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接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量新方法的研究

文檔作者：謝威1，孫江玉2，王衛(wèi)2 文檔來源： 1．貴州電網(wǎng)公司安順供電局 2．中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年02月10日
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2012年第6卷增刊1
2012，V01．6，Supplement 1
南方電網(wǎng)技術(shù)2011南網(wǎng)技術(shù)論壇獲獎(jiǎng)?wù)撐?續(xù))
SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY Articles Awarded in CSG Forum，20 1 1
文章編號(hào)：1674—0629(2012)S1．0011-04 中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量新方法的研究
謝威1，孫江玉2，王衛(wèi)2
(1．貴州電網(wǎng)公司安順供電局，貴州安順561000；2．中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南曲靖655000)
摘要：電位降法是接地網(wǎng)接地電阻的測(cè)量的基本方法，但是對(duì)某些地理環(huán)境比較特殊的接地網(wǎng)，采用電位降法將遇到很
大的困難。針對(duì)此問題，在現(xiàn)有接地電阻測(cè)量的基礎(chǔ)上，提出一種新的接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量方法。該方法放線距離短、
易于實(shí)現(xiàn)，采用修正方程式修正測(cè)量結(jié)果的方法，降低了誤差。最后通過分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的可行性，
并總結(jié)了該方法的應(yīng)用條件。
關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)；接地電阻；電位降；電流極
Research on New Measuring Method to the Earth Resistance of Grounding
XIE Weil，SUN Jiangyu2，WANG Wei2
(1．Anshun Power Supply Bureau，Guizhou Power Grid Corp．，Anshun，Guizhou，561000，China；
2．Qujing Bureau，CSG EHV Power Transmission Company,Qujing，Yunnan 655000，China)
Abstract：Fall-of-potential method is a basic method to measure the earth resistance of grounding network，but it will encounter great
difficulties when the geographical environment at the grounding network is very unusual．This paper proposes a new earth resistance
measuring method based on current earth resistance measuring methods．The method doesn’t need a long wire laying，thus it is easy to
be realized．The adopted correction equations can amend the measured results and reduce errors．The feasibility of this method iS
verified by analysis ofthe field test results，and the application conditions ofthe method are summarized．
Key words：grounding；earth resistance；fall—of-potential；current terminal
隨著近年來電網(wǎng)建設(shè)的高速增長，電力系統(tǒng)容
量不斷增加，流經(jīng)接地網(wǎng)的入地短路電流也越來越
大。同時(shí)，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量微電子及數(shù)
字設(shè)備應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)，這些設(shè)備也對(duì)接地網(wǎng)的安
全性能提出了越來越嚴(yán)格的要求。
檢測(cè)接地網(wǎng)的接地電阻值是保障接地網(wǎng)的安全
的一項(xiàng)重要工作。但由于電力系統(tǒng)接地網(wǎng)的規(guī)模越
來越大，采用傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的放線長度
將變得越來越長，這對(duì)于建在山區(qū)或城市周圍的接
地網(wǎng)來說，難度很高且極易發(fā)生安全事故；同時(shí)，
城中變電站越來越多，使用傳統(tǒng)方法受到各種電纜、
管道干擾，無法保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。因此有必要
研究接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量工作，提高地網(wǎng)測(cè)量的科
學(xué)性及正確性，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行以及相關(guān)安全
措施的制定奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
點(diǎn)之間的電阻。
如圖1所示，設(shè)大地的土壤電阻率均勻分布，
當(dāng)向地網(wǎng)注人電流f時(shí)，該電流將通過地網(wǎng)向大地四
周擴(kuò)散，并最終流向無窮遠(yuǎn)處。在電流通過土壤向遠(yuǎn)
處擴(kuò)散時(shí)，每層土壤都將呈現(xiàn)出一定的電阻，即圖l
中的RI、RE、R3?咫，根據(jù)定義，則接地電阻：
R=R+R1+恐+?+凡， (1)
式中，R為接地網(wǎng)自身的金屬電阻。
1 接地電阻測(cè)量方法介紹
1．1 基本測(cè)縣法接地電阻定義示意圖
定義：接地電阻為接地網(wǎng)相對(duì)于無窮遠(yuǎn)零電位電位降法或由其衍生的方法是測(cè)量接地電阻的
萬方數(shù)據(jù)
12 南方電網(wǎng)技術(shù)第6卷
基本方法。如圖2所示，將接地網(wǎng)G等效為半球形
電極，測(cè)量時(shí)布置電流極C和電壓極P兩個(gè)輔助電
極，將電流極和接地網(wǎng)連接構(gòu)成回路，并從地網(wǎng)注
入電流，將電壓極布置在接地網(wǎng)和電流極之間，用
電位計(jì)測(cè)量地表電壓，通過不斷改變電壓極位置進(jìn)
行測(cè)量，得到接地網(wǎng)與電壓極之間的電位降曲線，
分析測(cè)量曲線，認(rèn)為測(cè)量曲線中的飽和段電壓為接
地網(wǎng)相對(duì)于無窮遠(yuǎn)處的電壓，計(jì)算該電壓和測(cè)試電
流的比得到接地電阻的測(cè)量值。
z J —G氣網(wǎng)A()I rf C
?71 ，“““““““““。7，，，，，，，，，，，，，，，，，， (”
弋竺零電位面(無窮i i點(diǎn))
零電位、位置(A)
—
G C
圖2電位降測(cè)量理論
由于電位降法需要反復(fù)多次測(cè)量，工作量大，
不利于現(xiàn)場(chǎng)操作。因此在此基礎(chǔ)上發(fā)展了一系列簡(jiǎn)
化測(cè)量方法，其中最常采用的是遠(yuǎn)離法和補(bǔ)償法，
補(bǔ)償法又包括我國電力部門廣泛使用的0．618法和
30。夾角法。這兩種方法都簡(jiǎn)化了測(cè)量過程和數(shù)據(jù)
處理，而且30。夾角法分開了電流極和電壓極引
線，能減小兩者之間的耦合干擾。但現(xiàn)有測(cè)量方式
的前提是被測(cè)地網(wǎng)必須為半球電極且土壤電阻率恒
定為P，這在實(shí)際中是不存在的，因此如要使測(cè)量
值可信，必須將電流極引線放得足夠長(地網(wǎng)對(duì)角
尺寸的4～5倍)，以消除因?qū)嶋H地網(wǎng)結(jié)構(gòu)及土壤的
不均勻性造成的地電位偏移影響。電位降法在理論
上實(shí)現(xiàn)了對(duì)接地電阻的準(zhǔn)確測(cè)量，解決了輔助電極
引起的電流場(chǎng)畸變問題，成為事實(shí)上接地電阻測(cè)量
的標(biāo)準(zhǔn)方法。但電位降法要求測(cè)量引線足夠長，在
實(shí)際測(cè)量工作中，由于某些變電站由于地理位置和
地質(zhì)結(jié)構(gòu)較惡劣，采用傳統(tǒng)方法測(cè)量將變得非常困
難，測(cè)量結(jié)果誤差將變得很大。
1．2短距測(cè)量方法
現(xiàn)有短距測(cè)量法主要是建立在計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算
的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)被測(cè)地網(wǎng)、土壤介質(zhì)、電流極
等實(shí)體建立數(shù)值等效模型，求解土壤介質(zhì)的電流分
布方程以確定實(shí)際零電位點(diǎn)及補(bǔ)償點(diǎn)的具體位置，
最后按常規(guī)的補(bǔ)償法完成短距測(cè)量工作。短距法的
優(yōu)點(diǎn)是大大縮短了電流極的放線距離，減輕了勞動(dòng)
強(qiáng)度。但其理論基礎(chǔ)是建立在對(duì)地網(wǎng)及土壤結(jié)構(gòu)模
型的準(zhǔn)確建立之上，而這一點(diǎn)在實(shí)際測(cè)量中是幾乎
無法實(shí)現(xiàn)的，因此短距法因其技術(shù)限制，至今也未
實(shí)現(xiàn)推廣使用。
2新型測(cè)量方法
2．1改進(jìn)的測(cè)量方法
由于傳統(tǒng)的長距法與短距法都存在一些實(shí)際困
難，本文提出一種新的測(cè)量解決方案。本方法作為
傳統(tǒng)電位降法的補(bǔ)充，介于長距法與短距之間，能
有效縮短放線長度，又比短距法的精確度高。如圖
3所示，由于電流極的存在，使得無窮遠(yuǎn)處的零電
位面被移動(dòng)到地網(wǎng)與電流極之間的某個(gè)位置。測(cè)試
電流i在通過接地網(wǎng)經(jīng)大地流向電流極的過程中，
所有電流線必然都會(huì)穿過該零電位面。根據(jù)接地電
阻的定義，圖3中電壓表所測(cè)電壓u7除以電流f得
到的電阻足為此時(shí)被測(cè)地網(wǎng)與電流極的接地電阻
之和，即刷=R}+尼。
由于電流極的存在改變了接地網(wǎng)的電位分布，
使得此時(shí)的足比接地網(wǎng)和電流極的實(shí)際接地電阻
之和足要小。如4所示，曲線1為接地網(wǎng)單獨(dú)注入
電流時(shí)接地網(wǎng)的電位分布曲線，曲線2為電流極單
獨(dú)注人電流時(shí)電位分布曲線，曲線3為在接地網(wǎng)和
電流之間通人反向電流時(shí)的電位分布圖。根據(jù)接地
，， 電阻的定義，接地網(wǎng)的實(shí)際接地電阻為足=衛(wèi)；
。i
r r 電流極的實(shí)際接地電阻為：兄=選；則實(shí)際的和。
Z
電阻為：Rs=Ri+Rd。如果足和Ⅸ相差不大的話，
則有：
Rj=Rs—Rd≈聯(lián)一Rd。(2)
由于足的測(cè)量是很簡(jiǎn)單，因此可以先測(cè)量足，
再用長距法單獨(dú)測(cè)量電流極的接地電阻值兄，最后
由聯(lián)=Rf+硝的關(guān)系即可計(jì)算出被測(cè)接地網(wǎng)的接地
電阻值R；。此時(shí)算出的R：與實(shí)際的R；雖然有一定
的誤差，但是如果通過控制產(chǎn)生誤差的因素，使得
他們之問的誤差在合理范圍之內(nèi)，則能為地理?xiàng)l件
比較惡劣的接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量提供一條解決思
路。
萬方數(shù)據(jù)
增刊1 謝威，等：接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量新方法的研究13
圖3零電位面位置示意
位面
2．2誤差分析及減小誤差的措施
為了消除電位疊加引起的誤差，需要進(jìn)行誤差
分析。在理論分析中，為了計(jì)算和分析方便，一般
都用雙層土壤模型來模擬實(shí)際的土壤結(jié)構(gòu)，以半球
形電極來模擬實(shí)際的接地網(wǎng)。根據(jù)電流場(chǎng)理論，半
球形接地體的電位分布為：
廠] 肚牛2喜南I。(3)
式中，Pl為上層土壤電阻率；P2為下層土壤電阻
率；r為接地體半徑；h為上層土壤厚度，
K：魚二旦一
p2七pL
由圖4可知，此時(shí)電流極引起的接地網(wǎng)電位下
降為：
曄器廠弦2喜南j。(] 4)
接地網(wǎng)引起的電流極電位升高為： "等『擊+2喜南j。(5’
式中，L為接地網(wǎng)與電流極之間的距離。
由式(2)、(4)和(5)可知，降低誤差的方
法有：
1)隨著接地網(wǎng)與電流極之間距離L的增大，
AUi和△乩將變小。因此增大距離三是減少誤差的
有效手段；
2)通過測(cè)量土壤數(shù)據(jù)，建立雙層土壤模型，
將計(jì)算參數(shù)帶人式(4)和式(5)對(duì)測(cè)得的接地網(wǎng)
與電流極之間的電壓礦進(jìn)行修正，也能有效減少足
與足之間的誤差。但是通過建立數(shù)學(xué)模型，再用數(shù)
值計(jì)算精確地計(jì)算接地網(wǎng)的電位分區(qū)情況非常困
難，因此式(4)和式(5)也只是近似公式，并不
能完全消除這一誤差；
3)由關(guān)系式足=R：+硝可知，對(duì)磚的測(cè)量誤
差直接傳遞給了R：，因此為了減少尺}的誤差，應(yīng)盡
量減少影的大小以小差測(cè)量誤差的影響。可以通過
一些臨時(shí)降阻措施來比如灌注降阻劑或找土壤電阻
比較好的地方了來做電流極，這樣都能有效降低電
流極的電阻。
3實(shí)施方案
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施采用的測(cè)量電路如圖5所示，實(shí)線部
分為測(cè)量和電阻《的接線圖，虛線部分為電流極接
地電阻的測(cè)量電路。為了準(zhǔn)確測(cè)量電流極的接地電
阻，增加了一個(gè)輔助電流極，采用電位降法進(jìn)行測(cè)量。
圖5測(cè)量電路圖
具體操作過程如下：
1)測(cè)量接地網(wǎng)周圍土壤的實(shí)測(cè)參數(shù)，通過土
壤的雙層模型，計(jì)算土壤的等值參數(shù)Pl、P2、h；
2)測(cè)量和電壓(，’。由于u’與U=Ui．～璣，的
誤差可以通過式(4)和式(5)進(jìn)行修正，因此接
地網(wǎng)與電流極之間的距離不必達(dá)到接地網(wǎng)對(duì)角線長
度的5倍以上。根據(jù)對(duì)不同參數(shù)的雙層土壤進(jìn)行數(shù)
值分析，結(jié)果表明：接地網(wǎng)與電流極之間的距離三達(dá)
到100～200 m就能讓△Ui和△乩減小到Ui，和璣．
的10％以內(nèi)，這樣再通過修正，礦‘與V之間的誤差
就基本可以忽略。因此相對(duì)傳統(tǒng)方法，大縮降低了
放線帶來的困難，更易于實(shí)現(xiàn)。
3)通過式(4)和式(5)對(duì)測(cè)量的u7進(jìn)行修
萬方數(shù)據(jù)
14 南方電網(wǎng)技術(shù)第6卷
正，計(jì)算足；
4)采用傳統(tǒng)長距法測(cè)量電流極的接地電阻
R；；由于電流極的尺寸很小，一般不超過為5 m，
因此就算用放線距離達(dá)到電流極對(duì)角尺寸的10倍，
其放線距離也只需50 m左右。
5)通過式(2)求出圮。
4測(cè)量實(shí)例
以5座110 kV變電站為例，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來驗(yàn)
證本方法的精確度，為了對(duì)比數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，首先
使用常規(guī)長距法對(duì)變電站的真實(shí)接地電阻進(jìn)行測(cè)
量，測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。
表1測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
由表l的數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)A、c、D站的測(cè)
量結(jié)果與電位降法的測(cè)量結(jié)果誤差較小，完全滿足
工程測(cè)量的需要；而B、E站的結(jié)果相差則很大，
這主要是因?yàn)锽、E站接地網(wǎng)的電阻較小，而電流
極的電阻又很大，對(duì)電流極測(cè)量的誤差被轉(zhuǎn)移給了
足，其較小的相對(duì)測(cè)量誤差也會(huì)對(duì)最終測(cè)試結(jié)果產(chǎn)
生很大影響，所以為了保證最終的測(cè)量結(jié)果可信，
必須將電流極的接地電阻兄盡量降低，如能降低到
被測(cè)地網(wǎng)接地電阻足的4倍以內(nèi)，則誤差可以達(dá)到
10％以內(nèi)，這對(duì)于一些自身接地電阻較低的變電站
來說，實(shí)現(xiàn)起來存在一定困難，而對(duì)于那些由于地
質(zhì)條件惡劣導(dǎo)致自身接地電阻電阻較高的站，如能
在周圍找到合適的地形，則采取本文所述的測(cè)試方
法則能取得較好的結(jié)果。
5結(jié)論
電位降法是測(cè)量接地網(wǎng)接地電阻最根本的方
法，事實(shí)上也是接地電阻測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方法，因此在
電力建設(shè)很生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于電
位降法需要接地網(wǎng)與電流極之間有足夠的距離，因
此對(duì)某些地形條件比較特殊的接地網(wǎng)來說，放長線
將不但在操作上有很大的困難，而且還會(huì)使得測(cè)量
過程存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。如建在城市中的變電站，
由于城市中各種管道、溝井的干擾，使得電位降法
也很難測(cè)量出較準(zhǔn)確的接地電阻值，要消除這些干
擾，需將接地網(wǎng)與電流極之間的距離再增加數(shù)倍，
因此給實(shí)際測(cè)量工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
本文提出的方法在一定程度上降低了電位降法
放長線的困難，放線距離大為縮短，降低了測(cè)量的
工作量，減少了安全風(fēng)險(xiǎn)。為地形比較特殊又需要
比較精確結(jié)果的接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量提供了一種解
決方法，其主要特點(diǎn)有：
本方法作為電位降法的補(bǔ)充，在電位降法測(cè)量
遇到困難的情況下能有效解決地網(wǎng)接地電阻測(cè)量的
問題；
縮短了防線距離，放線長度為接地網(wǎng)對(duì)角線長
度的l～2倍即可；
應(yīng)盡量降低電流極的接地電阻，電流極接地電
阻與接地網(wǎng)接地電阻之間的比值需小于4才能保證
測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；
現(xiàn)有短距測(cè)量方法中，數(shù)學(xué)模型的精確與否對(duì)
結(jié)果有重大的影響，而本方法中數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果
只是起到輔助的修正作用，結(jié)果比短距法更為準(zhǔn)確。
對(duì)于接地電阻很小的接地網(wǎng)，由于本方法在測(cè)
量過程中引入的誤差較多，測(cè)量結(jié)果誤差較大，因
此不適用本方法。
參考文獻(xiàn)：
[1】解廣潤．電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M]．北京：水利電力出版社，1991．
[2] 陳先祿，劉渝根，黃勇．接地[M】．重慶：重慶大學(xué)出版社，2002
[3]DL／T62 1一l 997，交流電氣裝置的接地[s]．
[4]DL／T475--2006，接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則[s]．
[5] 何金良，曾嶸．電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M1．北京：科學(xué)出版社，2007
收稿日期：2011．07．28
作者簡(jiǎn)介：
謝威(1978)，男，貴州遵義人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，主要從
事繼電保護(hù)及電力系統(tǒng)運(yùn)行控制工作(Tel)13765378732(e．mail)
112586415@qq．corn。

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