变电所接地电阻测量的研究.doc

毕业论文中文摘要变电所接地电阻测量的研究摘要：电力系统的接地问题是个非常复杂而又至关重要的问题，它直接关系到人身和设备的安全。近些年来，国内多处变电站因雷击形成扩大事故，多数与地网接地电阻不合格有关。因此，接地电阻的测量受到很大的重视。本文主要阐述了朔州市550KV变电站接地电阻的测量问题，接地电阻测量中地下金属物体对测量结果的影响以及减小接地电阻的措施。变电站周围存在大量的地下金属管线和金属地网，它们会直接影响变电站接地网接地电阻的真实值，本研究拟采用数值计算的方法分析不同管线布置方式和与变电站接地网是否连接的状态，对其接地电阻的影响程度分析，同时给出了测量接地电阻的方法。接地系统是维护电力系统安全可靠运行，保障设备和人身安全的重要措施之一。电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要确保人身和设备的安全，二是要维护电力系统的可靠运行，这都与接地装置的设计密切相关。因此就要采用各种措旋降低接地电阻。 关键词：接地电阻;金属管道;变电所;接地网毕业论文外文摘要Substation Grounding Resistance Measurements AbstractPower grounding problem is a very complicated and crucial question, it is directly related to the safety of person and equipment. In recent years, many domestic substation lightning formation expanding accident, most and earth screen grounding resistance unqualified. Therefore, the grounding resistance measurements are much attention.This paper mainly discusses ShuoZhouShi 550KV substation grounding resistance measurements of grounding resistance measurements, underground metal objects on the measurement results and reduce the influence of grounding resistance. There are a lot of underground substation around metal pipe and metal fixed, they will directly influence the substation grounding resistance of substationgrounding grip the real value, this study adopts the method of numerical calculation and analysis of different pipeline arrangement and substation ground net.through introducing the connection, whether for its grounding resistance influence analysis, and presents the method of grounding resistance measurements. Grounding system is to maintain the safe and reliable operation of the power system, ensure safety equipment and one of the important measures. The safe operation of the power system has two aspects, one is to ensure the safety of person and equipment, two is to maintain the reliable operation of the power system, the design of the grounding and closely related. Therefore USES all sorts of measures to reduce spin grounding resistance.Keywords Grounding resistance;Metal pipes;Substation; Grounding network 目录1 绪论11.1 国内外接地电阻测量的发展概况及现状分析11.2 研究本课题的意义31.3 研究内容32 接地电阻42.1 接地的概念和意义42.1.1 保护接地42.1.2 工作接地52.1.3 防雷接地52.2 接地电阻的定义及其作用62.3 接地电阻的测量72.3.1 测量接地电阻的原因82.3.2 接地电阻测量的方法和原理82.3.3 测量接地电阻注意事项103 地下金属物体对接地电阻测量的影响103.1 变电站地下金属管线对其接地网电阻测量的影响103.1.1 均匀土壤中管线尺寸与其到接地网边距对接地电阻的影响113.1.2 双层土壤中管线尺寸与其到接地网边距对接地电阻的影响133.2 变电站附近金属地网对其接地网电阻测量的影响154 降低接地电阻的方法174.1 增大接地网面积174.2 增加垂直接地体184.3 人工改善地电阻率184.4 深埋接地体184.5 敷设水下接地网194.6 利用自然接地体19结论20参考文献21致谢22变电所接地电阻测量的研究1 绪论1.1 国内外接地电阻测量的发展概况及现状分析随着电力技术的不断发展，对接地电阻的理解和分析也愈加深入，从六十年代开始，电位降测量理论逐渐得到了广泛的认可。时至今日，ANSIIEEE标准仍然推荐使用电位降法来测量接地电阻，也就是布置电流极和电压极两个辅助电极，通过不断改变电压极位置测量得到接地体与电压极之间的电位降曲线，分析测量曲线，得到接地电阻的测量值。但由于电位降测量法需要反复多次测量，工作量很大，而电位降曲线的绘制相对也比较困难，很不利于现场操作。因此，国内外研究人员在电位降理论基础上发展了一系列简化测量理论，其中最常采用的是由电位降法衍生出的三极电位补偿法，包括我国电力部门过去以及目前仍大量使用的0.618法和30度夹角法。为了消除干扰影响，研究人员在三极补偿法基础上发展出了四极法、倒相法、大电流法等测量方法。四极法，即在电位降法的基础上再增加一个电极，在被测电极附近地中插入一个辅助电压极的测量方法。倒相法即通过改变电流极性进行两次测量来抑制干扰。大电流法即测试电流不小于30A，通过注入大测试电流提高信噪比，增加测量准确性。从消除电流、电压引线间互感影响的角度来看，四极法是一种比较理想的方法，能有效地消除电压测量线上的互感影响，并且通过倒相消除地中干扰电流的影响，从而得到真实的接地电阻值。四极法和倒相法都需要分阶段测量多个电压值和多个电流值，而实际上，地中干扰信号大多数情况下是一个随机量，两次或多次测量，很难保证干扰信号的同一性，这必然影响到最后的测量值。而大电流法的使用必然导致测量电源装置的庞大和笨重，现场测量工作时使用极为不便。为了更好的剔除干扰信号，提高接地电阻测量的准确性和可重复性，七十年代以后，国内外研究人员相继提出了基于白噪声的接地电阻测量法，基于功率谱和高阶谱的接地电阻测量方法，相位补偿法、变频法、异频法和小电流法等测量方法。其中异频法显示出突出的优越性，成为近年来接地电阻测量方法研究的主要内容之一。测量理论的发展也促进了测量仪器的发展。根据使用的仪器不同，又产生了许多不同的测量方法，如电流表一功率表法、电桥法、电位计法等。五六十年代苏联的E型摇表采用补偿原理和电位计结构，携带方便，电源是手摇发电机，因此工作量比伏安法简单，取代了伏安法。但受人为因素影响大，精度低。七十年代国产接地电阻仪问世，ZC系列无论在结构、体积、重量、测量范围、分度值、准确性，都要胜于E型摇表。这种测量仪属电位计型。用磁电系检流计作指零仪，仪表备有机械整流器或相敏整流器，以便将交流转化为检流计所需的直流电源，并可消除地中工频杂散电流对测量的影响，此外在电压输出线的回路中还串联了一个电容以隔断直流。手摇发电机输出电流的频率为105120Hz，而且电源容量小，不能提供大的测量电流。由于手摇发电机的关系，精度也不高。许多实践表明，测量值随干扰电流值的加大而明显增大，即抗干扰能力低。八十年代数字接地电阻仪的投入使用给接地电阻测试带来了生机，一些西方国家相继采用变频方法进行接地电阻的测量研究。虽然采用变频方法测量接地电阻在测试的接线方法同ZC系列没什么两样，但是由于注入的异频(频率接近工频但异与工频)电流只有几安培，因而对电流极引线的线径没有特殊要求，只需要能通过几安培的小线径导线即可。由于注入的电流的频率异与工频但接近与工频，因而仪器的抗干扰能力强、测量精度高。而且由于注入的电流很小，测量地网接地电阻的时候还不需要断开保护设备，提高了安全系数。异频接地电阻测量仪是接地电阻测量仪器的重要发展方向之一。九十年代钳口式接地电阻仪的诞生打破了传统式测试方法。钳式接地电阻测试的最大特点是不必辅助地棒和断开接地引线，只要钳住接地线或接地棒就能测出其接地电阻，可进行在线监测。具有快速测试、操作简单等优点。钳口式接地电阻测量仪电源为干电池。主要分为单钳式(如CA6411)和双钳式(如GEOX型)。测试原理是一样的，都有两个线圈，双钳口式两线圈是分开的，单钳口式把两个线圈合并在一个钳口上。单钳口式地阻仪主要用于检查在地面以上相连的多电极接地网络，通过环路地阻查询各接地电阻测量；双钳口接地电阻仪测量范围和精度均有所提高。但由于钳口法测量采用电磁感应原理，易受干扰，测量误差比较大，不能满足高精度测量要求，接地电阻在小于O.7欧以下，无法分辨，不适于大型接地系统。近年来最新引进的意大利HT公司234数显精密接地电阻仪结合了传统伏安法测量的特点与钳口法新技术原理，再运用先进的计算机控制技术而成为当代首屈一指的智能型接地电阻测量仪。具有精度高，功能齐全，操作简便的特点，目前在国内邮电、电力、航空等行业都进行了配置。但是，由于这种方法测得的接地电阻包括接地体电阻和辅助极电阻，因而只有在辅助接地极的接地电阻和接地极的接地电阻相比小的多的时候，测得的结果才可以作为接地极的接地电阻。1.2 研究本课题的意义电力系统的接地问题是个非常复杂而又至关重要的问题，它直接关系到人身和设备的安全。特别是随着电力系统的发展，电网规模不断扩大，接地短路电流也越来越大。以前由于接地装置的问题而引起的主设备损坏、变电所发电厂停运等事故已发生多起，都给电网的安全稳定运行带来了很大的危害，因而电力系统的接地问题必须受到充分的重视。电力、电子设备的接地是保障设备安全操作人员安全和设备正常运行的必要措施。可以认为，凡是与电网连接的所有仪器设备都应当接地；凡是电力需要到达的地方，就是接地工程需要作到的地方。可见接地工程的广泛性和重要性。接地网在电力系统安全运行中起着极为重要的作用，不仅为系统内各种高压电气设备提供一个公共的参考地，还可以在系统发生故障时排泄故障电流并降低变电所的地电位，从而确保系统工作人员的人身安全及各种电气设备的正常运行。作为变电站安全运行的重要保证，其接地性能一直受到设计和安全运行部门的重视。 一般接地网合格与否的主要判据是其接地电阻值。所以接地网接地电阻的测量，是接地网验收和运行中检查其合格与否的重要手段，也是检验接地网在电力系统发生故障时，能否发挥其保证安全作用的重要措施，己成为保障电力系统安全运行的一项重要工作。1.3 研究内容接地电阻测量中地下金属物体对测量结果的影响以及减小接地电阻的措施。变电站周围存在大量的地下金属管线和金属地网，它们会直接影响变电站接地网接地电阻的真实值，本研究拟采用数值计算的方法分析不同管线布置方式和与变电站接地网是否连接的状态，对其接地电阻的影响程度分析，同时给出了测量接地电阻的方法。接地系统是维护电力系统安全可靠运行，保障设备和人身安全的重要措施之一。电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要确保人身和设备的安全，二是要维护电力系统的可靠运行，这都与接地装置的设计密切相关。因此就要采用各种措旋降低接地电阻。 2 接地电阻2.1 接地的概念和意义接地，是为了保证电气设备的可靠运行和人身，设备的安全，是把电气设备的某一部分通过接地装置和大地相连接；或是电气设备与某一基准点相连接，即接基准地。接地线和接地体都使用金属材料，统称为接地装置。在电力系统中按用途不同分为保护接地、工作接地和防雷保护接地等。2.1.1 保护接地保护接地，就是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。如果家用电器未采用接地保护，当某一部分的绝缘损坏或某一相线碰及外壳时，家用电器的外壳将带电，人体万一触及到该绝缘损坏的电器设备外壳（构架）时，就会有触电的危险。相反，若将电器设备做了接地保护，单相接地短路电流就会沿接地装置和人体这两条并联支路分别流过。一般地说，人体的电阻大于1000欧，接地体的电阻按规定不能大于4欧，所以流经人体的电流就很小，而流经接地装置的电流很大。这样就减小了电器设备漏电后人体触电的危险。电气设备外露导电部分和装置外导电部分在故障情况下可能带电压。为了降低此电压，减少对人身的危害，应将其接地（如电气设备的金属外壳的接地、母线的金属支架的接地）。通常情况下电气设备机壳等是不带电的，当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电相线与电气设备外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或电气设备外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将电气设备外壳和地之间作很好的连接，使电气设备机壳和地等电位。保护接地的作用就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接，降低接点的对地电压，避免人体触电危险。2.1.2 工作接地工作接地，是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。才用了工作接地后，低压电网有一相发生事故时，产生单相短路电流，使保护装置动作，避免人体触电。其作用：降低人体的接触电压，在中性点对地绝缘的系统中，当一相接地，而人体又触及另一相时，人体将受到线电压，但对中性点接地系统，人体受到的为相电压。迅速切断故障设备。在中性点绝缘的系统中，一相接地时，接地电流仅为电容电流和泄漏电流，数值很小，不足以使保护装置动作以切断故障设备。在中性点接地系统中，发生碰地时将引起单相接地短路，能使保护装置迅速动作以切断故障。减轻高压窜人低压的危险。工作接地分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。机器逻辑地，也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。 信号回路接地，如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。 屏蔽接地（模人信号的屏蔽层的接地）。 本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外，还有使仪表和系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的措施不同而不同。工作接地的作用是减轻易一相接地的危险性；稳定系统的电位，限制电压不超过某一范围，减轻高压窜入低压的危险。2.1.3 防雷接地防雷接地，是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。雷电是一种很普遍和极为壮观的自然现象，具有强大的威力和破坏作用。雷电现象起源云中水汽的起电和同极性电荷的积累，带电的云块成为雷云，雷云是产生放电的先决条件。雷电放电可能在云中两块异性的雷云间发生，称之为云中放电。也可能是雷云对大地放电，称之为云一地放电。雷云电荷向下发展而形成的雷电放电称为下行雷。随着电网规模的扩大和电压等级的不断提高，雷电对发电厂的危害越来越大。为了防止雷电的危害，变电所必须做好一定的防雷措施，即通过接地装置预防雷电的危害。防雷接地网是防雷系统工程中最基础的环节，接地不好或接地不良，等同接地电阻增大，发生雷电时会引起地电位升高，超过安全允许值，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。防雷接地对电气设备、通信设备、计算机设备等的安全运行和人身安全是非常重要的，接地电阻过高以及接地体的损坏将严重威胁人身和系统设备的安全，影响电力系统的可靠运行。接地是电力系统的一个重要问题，接地的好坏直接关系到电气设备和人身的安全。全国各地就曾多次发生因接地网的问题而造成重大事故的事例。接地网接地电阻测量的准确度，直接关系到正确判断接地网的施工质量，以及对运行中的接地网是否还需处理等问题。因此，提高测试的准确性是很重要的，否则将会造成资源的浪费。2.2 接地电阻的定义及其作用接地电阻是接地系统的主要技术参数，接地电阻的测量是检验接地系统在系统故障时能否有效发挥作用的重要措施。接地电阻是指电流经过接地体进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻。大地具有一定的电阻率，如果有电流流过时，则大地各处就具有不同的电位。电流经接地体注入大地后，它以电流场的形式向四处扩散，离接地点愈远，半球形的散流面积愈大，地中的电流密度就愈小，因此可认为在较远处（15-20m以外），单位扩散距离的电阻及地中电流密度已接近零，该处电位已为零电位。 接地电阻是接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和，其数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值，它与土壤的特性及接地极的几何尺寸等因素有关。接地电阻值是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合规程要求的重要指标。接地点处的电位Um与接地电流I的比值定义为该点的接地电阻R，R=Um/I。当接地电流为定值时，接地电阻愈小，则电位Um愈低，反之则愈高。接地电阻主要取决于接地装置的结构、尺寸、埋入地下的深度及当地的土壤电阻率。因金属接地体的电阻率远小于土壤电阻率，故接地体本身的电阻在接地电阻中可以忽略不计。接地电阻由下面3部分组成：(1)接地线的电阻以及接地电极自身的电阻；(2)接地电极的表面及与其接触的大地之间的接触电阻；(3)电极周围大地的电阻。以上三个构成要素之中电极周围大地的电阻是最重要的。接地电阻并不是一个电阻，而是一个阻值，接地电阻的大小，是对一个接地体或者设备外壳或建筑物接地极对大地之间的电阻值。接地电阻越小，当有设备漏电或者有雷电信号是，可以将其导入大地，不至于伤害人身和设备。在供电系统中，接地电容电流较大。当电流大于规定值时会产生弧光接地过电压。采用中性点电阻接地方式的目的就是给故障点注入阻性电流，使接地故障电流呈阻容性质，减小与电压的相位差，降低故障点电流过零熄弧后的重燃率，使过电压限制在相电压的2.6倍以内，提高继电保护的灵敏度作用于跳闸，从而有效保护系统正常运行。变电站主网接地电阻的大小，受地质结构、施工方法、设计方案的影响，它的大小关乎设备和人员安全。接地电阻值大，当发生接地时，施加在设备上的电压值就高，容易引起设备绝缘破坏、保护误动或者人员受到接触电压和跨步电压的威胁。2.3 接地电阻的测量变电站接地网是在整个变电站地下打入垂直接地体，并将这些接地体用金属焊接起来，组成一个巨大的接地网系统。接地网的质量是保证变电所安全、可靠运行的重要因素，应引起电力有关部门的重视，并且从设计上、施工上、测量验收上下功夫，尽可能做到设计合理、施工精细、测试准确。变电站接地网的设计应结合实际情况进行, 接地装置能否发挥它应起的作用，关键在于设计和施工运行这两个环节。首先是设计，它是保证接地装置效果的前提条件；其次是施工运行维护，施工的工艺和质量是保证接地装置效果的基础，是体现设计目的的手段，而维护是后期地保养及使用期限的延长。因而在高土壤电阻率地区的变电站设计与建设中，必须注重优化设计与综合治理，以充分提高地网建设地经济性与安全运行地可靠性，同时降阻效率高、抗腐蚀性好、成份稳定、价格低廉地新型降阻材料亦将成为接地网降阻研究的主流。接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，接地问题越来越受到重视。变电所地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护困难等特点在工程建设中受到重视。另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。因此，为保证电力系统的安全运行，降低接地工程造价，应采用最经济、合理的接地网设计思路。接地网是在接地系统的基础，由接地环（网）、接地极（体）和引下线组成，以往常有种误解，把接地环作为接地的主体，很少使用接地体，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环也能够起到接地的作用，但是通常的情况下，这是不可行的，接地环可以起到辅助接地地作用，主导作用是用接地体来完成的。接地网的目的是为了在电力系统正常工作时，保证中性点电位不发生偏移；故障时，保证人身和设备的安全。接地电网，特别是大型发变电站的主接地电网在保证电力设备的安全工作和人身安全方面起着重要作用。由于接地装置的缺陷而造成电力设备损坏，就酿成过重大事故，造成十分严重的经济损失，此种沉痛教训己有多次。2.3.1 测量接地电阻的原因近些年来，国内多处变电站因雷击形成扩大事故，多数与地网接地电阻不合格有关，接地网起着工作接地和保护接地的作用,当接地电阻过大则: 发生接地故障时,使中性点电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。 在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备(架空输电线路及变电站电气设备)带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。同时接地系统的接地电阻是否合格直接关系到变电站运行人员、变电检修人员人身安全；但由于土壤对接地装置具有腐蚀作用，随着运行时间的加长，接地装置已有腐蚀，影响变电站的安全运行；因此，必须大力加强对地网接地电阻的定期监测；运行中变电站地网接地电阻的测量，由于受系统流入地网电流的干扰以及试验引线线间的干扰，使测试结果产生较大的误差。特别是大型接地网接地电阻很小（一般在0.5以下），即使细微的干扰也会对测试结果产生很大的影响；如果对地网接地电阻测试不准确，不仅损坏设备，而且会造成诸如地网误改造等不必要的损失。2.3.2 接地电阻测量的方法和原理接地电阻是表征接地装置性能的最主要指标，准确地测量接地电阻值的大小是判断接地装置能否满足要求的重要手段。接地电阻的测量方法有很多，除了多极法和钳口式接地电阻测量仪外，其他各种测量方法的基本原理大致相同，均为三极法的测量原理。三极指的是接地极(即接地网)、电流极和电位极。一般情况下，三极法测试接地电阻中被测接地极，仪表的电压极和电流极三者之间的相互位置和距离，对于接地电阻测量结果又很大的影响。为了说明接地电阻测量的原理，现以理想状态下的半球接地极为例。如图所示是三极法测量接地电阻的电极布置和电位分布图. 图1 测量接地电阻的电极布置和电位分布示意图注:G=被测接地装置；P=测量用的电压级；C=测量用的电流极根据理论计算，已知半球接地极的接地电阻 (1) 其中：半球接地极的半径，土壤电阻率。由半球接地极电位分布公式可以得到通过被测接地极G流入大地的电流使G、P两点产生电位差： (2)通过电流极C流入大地的电流使G、P两点之间产生电位差（通过被测接地极G和电流极C流入大地的电流方向相反） (3)G、P两点之间的总电位差 (4)G、P两点之间呈现的电阻 (5)由于半球接地极的实际接地电阻如式（1）所示，因此测量误差 (6)仅当式（7）成立时，测量误差，测量结果才正确。 (7)2.3.3 测量接地电阻注意事项接地装置的特性参数大都与土壤的潮湿程度密切相关，因此接地装置的状况评估和验收测试应尽量在干燥季节和土壤未冻结时进行进行，不应在雷、雨、雪中或雨、雪后立即进行。通过实际的测量，为我们整改提供可靠的依据。对变电站接地网接地状况，提出整改优化方案，使接地网的接地电阻符合要求，从而有效的防止设备绝缘损坏造成的跨步电压造成人员伤害或设备的进一步损坏。起到保证电气设备的安全运行，为变电站工作人员创造一个安全可靠的工作环境的作用。3 地下金属物体对接地电阻测量的影响3.1 变电站地下金属管线对其接地网电阻测量的影响接地电阻RG 是电流I 经接地系统流入大地时接地系统的电位UG 和电流I 的比值，接地电阻也可定义为由接地系统到无穷远处的土壤的总电阻。但城市变电站周围存在着大量的地下管线，并且管线的存在会影响到地面的电位分布和接地网的接地电阻。而在实际变电站设计中的一些假设与实际情况差异很大，诸如忽略地下管线对变电站接地系统设计的影响，造成其测量值与设计值有所偏差等等，因而迫切需要进行这方面的相关研究。本文采用数值计算的方法分析了不同土壤结构下管线与接地网的位置关系（与接地网一边垂直、与接地网一边平行）、两者连接状态，管线尺寸等因素，对接地网接地电阻的影响程度。3.1.1 均匀土壤中管线尺寸与其到接地网边距对接地电阻的影响朔州市550kV变电站的接地网的尺寸为200m200m，其接地网间距为10m，埋深为0.8m；管线与最近的接地网一边平行或者垂直布置且不同的连接方式，其埋深为0.8m，如下图所示： （a）管道与接地网一边平行且不相连 （b）管道与接地网一边平行且相连（c）管道与接地网一边垂直且不相连 （d）管道与接地网一边垂直且相连图2 接地网与管道的相对位置和连接状态上述接地网和地下管线存在于土壤电阻率为100m 的均匀土壤中，管线尺寸在100m1000m 变化及管线与接地网边距从5m500m 变化。如下表1 所示，考虑到管线对接地网的影响，其接地电阻相对误差 的变化规律，其中R0 为没有管线影响时变电站接地网理想接地电阻，而R 为存在管线影响变电站接地网真实接地电阻。表1 均匀土壤中管线尺寸与其到接地网边距对接地电阻的相对误差（%）尺寸(cm)与接地网的边距（m）550100500a1002.220.01005009.280.730.150100011.741.420.430b1008.9721.2724.8729.1650041.7155.5558.5162.44100060.1871.0773.0075.48c1001.750.100.0205003.660.500.17010004.030.680.260.01d10025.5929.9331.8635.0650065.1265.9566.4067.58100078.3478.6378.7979.25由表1 可以看出，当管线与变电站接地网连接时，变电站接地电阻受到管线的影响较之其未连接状态下大得多；当管线与变电站接地网相连时，变电站接地电阻的相对误差随着其间的距离越远而越大；当管线与变电站接地网不相连时，变电站接地电阻的相对误差随着其间的距离越远而越小直至为零。当管线与变电站接地网未连接时，相同尺寸长度和边距的管线与接地网一边平布置一般较垂直布置对接地电阻影响大；当管线与变电站接地网连接时则反之，即管线与接地网一边垂直布置对接地电阻影响较大。例如，距离接地网10m 且尺寸长度为500m 地下管线在a、b、c 和d 情况下，其对接地网接地电阻产生的相对误差为：9.28%、41.71%、3.66%和65.12%。其原因在于：当管线与接地网未连接时，平行与接地网一边的管线会对接地网接地电阻影响较大，而当两者连接时，接地系统的接地电阻由接地网和管线共同构成，两者之间屏蔽效应对接地电阻影响起到主导用，且两者之间平行其屏蔽效应较之垂直布置强，因而两者之间平行布置对接地电阻影响较小。3.1.2 双层土壤中管线尺寸与其到接地网边距对接地电阻的影响通过上面的实验，下面研究一下双层土壤的情况。假设双层土壤的上层土壤电阻率为100m，如果上层厚度小于0.5m，那么可以近似认为均匀土壤，其电阻率近似等于下层土壤电阻率；而如果上层厚度大于100m，那么可以近似认为均匀土壤，其电阻率近似等于上层土壤电阻率100m。管线与接地网一边垂直和平行布置且两者处于相连状态，如图3 表示尺寸为300m 的管线与接地网一边垂直且两者的中心距为200m，其接地电阻相对误差与上层土壤厚度的关系图；如图4 表示尺寸为300m 的管线与接地网一边平行且边距200m，其接地电阻相对误差与上层土壤厚度的关系图。其中，AF 分别表示K 值为-0.9、-0.5、-0.1、0.1、0.5 和0.9。 相对误差%上层土壤厚度（m）图3 管线与接地网连接且与其一边垂直接地电阻相对误差和上层土壤厚度关系图 相对误差% 上层土壤厚度（m）图4 管线与接地网连接且与其一边平行接地电阻相对误差和上层土壤厚度关系图当K 为-0.9 且上层土壤厚度较小时，此时下层土壤电阻率很低，那接地网的泄漏电流更容易通过该层土壤流动，则在上层土壤中的管道对接地电阻测量影响得到减弱；如果上层厚度较大，那么双层土壤可近似看成均匀土壤100m，则管道对接地电阻测量影响较大，因而接地电阻相对误差和上层土壤厚度呈现下抛物线的函数关系。而当K 为0.9 且上层土壤厚度较小时，此时下层土壤电阻率很高，那接地网的泄漏电流更容易通过在上层土壤中流动，则在上层土壤中的管道对接地电阻测量影响得到增强，因而接地电阻相对误差和上层土壤厚度呈现上抛物线的函数关系。由图3 和图4 表示管道垂直和平行与接地网一边布置，管道平行与接地网一边时接地电阻相对误差绝对值较小且波动较为剧烈，其原因在于：管道与接地网一边平行且两者连接时，其间的屏蔽效能较强，那么屏蔽效能随着土壤结构变化影响较大，因而两者平行时会随着上层土壤厚度变化幅度较大。尺寸为100m 的管线与接地网一边平行其距离5m 且两者处于不相连的状态，管线对接地网接地电阻的影响程度如图5。相对误差%上层土壤厚度（m）图5 管线与接地网一边垂直且两者未连接测量误差和上层土壤厚度关系图由于管线与变电站一边平行布置且两者未连接时，管线造成的相对误差在7%以内，而且当上层土壤大于30m，其相对误差在2%左右波动，可以近似等效为管线在均匀土壤中的相对误差；管线与接地网一边垂直布置较平行布置对接地电阻影响小，所以两者处于垂直布置且未连接状态时，管线对接地电阻的影响可以忽略，不予以考虑。3.2 变电站附近金属地网对其接地网电阻测量的影响朔州市550KV变电站，接地网周围还存在一些地下金属构筑物这些地下构筑物将会对接地电阻测量产生影响。如图6所示在测量路线上存在有地下构筑物。接地网面积为200 mx200 m地下构筑物为1个小型地网面积为50 mX50 m地网与地下构筑物之间的距离为d，地网的埋深为0.8 m。图7所示为图6中无地下构筑物、地下构筑物与地网之间的距离为50m和200m时，模拟计算得到的视在接地电阻曲线(采用三极法测量)。图6 在测量路线上存在地下构筑物时接地电阻测量分析图图7 在测量路线上存在地下构筑物时模拟计算得到的视在接地电阻曲线采用三极法测量接地电阻的基本原理是电位极P在地网G和电流极C之间测量当电位极处在GC之间各点对应的视在接地电阻作出视在接地电阻随电位极位置改变时的变化曲线，曲线平坦段对应的接地电阻即为地网的接地电阻。可以看出如果存在地下构筑物，则对应的视在接地电阻曲线部分出现非常平坦的部分，该平坦段与整个曲线的连接不是光滑的有明显的不连续。视在接地电阻曲线在与构筑物及附近有一个过渡段而曲线的其余部分与没有地下构筑物时的视在接地电阻曲线基本重合。如果在测量时将该平坦段视为视在接地电阻曲线对应真实接地电阻的平坦段则会导致测量结果的巨大误差。如果地下构筑物靠近地网则该平坦段靠近地网导致测量得到的接地电阻偏小：如果地下构筑物靠近电流极则该平坦段靠近电流极导致测量得到的接地电阻偏大。因此在实际测量时如果发现视在接地电阻曲线有非常平坦的部分，则应改变方向进行测量。如果不能改变方向且该平坦段不影响真实接地电阻对应的补偿点的判别则该地下构筑物对测量结果没有影响：如果地下构筑物影响到真实接地电阻对应的转折点的判别。则可以加长电流极引线让该平坦段错开补偿点位置。当主接地网与地下金属构筑物之间不相连时。可得到地下金属构筑物对主地网接地电阻的影响，见图8(a)。可以看出二者之间的距离为10 m时，地下金属构筑物对主地网的影响很小基本上没有影响。当主接地网和附近的地下金属构筑物连起来时。则二者之间的距离对接地电阻的影响见图8(b)。可以看出二者连起来后会明显降低主接地网的接地电阻，二者之间的距离越远接地电阻降低的效果越明显，因为距离越远二者之间的屏蔽效应越弱。（a）与主地网不连 (b)与主地网相连图8 主地网与其附近的地下构筑物间的距离对主地网接地电阻的影响4 降低接地电阻的方法4.1 增大接地网面积由接地电阻的物理概念，大地电阻率和介电系数不容易改变，而接地电阻R与接地网电容C成反比：从理论上分析，接地网电容C主要由它的面积尺寸决定，与面积成正比，所以接地网面积与接地电阻成反比。减小接地网接地电阻，增大接地网面积是可行途径。一个有多根水平接地体组成的接地网可以近似地看成一块孤立的平板，借用平板接地体接地电阻计算公式，当平板面积增大一倍时，接地电阻减小29.3%。4.2 增加垂直接地体依据电容概念，增加垂直接地体可以增大接地网电容。当增加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸可比拟时，接地网由原来的近似于平板接地体趋近于一个半球接地体，电容会有较大增加，接地电阻会有较大减小。由埋深为零半径为的圆盘和半径为r的半球电容之比可得，接地电阻将减小36%。但是对于大型接地网，其电容主要是由它的面积尺寸决定，附加于接地网上有限长度（23m）的垂直接地体，不足以改变决定电容大小的几何尺寸，因而电容增加不大，亦接地电阻减小不多。所以大型接地网不应加以增加垂直接地体作为减小接地电阻的主要方法，垂直接地体仅作为加强集中接地散泄雷电流之用。唯一有效的途径是采用深井接地。4.3 人工改善地电阻率在高电阻率地区采用人工改善地电阻率的方法，对减小接地电阻具有一定效果。例如，对于一个半径为r的半圆球接地体而言，其接地电阻的50%集中在自接地体表面至距球心2r的半圆球内，如果将r至2r间的土壤电阻率降低，可使接地电阻大大减小。设原地电阻率为，将r至2r范围内的电阻率为的土壤用低电阻率的材料置换，则半圆球接地体的接地电阻为：置换前的接地电阻RX为：R与RX之比为：当，上式改写为： 故接地电阻减小的百分数为50%。另外由上式可以看出，用低电阻率的材料置换半球附近高电阻率的土壤，相当于将半球接地体的半径由R增大到2R，由于接地体几何尺寸的增加，而使接地电阻减小。4.4 深埋接地体在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。地的电阻率随深度而减小的规律，往往在达到一定深度后，地电阻率会突然减小很多。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。对于地电阻率随地层深度的增加而减小不大的地方，由于地电阻率变化不大，增加接地网的埋深只是增大接地网的电容。利用电容的概念，电容具有储藏电场能量的本领，它所储藏的能量，不是储藏在极板上，而是储藏在整个介电质中，即整个电厂中：介电质中的能量密度，既与介电系数有关，又与电场的分布有关，因此，比起接地网的几何尺寸小得多的有限埋深，所增加的储藏能量的介质空间极为有限；在有限空间中的能量密度又小，储藏的总能量也就增加不多，即电容增加不大，所以对减小接地电阻作用不大，不宜采用深埋接地体的方法减小接地电阻。深埋接地体和敷设水下接地网可以大大降低直流电阻，但对降低交流电阻作用不大，故国军标不推荐使用该法。但结合基地航天测试实际情况，主要是低频信号，此法简单，效果明显，可以使用。4.5 敷设水下接地网在有适宜水源的地方敷设水下接地网，由于水的电阻率比地电阻率小的多，可以取得比较明显的减小接地电阻的效果。而且敷设水下接地网施工比较简便，接地电阻比较稳定，运行可靠，但应注意水下接地网距接地对象的距离一般不大于1000m。4.6 利用自然接地体充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结购物，以及上下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻的有效措施，而且还可以起引流、分流、均压作用，并使专门敷设的接地带的连接作用得到加强。利用自然接地体应注意以下事项：（1）利用自然接地体时，除线路接地体之外，一般电气设备的接地应至少用两根引出线在不同地点与接地网（或接地干线）相连，引出线与自然接地体以及与接地网（或接地干线）的连接多为焊接。（2）利用地下金属管道作为自然接地体或者利用地上和地下金属管道作为自然接地线时，在管接头和接线盒处都要用跨接线连接，连接方法也是焊接。管径为40毫米及以下时，跨接线可采用6毫米圆钢，管径在50毫。结论（一）朔州市550KV城市变电站周围存在大量地下金属物体，其不同位置布置和连接方式均会对变电站接地网的接地电阻产生不同程度的影响。与变电站接地网连接的管线对接地网的接地电阻影响很大，而且接地电阻的相对误差随着其之间的距离越远而越大；相应的未连接影响作用小得多，且接地电阻的相对误差随着其之间的距离越远而越小直至为零。另外，