变电站接地网接地阻抗准确测量的方案研究

变电站接地网接地阻抗准确测量的方案研究

张瑞平

（太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030001;山西地方电力有限公司修试分公司山西太原030001）

摘要：针对目前变电站接地网接地阻抗测试中存在的接地阻抗限值执行混乱、直线法测试布线不规范等情况进行分析探讨，强调了接地阻抗的限值应以最大允许地电位升高(GPR)满足二次设备工频耐压为依据，在对直线法补偿位置论述的基础上，提出接地阻抗准确测量的方案。

关键词:地电位升；电流极；电位极；直线法

0引言

变电站接地网是变电站的重要组成部分，其性能好坏直接关系到人身及设备的安全。有关规程、标准中，对接地装置接地阻抗的限值及其测试方法等都有相关的规定，但在实际执行中情况各异，以致存在的一些困惑仍未有效解答。因此有必要予以梳理，找出符合现场测试的方案，以利于接地系统的管理和检测。

1接地阻抗的取值

1.1大电流接地系统

大电流接地系统接地电阻的限值普遍观念为：R≤0.5Ω。现行标准《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065-2011）已取消了接地阻抗小于0.5Ω的安全判据，但在实际工作中仍普遍以R≤0.5Ω为依据，认为只要接地阻抗不大于0.5Ω即合格。对于220KV变电站，最大短路电流可达20kA,最大入地短路电流可达10kA，当按5～10年发展后的系统最大运行方式确定，根据电网的发展，放大系数K可取1.2～1.4，则计算用的流经接地装置的的短路电流为12～14kA，当接地阻抗为0.5Ω时，GPR可达6kV～7kV，严重威胁人身和设备的安全。

《电气继电器第五部分：电气继电器的绝缘试验》中规定继电器的电介质交流试验电压为2kV，冲击试验电压为5kV。对二次设备的工频伏秒特性试验结果表明：传统的二次设备可以承受5kV以上的3s交流耐受电压，而微机保护装置的实际耐受电压约为2100V。接地的实质是当变电站发生接地短路故障时，控制故障点地电位的升高，起作用的是电位而不是电阻。因此在接地网设计时应认真核算变电站最大入地短路电流，以GPR为2000V为基准，确定接地电阻的最大允许值。

1.2小电流接地系统

关于小电流接地系统接地电阻的取值主要存在两种观点：一种观点是R≤4Ω；另一种则是R≤1Ω。

《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065-2011）规定：小电流接地系统接地网的接地电阻应符合公式R≤120/Ig（1），但不应大于4Ω。式中：R-采用季节变化的最大接地电阻（Ω）；Ig-计算用的接地网入地对称电流。

《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）规定：6～63kV电网采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于30A（6～10kV电网），或10A（20～63kV电网）时，中性点应经消弧线圈接地，而当采用过补偿时，其补偿系数为1.35；采用欠补偿时，其补偿系数一般大于0.9。可见，在小电流接地系统中，发生单相接地后，故障电流总被控制在30A以内，则接地电阻以4Ω为上限值，足以保证在发生单相接地而保持运行的2小时内，满足R*Ig≤120。

《计算机场地通用规范》（GB/T2887-2011）中对接地电阻的要求：计算机场地的最小使用面积不应小于30m2，工作地的电阻的大小按计算机设备（厂家）的要求而定，没有明确要求时，场地的接地电阻不应大于1Ω。在35kV变电站中，计算机、服务器等主要集中放置于集中控制室内，实际占用面积不到10m2，明显不属于计算机场地所指范畴。粗略计算，将接地电阻从1Ω提高到4Ω，相当于增大接地电阻300%，至少可节约300%的钢材和土方开挖量，经济效益显著。

综上，小电流接地系统变电站接地网接地电阻取R≤4Ω，而不是R≤1Ω。

2直线法

电流线和电位线同路径放设称为直线法。为保证测量的准确性，电流极应布置得足够远，使得接地极之间的电位曲线趋于平坦；电流极的电阻值应尽量小，以保证设备输出的试验电流足够大；为避免测试线沿途干扰，应避开地下管道、河流。电位极的作用是为取得大地零电位参考点，以得到所加测量电流在被测接地网接地电阻的电压降。

《接地装置特性参数测量导则》（DL/T475）规定：dPG通常为（0.5～0.6）dCG。理论推导与现场验证dPG应为（0.6～0.7）dCG。

以直径为D的半球接地极为模型，置于均匀土壤，采用直线法要测得真实值，应设法使-1/dPG+1/(dCG-dPG)-1/(dCG-D/2)=0（2）。当dCG»D/2时，1/(dCG-D/2)≈1/dCG，解得dPG=[-c±c]/2=0.618dCG，即将电位极置于0.618dCG处则可测得真值。当dCG»D/2的条件不能满足时，补偿点应根据dPG/dCG={-(1-D/dCG)±√[(1-D/dCG)2-4(-1+D/2dCG)]}/2（3）确定。可见，接地极相对尺寸较大，而电流极布线长度有限时，电位极的最佳位置（补偿点）不再是0.618处。当dCG/D为2、3、4时，对应的补偿点分别位于0.651、0.638、0.633处。现场测试时，很难完全按照补偿点进行布线，应采用Z=Z′/K1=Z′/{1-D/2[1/dPG+1/(dCG-D/2)-1/(dCG–dPG)]}（4）对测试结果进行修正，其中：K1-直线法测试修正系数；Z-接地阻抗的修正值（Ω）；Z′-接地阻抗的测试值（Ω）。

根据式（4）可求得表1数据，按照表1所列关系布线可得满足±10%精度要求的测试值。

此次测试，均按表1所列精度范围布线，Z′为测试值，Z为按K1修正后的值，测试均值与修正均值相差仅-0.7%，且各测试值与Z均值误差均在±10%范围之内。实践证明，采用直线法测量变电站接地网接地阻抗时，当电流极布置得足够远，电压极测试线满足表1所列精度补偿范围时，测试值满足精度要求，无需进行修正。

3结论

1）大电流接地系统接地阻抗的取值应以最大GPR满足二次设备工频耐压2000V为依据，不考虑0.5Ω的限值；小电流接地系统变电站接地网接地电阻取R≤4Ω，而不是R≤1Ω。

2）接地阻抗测试采用直线法时，根据现场情况，电流极应尽可能远地布置，电压极应按照表1进行布置，则测试结果满足精度要求，无需进行修正。

参考文献

[1]刘锴，熊洁，丰有刚.大接地短路电流系统的接地网实用计算[J].华中电力，2010（1）.

[2]习文山，蓝磊，许军，陈慈萱等.三峡电站允许地电位升高试验研究（I）（II）[J].电网技术，2002.

[3]于刚，何金良，曾嵘等.二次电缆的工频电压耐受特性，二次设备的工频电压耐受特性.