袁培，黄海波，范敏(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

基于异频直线法大型地网接地阻抗的分析与测量

袁培，黄海波，范敏
(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

本文提出了一种适合大型地网接地阻抗测量的异频直线法，该方法是在分析直线法与异频法原理的基础上综合二者的优点，提出了电压、电流极和异频测量频率的选取方式，通过对某水电站地网阻抗的实际测量结果验证了该方法的正确性和适用性，并总结得出了在实际测量过程中应当注意的问题，对大型地网的测量具有一定的参考意义。

大型地网；接地阻抗；直线法；异频法

直线法(0.618法)作为一种典型的地网接地阻抗的测量方法，被广泛的应用于各种接地系统的测量中来〔1－3〕，对于大型变电站(发电厂)的而言，由于其地网的结构和分布比较复杂，按照传统的“0.618”的方式去选取电流极和电压极将会对测量结果带来一定的误差。

另一方面，在大型变电站(发电厂)地网的接地阻抗测量中，如果试验注入电流是工频电流，那么地网中还存在较大的工频零序电流和谐波电流，在计算阻抗值时，这些电流会同工频试验电流叠加，使得试验结果产生较大的误差。同时，由于地网的尺寸相对较大，其阻抗ZG＝RG＋j XG中电抗部分XG往往比电阻部分RG大，不能忽略。而XG是受到频率影响的量，因此可以考虑采用改变试验电流的频率，即不采用工频，而是取频率为50±10 Hz范围内的试验电流，这样可以消除地网中零序电流和谐波电流的影响，在根据不同频率下电流对XG的影响偏差，折算出一个工频下的接地阻抗的值，这就是异频法的提出。

1 试验原理及分析

1.1 “0.618法”原理及误差分析

“0.618法”的测量原理见图1〔1〕。图1的上部是测量电极的布置，即接地体G、电压极P和电流极C分布在一条直线上。接地体和电压极之间的距离为DGP，接地体和电流极之间的距离为DGC。如果在接地体和电流极之间将电压极插入GC两点连线上的不同位置测量接地电阻时，则将得到图1中部的电阻曲线。接地电阻曲线的中部有一段水平线(Ra和Rb之间)，水平线与纵轴相交就是该接地体的接地电阻值RG。

图1 接地体接地阻抗测量原理图

由于电流I进入接地极使得其中心和边缘的电势产生分布，得到接地极至电压极之间的电压为〔1，4〕:

计算得到接地电阻为:

已知半球真值电阻为:

因此计算值(测量值)与真实值之间的误差:

根据“0.618法”，当DGC≫r时，有:

分别取DGC＝2r、3r、4r、5r、6r，误差δ的情况见表1。

表1 “0.618法”误差随电流极分布情况

由表1可知:误差δ随着电流极距地网中心G的长度DGC的增大而减小，按照相关规程〔1－3〕，一般实际测量中取DGC为3－5倍的地网对角线长度，因此如果电压极DGP仍然取0.618倍的电流极长度，那么测量将会带来较大的误差。因此在实际测量中需要合理的选择电压极距离。

1.2 异频法原理及误差分析

将地网阻抗模型简化为电阻分量R0和电感分量L0以串联、并联和串并联等多种形式组成〔5－6〕，见图2。

图2 地网的等效模型

地网工频接地阻抗为:

令μ0＝ω0L0/R0，则:

同理，在异频下，有μ＝ωL0/R0

综合式(8)和(10)，则有:

由式(11)，对ω＝2πf，μ0＝ω0L0/R0分别取值，求得见表2。

表2 不同f和μ下取值0

表2 不同f和μ下取值0

f/Hz μ0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 45 0.999 1 0.996 4 0.992 1 0.986 8 0.980 8 47 0.999 4 0.997 8 0.995 2 0.991 9 0.988 3 50 1.000 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 1.000 0 53 1.000 6 1.002 4 1.005 1 1.008 5 1.012 3 55 1.000 8 1.004 0 1.008 6 1.014 4 1.020 8异频平均值1.000 0 1.000 2 1.000 3 1.000 4 1.000 6

由表2可知:当异频频率f＜50 Hz时，有｜Z｜＜｜Z0｜，即测量值相对于真实值是负误差；当f＜50Hz时，有｜Z｜＞｜Z0｜，即测量值相对于真实值是正误差。因此在实际的测量中分别取小于和大于50 Hz频率测量值的平均值，这样产生的正误差和负误差能够相互抵消，使得误差可以接近于0。

2 某水电站地网仿真及实测结果验证

以某水电站地网接地阻抗的实测为例，对角线长度为350m，导体敷设深度为0.8 m，土壤电阻率为200Ω.m通过CDEGS软件建立电站地网模型见图3。

图3 某水电厂地网的CDEGS仿真模型

图3 中土壤模块1、2、3分别代表厂内地网、电压极范围土壤和电流极范围土壤，仿真中可通过参数设置使得电流极是地网对角线长度的3倍和4倍，分别计算得到的数据见表3。

表3 某水电厂地网仿真结果

现场实际测量采用的仪器是红相—8000型接地阻抗测试仪，分别对照仿真条件进行了3倍和4倍测量实际测量，仪器接线如图4所示。

采用异频直线法，根据图1和表1的分析可知:在电流极距离能满足在对角线3～5倍的条件下，接地电阻的测量曲线中会有一个比较平坦的曲线。电压极的选取如果严格按照0.618倍电流极长度只选取一个点将会给测量带来误差，因此需要多次移动电压极的位置找到误差在5%以内的近似水平的线段，即为被测地网的接地阻抗测量值，实际测量结果见表4。

图4 红相—8000接地阻抗测试仪试验接线示意图

表4 某水电厂异频直线法测量结果

对比表3—4可知:实测数值与仿真结果相差不大，验证了异频直线法测量大型地网接地阻抗的正确性。

3 试验过程应该注意的问题

1)尽量保证电流极的放线长度足够，保持站内入流点、电压级、电流级的三点一线。

试验测量过程中，可能会遇到由于地形的限制，电压极和电流极的测量线只能沿着公路放置开来，由于路是曲折蜿蜒的，导致了最终GP与GC的夹角较大或是路程的曲折导致所放的线长度很长但是直线距离仍然不够。此时再按照直线法的进行测量和计算，会产生误差。建议结合GPS定位，使得GP和GC之间的夹角尽量的在5°以内，可近似认为是直线。

2)合适选取电流极和电压极的入地点。

在试验过程中经常会遇到将电流极的入流桩打在了岩土结构比较坚硬的土层，导致了仪器电流源的电流无法正常输出或是电压极的测量桩打在了靠近水源的地方导致测量得到的电压值误差较大。建议在实际的操作中要注意结合土壤的条件合理选取电压、电流极的位置。

3)保证电压极和电流极的引出线连接良好。

因为大型地网的对角线长度D较大，在保证DGC＝(3～5)D的情况下，电流极的测量引出线距离会比较长，有时线的长度甚至到十几公里。如果在测量时发生引线的中间断开或者接触不良的情况，导致整个测量电路无法正常工作，此时再去逐段检查引线电气连接情况将会极大的增加工作量且效率也较低。建议从一开始放线的过程中每隔一段距离就对引线的电气可靠连接进行检查，确保在电流极和电压极测量引出线的电气可靠连接。

4 结论

1)测量的过程中要利用GPS进行定位，尤其是关注电压极与电流极测量引出线的夹角，使其尽可能保持在5°以内，以此来保证直线法的理论前提；

2)异频直线法的测量的关键是找到地网阻抗曲线中较为平坦的一段，并据此来确定接地阻抗值；

3)测量中关于电压极的选取，不是根据理论的严格0.618倍电流极长度只选取一个点，而是要多次移动电压极的位置找到误差在5%以内的近似水平的线段；

4)异频电流要在小于50 Hz和大于50 Hz的频率都选取，且要靠近50 Hz，以此来保证异频的测量结果正负偏差相互抵消，使得异频地网阻抗值更接近工频值。

〔1〕国家发展和改革委员会.接地装置特性参数测量导则:DL/T 475—2006〔S〕.北京:中国电力出版社，2006.

〔2〕住房城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.交流电气装置的接地设计规范:GB 50065—2011〔S〕.北京:中国计划出版社，2011.

〔3〕住房城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.电气装置安装工程接地装置施工及验收规范:GB 50169—2006.〔S〕.北京:中国计划出版社，2006.

〔4〕应征，王挥蜃，刘春.接地电阻的测量与降低〔J〕.移动电源与车辆，2012(1):28.

〔5〕陈鹏云，刘晋，吴伯华，等.大型地网接地电阻异频测量方法〔J〕.高电压技术，2002，28(6):46-47.

〔6〕李澍森.异频法测量大型地网接地电阻研究〔J〕.高电压技术，2000，26(3):37－39.

Analysis of Pilot-frequency Straight-line Method for Measurement in Large Ground Grid Im pedance

YUAN Pei，HUANG Haibo，FAN Min
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper proposes amethod for the measurement of the large ground grid impedance.It is based on analysis of principles and combiningwith the advantages of the straight-linemethod and non-power-frequencymethod.It investigates how to put forward the voltage and current poles as well as choice the appropriate pilot frequencies.A hydropower station ground impedance has beenmeasured and the results verify the correctness and applicability of themethod.This paper concludes some problems that should be noted.It can provide references for ground impedancemeasurement.

large ground grid；ground impedance；straight-linemethod；pilot frequencymethod

TM862＋.2

B

1008-0198(2017)03-0039-04

袁培(1987)，男，博士，工程师，主要从事电力系统开关设备与过电压研究工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.011

2017-02-08