何金波　王兴兵　邱卫卫　刘斌

摘 要：文章简要介绍了杆塔接地电阻的测试方法，钳形接地电阻仪的测量原理和缺陷，还介绍了一种杆塔接地电阻在线监测系统的设计方案。架空输电线路杆塔接地的作用是在雷击状态下将冲击电流或雷电流通过杆塔基础的自然接地和人工水平接地体导入大地，以保护设备的安全。所以，对杆塔接地电阻的测试是非常重要的。

关键词：接地电阻 在线监测 测试 方案 设计

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0041-02

在架空输电线路设计中，防雷设计是必须考虑的一个重要因素，随着电力系统的发展，雷击输电线路而引起的事故也日益增多，据资料介绍：在我国高压输电线路的总跳闸次数中，由雷击引起的约占40%～70%，尤其在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，造成巨大的经济损失。架空输电线路杆塔接地的作用是在雷击状态下将冲击电流或雷电流通过杆塔基础的自然接地和人工水平接地体导入大地，以保护设备的安全。所以，对杆塔接地电阻的测试是非常重要的。

1 常规的杆塔接地电阻测试方案

常规的测试方案大致分为两类。

1.1 使用接地电阻测试仪等仪器

这种测试方案，不能直接进行测试。因所有杆塔接地装置都是并联在一起，使用这种注入电流的测试方案，会因接地装置的分流，而导致测试结果偏小，造成很大的数据误差，所以使用注入电流的方案测试，需要将杆塔接地装置与避雷线断开，同时设置辅助电极进行测试。这种方案有两个弊端，一个是拆卸接地导体，工作量很大，二是测试中，只对接地导体进行了测试，却无法测试架空线连接的好坏。

1.2 使用钳形接地电阻表进行测试

这种方案不需要外接设备电源，不需要断开接地导体，不需要设置辅助电极，测试时只需要用钳表卡在接地导体上，即可测试此杆塔的接地电阻。钳形接地电阻表的测试原理如图1所示。

钳形接地电阻表的基本原理是测量回路电阻。先由钳表的高频变压器给被测接地回路一个激励脉冲信号，在被测回路上感应一个脉冲电势E，在电势E的作用下在被测回路产生电流I。传感器对E及I进行测量，并通过公式：R=E/I即可得到被测回路电阻。这种钳形表具备功耗小，采用的脉冲测试方式，抗干扰能力强，设备体积小重量轻，测试不需要辅助电极和测试线，测试的效率很高等诸多优势。实际上，钳表在RA处测试，得到的R是RA值和RB、RC……RN并联阻值R并的阻值之和。因为RB//RC//……//RN<

杆塔接地系统中因土壤或某些接地导体的腐蚀或接触不良，会使整个接地回路电阻变大。因为腐蚀或接触不良的情况不一定只存在于接地导体中，还可能存在于引下线等位置，故仅依靠测量接地体自身的接地电阻不一定可以发现。钳表法测得的是回路电阻，因此不但可测接地体接地电阻值，还可以发现整个接地回路的接触和连接情况，这是传统的接地测试仪器无法做到的。所以目前对杆塔接地电阻的测试，还是以钳表式仪器居多[1][2]。

2 两种测试方案的缺陷

上述两种杆塔接地电阻的测试方案，虽然钳表法有巨大的优势，但是在实际应用中还是有一些不足。

（1）存在着工作量大，效率低的弊端。

虽然钳表法做到了一卡即测，但是，相对于数量巨大的线路杆塔，这个工作量还是很大的。人工进行逐一测试，效率很低，虽然测试的过程时间很短，但是主要的时间浪费在路程上。

（2）因杆塔数量大，所以完成一个测试周期需要的时间长，测试的数据只能反映测量当时的接地情况。

这对于不同气候条件下的接地情况无法准确的测试分析，无法及时发现接地不良的故障[3]。

综合以上情况，笔者决定设计一套能够实时测试杆塔接地电阻的测试方案。

3 方案关键点设计

整个系统方案中，有以下几点需要重点讨论：

（1）测试装置的硬件设计。

（2）供电电源的设计。

（3）通讯方案的设计。

（4）上位机软件的设计。

4 具体设计方案

4.1 测试装置软硬件设计

所有的测试装置，是根据现有的钳形接地电阻测试仪改进而来。测试原理不变，先由装置的高频变压器给被测接地回路一个激励脉冲信号，在被测回路上感应一个脉冲电势E，在电势E的作用下在被测回路产生电流I。传感器对E及I进行测量，并通过公式：R=E/I即可得到被测回路电阻。在硬件上，将可开口式钳形电流表，更换为闭口铁芯穿芯式高频变压器结构，装置工作时，会套装在杆塔接地引下线上。内部电路，增加激励电源的功率裕量，增加电源变换电路、通讯电路。装置结构框图如图2。

4.2 供电电源设计

整个系统需装设在室外杆塔接地引线上，对于固定电源不太容易装设，因此系统电源设计为太阳能电池加铅酸蓄电池方案。阳光充足时，有太阳能电池给系统供电同时给电池充电，阴天和夜晚，由电池供电。在蓄电池的选择上，可选方案有镍氢电池组、锂电池组、铅酸蓄电池组。其中，镍氢电池组具有较强的记忆效应，不利于长期应用；锂电池寿命较长，但是其对环境温度敏感，现场环境可能很高，会造成锂电池老化失效；因此，蓄电池选择了使用维护相对简单且比较耐用的免维护铅酸蓄电池。供电电源系统结构图如图3。

4.3 通讯方案设计

参考同类系统的通讯方案，考虑施工的可能性，可选方案有：有线传输、无线传输、GPRS网络传输。三种方案各有优势和缺陷。有线传输方式，比较稳定，但是输电线路杆塔的距离跨度很大，敷设有线通讯电缆有点不太现实，需要耗费的人力物力太大，所以有线方案被放弃。无线传输方案，实施是能够完成的，但是无线通讯有距离限制，所以也无法全部采用。GPRS网络传输，此方案不需布线，也没有距离限制，只要有移动网络即可正常通讯。目前移动网络基本全覆盖，能够满足使用要求。但是，由于杆塔数量巨大，如果每个装置配备一套GPRS传输设备，则需要每套配备一张资费卡，这个费用也是非常高的。不仅设备费用高，运行费用也很高。所以完全使用网络传输也不好实现。综合三种传输方案，最终设计成无线传输和网络传输结合方式。首先，使用无线传输方案，将5～10套设备组成小局域网，设置一台数据集中器，小局域网内的设备通过无线通信方式，将数据传输至数据集中器，在数据集中器内设置一套GPRS网络传输设备，将数据上传，在终端计算机处，设置一套GPRS网络传输设备接收数据及发送测试命令，完成全部的数据采集传输及控制。

通讯系统的示意图如图4所示。

4.4 上位机软件方案

上位机软件可以时时显示被测接地电阻值，可以设置自动监控记录时间，间隔记录时间为1～200 h，记录数据自动存储报表，方便历史查询、分析监测点接地阻值的变化情况。可以设置接地电阻值异常数据报警。软件可以对任意测试装置进行设置，设置内容包括设备地址、工作方式、测量间隔等参数。

5 结语

实践证明，该系统运行稳定，能够实现杆塔接地电阻实时监测，对接地电阻的变化趋势能够以曲线方式显示，观察直观方便。

另外，该套系统还可以应用于独立接地设备的接地电阻实时测量。将独立接地设备增加辅助接地极并安装该系统内的测量装置，同样能够实时监测电气设备的接地电阻值。

参考文献

[1] 刘泽生，徐家奎，张绍文，等.几种杆塔接地电阻测量仪器和方法的比较[J].高电压技术，2001，27（5）：76-77.

[2] 厉天威，何民，卢本初，等.输电线路杆塔接地电阻的简化计算[J].电网技术，2011，35（9）：170-175.

[3] 陈建志，石秀刚.杆塔接地电阻测试技术研究[J].电网技术，2006（S2）：495-498.