接地阻抗的检测分析（精选4篇）
接地阻抗的检测分析 篇1
0.前言
GB9706.1-2007中18f) 对接地阻抗的要求为不用电源软电线的设备,保护接地端子与所有已保护接地的可触及金属部分之间的阻抗不大于0.1Ω。带电源输入插口的设备,插口中的保护接地点与所有已保护接地的可触及金属部分之间的阻抗不大于0.1Ω。带不可拆卸的电源软电线的设备,网电源插头中保护接地脚与所有已保护接地的可触及金属部分之间的阻抗不大于0.2Ω。
对接地阻抗的试验为用50Hz或60Hz、空载电压不超过6V的电流源,产生25A或1.5倍于设备额定电流,两者取较大的一个(±10%),在5s~10s的时间里,在保护接地端子或设备电源输入插口保护接地连接点或网电源插头的保护接地脚和在基本绝缘失效情况下可能带电的每一个可触及金属部分之间流通。
测量上述有关部件之间的电压降,根据电流和电压降确定的阻抗,不得超过本GB9706.1- 2007中18f) 所规定的值。
在实际的接地阻抗检测中,会有电路连接中产生的一些问题,对此本文进行了分析,以供大家研究。
1.接地阻抗检测分析
接地阻抗测试的连接电路图如图1所示,实际的按照图1电路图连线布置图如图2所示,图中右侧为接地阻抗测试仪,左侧为电压表,中间盒子为接地阻抗装置,盒子右端引出的两根线相当于图1中AE、BF,盒子左端引出的两根线相当于图1中AC、BD。
在实际的检测中, 我们会直接读出接地阻抗测试仪的阻抗数值, 如图3所示, 用接地阻抗测试仪的鳄鱼夹子夹持在AB两端如选取的测试电流为25A, 接地阻抗测试仪显示读出的阻抗为0.050Ω, 由此计算出AB两端的电压UAB=25A×0.050Ω=1.25V。 如图4所示, 而用电压表测试出CD两端的电压UCD为1.1892V ≈ 1.19V, 计算的回路电流值为1.19V/0.050Ω=23.8A。结果是AB端测试电流为25A,以AB端计算电压为1.25V,CD端测试电压为1.19V,以CD端计算电流为23.8A,即CD端电压比AB端电压低1.25V-1.19V=0.06V。计算的回路电流比测试电流小25A-23.8A=1.2A,AC段、BD段都分别是起始端为A、B的连接导线, 没有连接到电流流过负载的回路线路AE、BF上, 也就排除了在回路线路上测试产生压降的现象。 另外,接地阻抗测试仪和电压表都是经过检定和校准的仪器,显示值都是准确的,线路压降或仪器显示值不是造成UCD比UAB低的原因。
那么,究竟是什么原因造成CD两端的电压比AB两端的电压低呢?我们用电压表直接测试接地阻抗测试仪夹持在AB两端鳄鱼夹子上的电压,发现测试值是1.25V,这和计算值是一样的, 然后我们用电压表测量鳄鱼夹子夹持紧挨着的导线上,立刻降为1.19V。一到鳄鱼夹子夹持的线上就降下来,这说明压降来自鳄鱼夹子夹持导线产生的接触电阻,在25A的大电流下金属更容易氧化形成接触电阻,而且大电流下接触电阻在小电阻值接地阻抗中产生的压降就更明显。因此, 大电流下鳄鱼夹子夹持导线的接触电阻产生的压降才是造成UCD比UAB低的原因。
接地阻抗测试实际情况的连接电路中,不论是否有接触电阻,接触电阻是否产生的压降, 而回路电流是一样的, 如图5所示, 因此, 实际的接地阻抗为R地= 1.1892V/25A= 0.047568Ω ≈ 0.048Ω,比接地阻抗测试仪显示读出的阻抗0.050Ω 小约0.002Ω,这是因为接地阻抗测试仪显示读出的阻抗包含了接触电阻R接1+R接2的缘故。因此,要得到更为准确的接地阻抗需用电压表测试被测两端的电压,而不是接地阻抗测试仪鳄鱼夹子夹持端的电压。因其包含接触电阻的分压,所以比实际测试端的电压要高, 然后用被测两端的电压除以接地阻抗测试仪测试的电流才能得出真实的接地阻抗。
2.结束语
本文通过对接地阻抗的测试,在试验工作中由于连接线路接触电阻就产生了较大的分压,使得检测人员误认为未接入负载回路的导线起始两端产生了不同的电压,一度让检测人员陷入迷惑, 数据的偏离既不是仪器的不准确,也不是试验的方法错误,却是人们认为可以忽略的因素造成的。 因此,在检测工作中遇到问题从不同的角度,不同的方面做大量细致的试验,多分析、多研究, 要通过现象看本质,这样才能搞清楚试验过程中产生问题的原因。
摘要：在对接地阻抗的检测中,由于是在大电流下测量小电阻,其连接线路接触电阻就产生了较大的分压,因此在检测中产生了一些迷惑,为此本文对接地阻抗测试的实际情况进行了分析、研究,总结出来供参考。
关键词：接地阻抗,电压,电流,接触电阻
接地阻抗的检测分析 篇2
在变电检修和线路检修过程中, 挂接地线是至关重要的一环, 但不规范的管理或使用将会造成接地线的漏拆, 导致带接地线合闸的误操作事故发生, 给人身、电网、设备的安全造成了极大的危害。特别是近几年, 随着电网建设力度的加大, 电网容量不断增大, 传输功率不断提升, 各类电力网与网之间的联系更加紧密, 牵一发而动全身的可能性极大, 如果发生带接地线合闸送电, 特别是发生在主要设备或通道上, 将会对电网造成不可估量的破坏, 给人民生活、经济发展和国家形象造成严重的影响。
传统方法主要有两种, 一是通过强化制度的执行, 规范接地线使用的管理来实现;二是通过变电站防误系统带有的闭锁功能来实现。虽然以上两种方法都能在实际运用中取到实质性的效果, 但都分别存在不可移越的障碍和管理空白。通过规范接地线管理的方法中每一步骤的实施都是要靠人这个实施主体来严格执行制度、流程来保证, 受人员因素干扰较大;防误系统除了存在执行主体行为不确定的问题外, 更主要的是这种方法存在很大的局限性, 仅能用于站 (厂) 内的特定设备, 而不适用于线路接地线的控制。除此以外, 文献[2]提出的接地线状态监视预警系统对接地线进行编号, 建立输电线检修时临时接地线挂接和撤除识别手段, 并将信号实时回传给调度端, 向调度值班人员和相关管理人员提供接地线未撤除的预警信号, 在一定程度上防止了带接地线合闸的误操作发生, 但是仍然涉及人的行为, 有一定的不确定性, 而且监测过程的数据传输依赖无线信号, 不具有独立性。文献[3]提出的接地线状态在线监测系统将接地线状态编辑成短消息发送到调度中心, 再由调度中心工作人员将接地线状态反馈给现场操作人员, 过程较为繁琐, 实时性差。文献[4]研究的可视化监测装置利用超声波测距结果对接地线状态进行判断, 并且增加了视频装置, 为接地线状态提供了更加可靠的信息, 但是超声波测距过程容易受空气密度干扰。文献[5]提出的智能临时接地线管理系统通过对临时接地线进行改造, 通过加入地线识别与闭锁附件, 使临时接地线纳入五防管理系统, 但对临时接地线作此改造成本较大, 经济性不高。文献[6, 7]提出了一种全新的检测方法, 通过产生回路电流的大小作为接地线状态判定依据, 回路电流大小受到线路长度的影响较大, 但文献中未提及判据适用线路长度范围。文献[8, 9]同样给线路加一信号源, 以测得的环路电阻大小作为判据, 该法的不足之处在于适用线路长度短, 有一定局限性。
本文在前述文献的基础上, 提出了一种新的方法, 能够在保证准确性和有效性的基础上克服以上问题。该法利用可变频接地电阻测试仪在线路首端加一感应电压信号, 通过测试环路电流, 在仪器内部计算出环路阻抗, 以其相角为判据判定接地线状态, 使工作人员在合闸前得到接地线信息, 防止误带接地线合闸的发生。由于现有的接地电阻测试仪无法以环路阻抗角作为判定依据, 本文对现有仪器的软件部分做出改进以适应本法。本法的优点是判断结果准确、可靠, 使用简便, 经济性高, 同时适用的线路长度范围大大增加, 可以满足所有10kV配网线路的要求。
1 原理
检修中的线路可以看做是终端接有电抗器L0的空载线路, 如图1所示。
根据均匀无损传输线的分布参数等值电路模型中长线路的基本方程和入口阻抗方程[10], 得到如下结论。
(1) 线路无漏拆接地线时, 输电线路末端开路, L0→∞, 从首端看进去的入口阻抗为:
(2) 线路有漏拆接地线时, 输电线路末端短路, L0=0, 从首端看进去的入口阻抗为:
由此可知, 两种情况下的入口阻抗Zr随参数η变化而变化, 在1/2个频率波长内, 入口阻抗的大小与线路长度l的变化关系如图2所示。
可以看出:
当时, 两种情况下入口阻抗的相角发生变化, Zoc由容性变为感性, Zsc由感性变为容性。
由以上分析, 当时, 可以环路阻抗相角φZl作为接地线状态的判断依据, 即:
其中:φU、φI以及φZl分别表示激励电压、环路电流和环路阻抗的相角。
由于通常在测量处加的激励电压相角为零, 因此只需测出环路电流的相角即可判断出阻抗的相角。由式 (3) 得具体判断方法如下:
这一特征受所加电源频率和线路参数的影响, 频率越低, 零序电感L0及零序电容C0参数越小, 判据适用的有效线路长度越长。
2 仿真验证
用EMTP仿真软件进行仿真, 搭建架空线路仿真模型见图3和图4。
图3, 图4分别为未挂接地线模型和挂有接地线模型, 其中, AC1、AC2为设定为100V的交流电源, m1、m2为电流测试装置, 测量单位为安培 (A) , TML1为参数恒定的线路, Bus1为母线, 后接变压器DYg_1 (DYg接法, 变比为10/0.38kVA) 和负载Load1 (包括有功负载P=100kW和无功负载Q=100kVar) 。
现有电阻测试仪通过前端卡环这一特殊的电磁变换器, 可以提供多种频率的高频 (通常>1k) 激励电压信号, 目的是排除工频交流电和设备本身产生的高频噪声所带来的地线上的微小电流干扰。现假定将仪器的测试频率设定为1.7kHz, uUmv=100V, 改变线路长度进行仿真, 两种情况下环路阻抗值如图5所示 (这里由于交流电路三相并联, Zloc=Zoc/3, Zlsc=Zsc/3) , 环路电流值和环路阻抗值 (部分值) 如表1所示。
经验证, 表1中数据与之前的理论分析基本一致, 现将其绘制成图5的形式[ (b) 中正负表示相角情况]。
分析如下:
(1) 图5 (a) 中, 当线路长度时, 两种情况的环路电阻值趋于相等, 若是用文献[8, 9]中检测电阻值差异的方法对接地线状态进行判断, 则在此种频率下要求线路长度小于12.823km, 不能满足所有10kV线路, 因此该法对线路长度限制较大。
(2) 图5 (b) 中呈现出的环路阻抗和线路长度的关系与之前图2的理论分析结果基本吻合, 充分证实了理论分析的正确性。
(3) 图5 (c) 中两种情况下阻抗角的正负关系体现了本文所提出的方法, 当线路长度l< (v/4f) =25.646km, 无漏拆接地线时环路阻抗角恒小于0, 反之, 有漏拆接地线时环路阻抗角恒大于0, 于是在这一长度范围内可以对接地线状态进行判断, 完全可以满足所有10kV线路的检测, 且范围超出文献[8, 9]中所提方法的一倍, 这是本法最大的优势。
(4) 图5 (c) 中, 在线路长度0
3 结语
本文介绍了以环路阻抗为判据对接地线状态进行判断的方法, 并对相应硬件实现进行了改进, 在仿真验证的基础上可以看出该法是切实可行的, 且对比其他获得接地线状态信息的方法来说, 该法具有操作简便, 成本低, 结果可靠和适用面广等优势, 具有推广价值。
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大型接地网接地阻抗测量研究 篇3
近些年来, 随着我国电力事业的迅猛发展, 特别是国家“智能电网”和“特高压电网”战略规划的出台和开展实施, 国家在高压、超高压输电网以及高压、特高压直流输电建设中的投入越来越大, 这必将需要建设越来越多的高压、超高压乃至特高压等级的变电站和换流站。因此, 对于高压、超高压乃至特高压等级的变电站来说, 首先应当采用“接地阻抗”的概念来代替“接地电阻”, 这样才能更全面、准确地反映接地网在接地短路故障发生时的泄流能力。
2 接地电阻与接地阻抗的区别
2.1 接地阻抗概念的产生
随着电网规模的不断发展, 电压等级的不断提高, 发电厂、变电站接地网的规模也在不断增大, 接地网对短路故障发生时故障电流的阻碍作用已经不是严格意义上的纯电阻特性, 而是表现出较为明显的阻抗特性, 既包含一定的、由电感、电容引起的电抗成分。特别是采用钢质材料的接地网, 由于材料的电感较大, 这一电抗成分更为明显。因此, 有关专家开始提出“接地阻抗”的概念, 以期能够更好地反映接地网对大地之间的阻碍特性。
2.2 接地电阻与接地阻抗的区别
接地阻抗包含电阻成分、感性成分和容性成分, 而接地电阻只是接地阻抗中电阻成分, 不包括感性成分和容性成分。对于接地阻抗, 实际上, 在工频、异频交流信号或者雷电冲击电流作用, 电感和电阻成分所起到的作用远胜于电容分量。由于电容分量数值相对于电阻和电感来说不是很大, 它只有在高频情况下才能表现出一定的作用。此外, 电容分量对于降低发电厂、变电站场区内的跨步电压 (跨步电压差) 和接触电压 (接触电位差) 还是个安全的有利因素, 在测试评估中可以给予忽略。
3 大型地网接地阻抗测量必要性
3.1 理论概述
当电力系统发生接地短路故障时, 通过大型接地网流入大地的故障短路电流为交流信号, 因此, 衡量大型接地网阻碍特性的接地参数应为接地阻抗:
其中, R为接地电阻 (在直流信号作用下的纯电阻分量) , ωL为接地阻抗的感性分量。
通常情况下, 对于小型接地网来说, 由于小型接地网的感性分量ωL比电阻R小得多, 占接地阻抗总量比例很小, 接地网表现出比较明显的阻性。所以在小型接地网测量中, 一般是忽略了感性分量ωL, 而把接地阻抗近似取为接地电阻, Z≈R。早期的导则DL/475-1992也未将接地阻抗中的感性分量加以考虑。然而, 随着国家电网的发展和电网电压等级的不断提高, 发电厂、变电站接地网的规模也在不断扩大。对于220 k V等级以上的大型发电厂、变电站的大型接地网来说, 接地感性分量ωL较大, 甚至可能与接地电阻R处于同一个数量等级上, 从而使得接地阻抗中的感性分量大到不可忽视。这时, 必须将接地网的感性分量考虑进去, 否则就无法真正反映出接地网的真实状况。
因此, 在大型接地网的接地阻抗测量中, 必须同时测量接地电阻 (纯电阻分量R) 和接地电抗 (主要是电感分量ωL) 两个值, 即接地阻抗值Z。
3.2 影响因素分析
通常, 感性分量是以接地阻抗的阻抗角来表示。影响接地阻抗感性分量大小的因素主要有土壤电阻率和接地地网面积大小等。文中, 通过固定其它的变量而改变其中一种影响因素, 就可以知道该因素对接地阻抗感性分量的影响程度。
固定变电站接地网所在土壤电阻率大小不变, 改变接地网的边长, 可以得到图1所示的趋势曲线图。图中, 土壤电阻率固定取为200Ω·m, 此时, 阻抗角随接地网边长的变化情况如图1所示。由图1可以看到, 随着接地网边长的增加 (即接地网面积增大) , 阻抗角越来越大, 也即接地阻抗的感性分量越来越大。
固定变电站接地网的边长 (即面积) 不变, 改变变电站所在区域土壤电阻率的大小, 可以得到如图2所示的趋势曲线图。图中, 接地网的边长固定取为300 m, 此时, 阻抗角随变电站所在区域土壤电阻率的变化情况如图2所示。由图2可以看出, 随着土壤电阻率的增加, 阻抗角越来越小, 也即接地阻抗的感性分量越来越小。
由上述分析可知, 随着接地网边长的增加, 土壤电阻率的降低, 接地网接地阻抗的感性分量越来越大, 越来越明显。此外, 接地网的结构、电流注入点的选择、频率等也会影响到接地网接地阻抗感性分量的大小。
因此, 对于小型地网来说, 其感性分量占接地阻抗的比例比较小, 一般把感性分量忽略不计, 而只计算接地网的接地电阻值, 接地阻抗值约为接地电阻值。但对于220 k V等级以上的大型、超大型变电站的接地网来说, 特别是在面积很大、土壤电阻率较低的情况下, 如果还用“接地电阻”这一个指标来衡量, 那就不够准确了。
4 接地阻抗测量方法
4.1 电位降法
其中, P—电压极, C—电流极, G—接地网。
电位降法测试接地装置的接地阻抗的测量原理如图3所示, 调整电位极P的位置, 从接地装置的边缘开始沿与电流回路呈一定角度并且方向向外移动, 每次间隔距离为d (如50 m或100 m等) , 测试此时P与G之间的电位差U, 绘制U与dGP的变化曲线, 获得电位零点 (曲线平坦处) , 此时, P与G之间的电位升高为Um, 则接地阻抗值Z为:。
4.2 三极法
三极法主要有直线法和夹角法两种:
1) 直线法:直线法测量接地装置接地阻抗的测量原理如图4所示:
其中, P—电压极, C—电流极, G—接地网。
现场测试时, 当电流线和电位线沿着同方向进行布置时, 即为直线法。电极位置、布线长度需要根据现场的实际情况进行。一般地, 取dGC= (4~5) l, dGP≈0.618dGC。
2) 夹角法:直线法测量时, 由于电流线和电压线之间存在的互感耦合影响, 会降低测量结果的准确度和可信度。因而, 进行大型接地网现场测试时, 一般不建议采用直线法, 而是将电流线和电压线反方向或者呈一定角度 (θ) 进行布置, 称为夹角法。夹角法的测量原理如图5所示。现场测试时经常取θ=30°, 并按照等腰三角形布线, 测量结果需按导则DL/T475-2006中规定的要求进行修正。
3) 接地阻抗测试仪法和钳表法:
接地阻抗测试仪法的原理图如图6所示。
当接地装置较小时, 可以采用接地阻抗测试仪进行接地装置接地阻抗测量, 如输电线路杆塔等。
此外, 还有用于测量杆塔接地阻抗的钳表法。该方法可在不布置电极, 且不断开杆塔接地螺栓连接的情况下, 使用单钳型回路电阻测试仪即可获得杆塔接地装置的接地阻抗。
5 现场应用实例
以220 k V兰坪变电站接地网为例, 作为评估考量对象。分别选用了某接地电阻测试仪和8000型接地装置特性参数测量系统对同一测量回路进行现场接地阻抗 (电阻) 对比测试。
经过现场考察, 发现待测220 k V变电站地势较为平坦, 站四周主要为农田和马路, 整个接地网的对角线长度约为400 m。由于变电站周围条件限制, 故选择同向布置的电压-电流三极直线法测量接地阻抗。电流极打桩位置选在变电站东面一块待建宅基地上, 电流线布置有效长度越为1 200 m, 电压线长度越为700 m, 电流注入点分别选在场区内#1主变110 k V侧中性点接地刀闸的接地引下线和#2主变220 k V侧A相避雷器的接地引下线。
使用某接地电阻测试仪, 现场实测数据如下表1所示:
根据异频法测量原理, 结合某接地电阻测试仪的测试结果, 该变电站接地网的接地电阻为:R= (0.190+0.192) /2=0.191Ω。
使用8000型接地装置特性参数测量系统, 现场实测数据如表3和表4所示:
根据异频法测量原理, 结合8000型测量系统的现场测试结果, 该变电站接地网的接地阻抗为:Ω。
注:电流注入点选为#1主变110 k V侧中性点接地刀闸的接地引下线。
由表1和表2可知:工频状况下, 考虑感性分量的接地阻抗值比不考虑感性分量的接地电阻值大, 约为13.57%。由表3数据可知, 感性分量 (接地阻抗虚部) 约占接地电阻的比例为60%~70%左右。由图7所示曲线可知, 在不同频率下, 电阻分量基本无变化, 但感性分量随着频率呈现为线性变化的趋势。
6 结束语
分析表明, “接地电阻”的概念只适用于中、小型接地网。随着电网电压等级的提高、接地网面积的增大以及土壤电阻率的降低, 接地阻抗中感性分量的作用越来越明显。大型接地网综合评估测试中必须考虑地网的感性作用, 必须采用“接地阻抗”作为考量和评估接地网运行状况的主要参考依据之一。
参考文献
[1]曾嵘, 何金良.电力系统接地技术[M].科学出版社, 2007.
网格接地网阻抗特性的研究 篇4
在电力系统中, 接地系统的作用十分重要, 尤其是对于电力系统的工作人员的人身安全来讲, 更为重要。当该系统处于短路故障时, 入地电流为交流, 导致接地导体电位升的参数为接地阻抗Z, 而不是接地电阻。我们知道接地阻抗特性与入地电流的频率相关。雷电流有多个频率, 该阻抗的大小取决于频率。因此电力系统处于故障时, 其接地阻抗也会发生变化。但是以往的文章并没有确切分析雷电流与接地阻抗的变化的关系, 本文将影响接地阻抗变化的土壤电阻率与雷电流频率相结合, 通过计算得出接地电阻, 并利用三极法测量不同频率电流对应下的接地阻抗, 进行比对验证。
2 接地系统的接地阻抗
在本文中, 接地系统有4个方网格并且注入频率在0~13MHz之间变化的注入电流。接地阻抗的测量办法是三个测量节点的电压降 (入地点, 电流节点, 电压节点) 。随着入地点 (网格结构) 电流的变化, 地表电位会升高, 并且能够测量地表电位的电压变化[6]。此时接地系统阻抗值与分解电流后得到的电压值等价, 并且故障点在GP的真值与在GC的真值的比值是62%。
接地阻抗值的大小取决于[7]: (1) 土壤的多样性; (2) 土壤的均匀性; (3) 接地网的大小和接地系统的结构; (4) 接地网的深度; (5) 土壤的水成分和化学成分;接地系统的网格结构能通过埋深0.5~1.0的接地导体来建立。
有三个节点的电压降的测量方法如图1所示。
从图1中可以得到接地极能测量接地阻抗, 在G极和P极之间地网电位降和电流极从C极注入的入地电流。最好的测量方法是GP之间距离与GC之间距离的比值为62%。所有的测量值都能检测到并且保存到示波器中[8]。
其中:Z:接地阻抗 (Ohm) ;V:地表电位降 (Volt) ;I:注入到入地点的电流 (Ampere) =0.01ampere;在该实验中用到的设备: (1) 接地导体是直径为10mm的导体, 并且每个网格是; (2) 频率生成器是0~13MHz正弦曲线频率生成器并且是0.01A的注入电流; (3) 数字示波器。
4实验结果
实验结果如表1所示。
5结论
大型变电站网格结构的接地阻抗的特点:接地阻抗值随着注入电流频率的增加而增加。感性分量与容性分量随之增加。阻抗是随着频率而波动, 并且很难事先预测出来。
参考文献
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