試驗電源、用工頻電流、電壓法測量接地網的工頻接地電阻可用單相或三相調壓器作為試驗電源；調壓器的容量致少應達到100kvA，輸出電壓應為0—600v；輸出電流應達0—100A。
　　b、有條件的應在調壓器的前面串接隔離變壓器進行隔離,以免造成接地電流產生分流,如我們在測試一個大型發電廠升壓站的接地電阻時,使用單相200kvA的調壓器,調壓到600v試驗電流不到10A,后檢查是從電源變壓器分流所致。如沒有大容量的隔離變壓器,可采用容量合適的廠變或所變代替,或者另外臨時安裝一臺容量合適的配電變壓器,關鍵是電源變壓器的中性點不能接地。最好電源變壓器的二次側不要帶其它負荷線路,以防有其他不明的分流點。
　　C、盡量的減小試驗回路的阻抗當調壓器的輸出電壓一定時,決定能否把試驗電流升到預定值的主要是試驗回路的阻抗,回路阻抗主要由以下幾部分組成:
　　Z=Zr+Zl+Zj+Zs(3)
　　式中:Z—試驗回路總阻抗,；Zr—調壓器內阻抗,大小與調壓器容量有關；Zl—試驗回路電流線的阻抗,其值與電流回路的長度和電流線的截面大小有關,因要滿足30A的電流要求,所使用導線的截面一般不能太小,所以Zl在回路阻抗中所占比例也不大；Zj—被試地網的工頻接地阻抗,對大中型地網來說一般不大于5Ω:Zs—試驗時電流接地極的接地阻抗,此阻抗與電流極所在位置的土壤電阻率,電流極接地裝置的型式有關,一般在10∽100之間。當調壓器容量和電流線長度和截面滿足要求后,回路阻抗主要由電流極的接地阻抗決定。因而如何有效地降低電流極的接地電阻就成為試驗電流能否升到預定值的關鍵。因而,在選定電流極接地點的位置時,一定要選土壤電阻率較低的地方打電流極,必要時要事先做成一小型試驗接地裝置,加食鹽或降阻劑把試驗接地裝置的接地阻抗處理到預定值以下。
　　Zs=-(Zr+Zl+Zj)(4)
　　式中Zs—試驗接地裝置的接地阻抗,Ω；U—調壓器的輸出電壓,v；I—試驗電流的預定值,A；其余同3式。
　　有時為了減少電壓線和電流線這間互感的影響，使用架空線的一相作電流線,在試驗中如遇到升電流有困難時，應檢查架空線路的導線接頭是否接觸好，接觸電阻是否過大，如我們有一次在做一水電廠的接地電阻測試時，調壓器調到滿量程卻升不起電流，最后檢查是由于試驗時所用的35kV架空線路導線弓子接頭長期失修、氧化，使接頭處電阻過大所致，經處理后電流才會升到預定值。
　　四、試驗中的主要干擾及消除干擾的措施
　　1．零序電流干擾及抗干擾措施
　　發電廠、變電所的高壓出線由于負載不平衡，經接地體部有一些零序電流流過，這些電流注過接地裝置時會在接地裝置上產生電壓率，給測量結果帶來誤差，常用如下措施進行消除。
　　（1）增加測理電流的數值，消除雜散電流對測量結果的影響。我們知道接地電阻Rg=即接地電阻等于接地裝置上的電壓降與電流的比值。這個電壓主要是試難時施加的測試電流產生的，但是如在地網中的零序電流較大，這個電流也會在接地裝置上產生壓降影響測試結果。為了提高測試精度，最有效的辦法是加大測試電流，以減小零序電流分量所占比例。因此，“測量導則”規定：“通過接地裝置的測試電流大，接地裝置中零序電流和干擾電壓對測量結果的影響下，即工頻接地電阻的實測值誤差小。為了減小工頻接地電阻實測值的誤差，通過接地裝置的測試電流不宜小于30A”。可見，加大測試電流的辦法是減小零序電流干擾的最有效措施。
　　（2）測出干擾電壓U’，估算干擾電流I’。在使用電流電壓法測量工頻接地電阻時，在開始加壓升流前，先測出接地裝置的零序干擾電壓U’，如圖14-9所示。
　　按圖接好線后，升壓前先將S1斷開，用電壓表先測量零序干擾電壓U＇12、U’14和U’24，然后按式（14-17）估算零序干擾電流的值
　　（5）
　　式中U’12=零序干擾電壓，V；
　　I’——零序干擾電流，A；
　　Rg——接地電阻估算值，。
　　當零序干擾電流估出后，試驗時所升的電流I=（15-20）I’，可使沒量誤差不大于5%-7%。
　　
　　圖4消除干擾測量結果影響的原理接線
　　（3）利用兩次測量的結果，對數值進行校正，即先用電源正向升流側出U1，然后將是源反向，測量另一組數據U2并測出干擾U’。則
　　（6）
　　式中U——校正后的電壓，V；
　　U1——電源反向前所測數值，V；
　　U2——電源反向后所測數值，V；
　　U’——電源斷開后測得的零序干擾電壓，V。
　　如果外界干擾電流的頻率與測量電流的頻率不同，而為其諧波時，則U1=U2，此時，
　　（7）
　　（4）對每一個測點用三相電壓輪換沒量三次，然后按下式計算接地電阻，即
　　（8）
　　式中Rg——接地電阻，；
　　Ua、Ub、Ue——分別用A、B、C三相電壓時測得的電壓值，V；
　　Ia、Ib、Ie——與Ua、Ub、Uc電壓相應的測量電流，A；
　　U’、I’——干擾電壓和電流。
　　（5）為了準確的找到“零電位”區，可求d13=(4-5)D,d12=(0.5-0.6)d13.如d13取（4-5）D有困難，而接地裝置周圍的土壤電阻率又比較均勻，測量引線可適當縮短。當采用電極直線法布置，允許測量誤差為±5%時，電壓極的允許范圍是表14-3；當允許測量誤差炎10%時，電壓極布置的允許范圍見表1。
　　
　　表1電極直線法布置誤差±5%時電壓極的允許范圍
　　d13 5D 3D 2D
　　d12/d13 規定值 0.56-0.666 0.585-0.646 0.594-0.634
　　 近似值 0．62±0.05 0.62±0.03 0.62±0.02
　　2.消除引線互感對測量的干擾
　　當采用電流電壓法測量接地電阻時，因電壓線和電流線要一起放很長的線距離，引線的互感就會對測量結果造成影響，為了消除引線互感影響，通常采用以下措施。
　　（1）采用三角形法布置電極，因三角形布置時，電壓線和電流線相距的較遠，互感也就小，不會造成大的影響。
　　（2）當采用停電的架空線路，直線布置電極時，可用一根架空線作為電流線，而電壓線則要沿著地面布置，兩者慶相距5-10m。
　　（3）采用四極法可消除引線布感影響，另外還可采用電壓、電流表和功率表法測量。
　　
　　五、對測量儀表和引絲截面的要求
　　
　　（1）電壓表內，電壓表與電壓極相串聯，其內阻對測量準確有影響，此時電壓表的讀數為
　　Uv=U-IvR2(9)
　　Iv=(10)
　　解此兩式得
　　（11）
　　式中Uv——電壓表的讀數，V；
　　U——電壓表和接地體之間實際電壓，V；
　　RV——電壓表的內阻，；
　　R2——電壓極的電阻，；
　　IV——通過電壓表的電流，A。
　　由于RV存在，使得測出的電阻誤差為
　　（12）
　　式中負號表示測出的接地電阻較實際值偏小。從式（14-24）看出，如果要求由電壓表內阻引起的誤差小于3%時，則電壓表的內阻應等于或大于電壓極電阻50倍。
　　若RV小于R250倍，采用電磁或電動式電壓表時，則應按下式校正，即
　　（13）
　　然后近下式計算接地電阻，即
　　（14）
　　式中Rg——接地電阻，；
　　U——校正后的電壓，V；
　　I——試驗電流，A。
　　因此，電壓表應采用高內阻的，如數字電壓表、靜電電壓表等。
　　（2）表計準確級，測量接地電阻所用的電壓表、電流表、電流互感器等的準確的不慶低于0.5級。
　　（3）導線截面，測量時電壓極引線的截面不應小于1.0-1.5mm2；電流極引線的截面由電流值的大小而定，選用以每平方毫米5A為宜，與被測接地體連接地導線電阻，應不大于接地電阻的2%-3%，并要求接地體的引張處置經除銹處理，接觸良好，以避免測量誤差。
　　六、結束語
　　工頻電流電壓法測大中型接地網的接地電阻是DL475—92《接地裝置工頻特性參數的測量導則》規定的方法,且要求試驗電流要達到30A,要達到這個電流值需做多方面的工作,并要根據被試接地網的具體情況采取切實可行的措施,其主要措施是有效地降低測試回路的阻抗,尤其是要有效地降低電流接地極的接地電阻。在測試時還要注意各種干擾并采取有效的抗干擾措施。只有這樣才能測出大中型變電站接電阻的真實值,結果才是可信的。