毕业论文-发变电站接地安全设计(7)

第5章 接地参数测试

在电力工程中，选定了变电所或发电厂的厂址后，为了正确合理的设计接地装置，需 要知道发变电站所在地的土壤电阻率，土壤电阻率只有通过现场测试获得。根据测定的土 壤电阻率设计地网，在施工完成投入运行之前，要测量接地电阻、接触电压和跨步电压是 否在规定范围内，或者在设计值范围内，在满足要求后才能投入运行。地网运行一段时间 后，还要测试它是否满足安全要求。因此，接地参数的测试是变电所、发电厂地网设计、 运行必不可少的工作。下面分别介绍土壤电阻率、接地电阻、土壤表面电位分布的测试原 理和方法。

5.1 土壤电阻率测试

图 5.1 Winner 四电极法原理图

现场测量电阻率的方法是以稳定电流场理论为基础的。前面已讲到物质的电阻率是指 单位立方体该物质两相对面之间的电阻。由于土壤结构的复杂性以及含水量不同等原因，土壤电阻率可以在很大范围内变化，不可能用取样的方法获得大地电阻率。通常采用的方法有三电极法和四电极法。四电极法比三电极法更准确些，现在一般采用四电极法，四电极法又叫 Winner 法。下面介绍由四电极法确定电阻率的基本原理。

如图 4.1 所示，将C1 、C2 、P1 、P2 四根电极在一条直线上按等间距 a 打入地下，为了使打入的电极不影响地中电流分布，电极打入地下的深度 h 应满足 h a/20。

外侧两电极C1 、C2 为电流极，与交流或直流电源 e 串联，用电流表 A 测量入地电流，内侧两电极P1 、P2 为电压极，与电压表 V 相连，由于C1 、C2 流入和流出的电流均为 I，根

据前面讲的电源电极附近电位的计算方法，可计算出P1 和P2 点的电位为：

则P1 和P2 两电极之间的电位差，即电压表的读数为：

5.2 接地电阻测试

根据前面介绍的接地电阻的定义，接地电阻是接地短路电流经接地装置向无穷远处自由流散时，接地装置的电位V0 (以无限远处为参考)与经接地装置流入地中的电流 I 的比值。

如图 4.2，电流极与接地网边缘之间的距离为d13 ，一般取接地网最大对角线长度 D 的 4~5倍，以使其间的点位分布出现一平缓区域。但在接地电阻测量时，不可能将电流辅助电极 C 和电压辅助电极 P 放在无穷远处。而且，电流不是向四周的土壤自由流散，而是受辅助电流极 C 位置的影响，这时地下电场的分布将会发生畸变，给测量带来误差。但在进行接地电阻测量时，无论辅助电流极 C 放在何处，都应测到接地装置的实际接地电阻值。下面从理论上分析把电压极布置在什么样的位置上才能消除测量误差，从而得到真实的接地电阻。

要使测量结果符合实际值，即测量误差必须是 0，即 R =0。要使 R =0，有两种可能，

一种情况是d12 、d13 、d23 都足够大，则它们的倒数为零，但这种方法测量引线太长，实测 不方便，一般不采取。

另一种情况，令 R =0，即有：

5.3 影响接地参数测试的因素

1．地电阻率不均匀时

前面的理论分析是在 均匀情况下进行的，若土壤电阻率 不均匀时，将给接地电阻的测量带来误差。在土壤具有一个或两个剖面结构时，采用 0.618 法的测量误差随剖面两侧电阻率变化而变化，变化越大测量误差越大。特别在被测接地网和电压极之间，或电压极与电流极之间，如果存在一条有高电阻率地层(如冲沟，下涸河床等)，采用

0.618 法误差极大，测量时应当注意。

2．大地集肤效应的影响

交流电流通过接地网向大地流散时，由于地的电阻率相当大，在接地网附近因感应电 势而引起的电压降远小于电阻电压降，因面对接地网附近直流和交流的作用可以认为近似相同。但是当使用导线—大地回路来测量接地电阻时，由于交流电流在接地网和电流极间的广大区域内流动，就要在这区域内产生相当强的磁场，具有集肤效应，使电流通过区域截面变小，电阻增大。

3．极化效应的影响

当直流或交流在地网和辅助电流极 C 之间流动时，由于激发极化效应，在断开电源后， 地面上两点间的电位并不立即降到零，而从某一数值开始近似于指数衰减，一般要经过几秒或几分钟后才降到零，如果采用注入大电流的电压电流法测量接地电阻后，如果立即又用摇表去测量，有可能会产生异常现象。

4．地中的自然电场和人工电场

自然电场有：化学电场、扩散电场、大地电流场及雷暴电场等，使大地带有一定电位。 如果这电位与接地体电位之比较大就要考虑误差。

地中人工电场有：变压器中性点的零序电流、中性点不接地系统中的不平衡电电流、 直流装置的泄漏电流等产生的人工电场将在地网和电压极之间产生电位差，给测量带来误差。

5．地下金属管道

在测量电极的下面遇有金属管道使得电极与接地体之间的距离减小，因而减小接地电阻。

6．电压极与电流极引线间的互感

由于电压极和电流极引线往往是平行的(比如用架空线)，因此当电流经电流极引线流动时，在电压极引线中会产生互感电势，使电压表测量电压增加，因而测得的接地电阻增大。

5.4 接触电压和跨步电压测试

为了验证发电厂、变电所内接触电压和跨步电压是否满足人身和设备安全的规程要 求，需要对跨步电压和接触电压进行实际测量。当电流 I 通过接地网和电流辅助电极在地中流散时，将电压表 V 一端接电流入地点，另一端与放在被测电位点 1 的铜板相连接，电压表 V 的读数Vj ，V 0 。V1 为被测点 l 的接触电压。铜板面积为 26 26cm2。式中V0 为地网电位，V1 为被测点的电位。这样可以很方便地测量所或站内地面上任意一点的接触电压。

在进行跨步电压和测量时，可以在所内任何方向选择若干点，使得这些点之间的距离 为规程规定的跨步距离，比如我国规定值为0.8m。如方向①上的 A、B 两点，先测出

A、B 两点的接触电压，Vja 、Vjb 。则有：

通过(5-24)式就可算出方向①上的跨步电压分布。

因为在测量时，不可能加入实际系统的入地短路电流几 kA 或几十 kA。一般只能加入 几十到几百安，测得的接触电压和跨步电压应按比例尺放大。即：U 实 KU 测 ，式中K

=I 实 / I测 。

注意事项:

1、路避雷线与接地网应断开，避免架空地线分流；

2、电压、电流极应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上； 3、避免电流和电压引线平行接近；

4、电流和电压极引线与接地网的连接点宜选在高压配电装置的接地处；

5、在测量电压极铜板与地面接触不好的地方，可用重物将铜板压紧，或用水将地面 浇湿。应尽量避免在雨后立即进行实测。

6、在实测时，应随时监视地网电位升高，以防止由于地网电位升高，对一、二次测 试设备及人身安全造成危险。

5.5 冲击接地参数测试

在雷电冲击作用下接地体的冲击阻抗与冲击电流的幅值和波形有关，由于火花效应和 电感效应，冲击接地阻抗是非线性的。为了较准确地测试冲击阻抗，需要高参数的冲击电 流发生器。一般要 1~l00kA 的冲击电流发生器。

根据地网冲击相应电流i(t )和电压u(t )的测量波形，取其幅值之比为冲击接地电阻：

如果测量变电所或发电厂地面冲击电位分布，可将分压器与电流入地点的连接点解

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