用异频法测量大型地网参数(接地阻抗跨步电压接触电压等)的研究

1、用异频法测量大型地网参数的研究（接地电阻、接地阻抗、跨步电压、接触电压、场区地表电位梯度、土壤电阻率等）关键词：异频法，接地阻抗，接地电阻，高压和超高压变电所，大型地网，测量，安全判据，跨步电压，接触电压、场区地表电位梯度、土壤电阻率摘要：对于高压和超高压变电所来说，应当用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”，同时建议规程采用接触电压和跨步电压作为安全判据；还应选用轻便、准确的异频测量系统获得接地阻抗的正确结果，以保障人身、设备的安全，利于电力系统的安全运行。. 前言我国的电力基本建设发展很快，随着系统额定电压等级的提高，高电压、大容量的变电所日益增多。相应于露天变电所，出现了许多大型和超大型的

2、地网。而地网的工作状况直接关系到人身安全、电力设备和电力系统的安全运行。由于地网是地下埋设，工作条件不利，应当进行周期性的监测。为此，需要有合理的安全判据和理想的测量系统。而对于高压和超高压变电所来说，首先应当采用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”。. 接地阻抗A概念对于中压电网中的变电所来说，由于占地面积相对较小，地网的延伸面积也不大，其“接地电阻”呈现明显的“阻性”。这种情况已成为一种习惯认识。可是，对于一些露天的220 kV及以上高压、超高压变电所的地网来说，这个概念就值得商榷了。因为此时地网的几何尺寸十分可观，面积可达几万、乃至十几万平方米，这样，相应的“接地电阻”便呈现出较明显的“复

3、数阻抗”性质，即包含电阻、电感和电容三个分量。实际上，在工频、谐波电流以及雷电冲击电流的情况下，电感和电阻分量所起的作用远胜于电容分量。至于电容分量，由于数值相对不大，它只在很高频率下表现出一定的作用，而且对于缓解变电所的跨步电压和接触电压来说，还是个偏于安全的有利因素，故本文不再讨论。B. 实例例如XM的220kV变电所，当测量地网接地阻抗所用的频率f1=40.18Hz时，地网接地阻抗Z1=0.6266。当所用的频率f2=60.15Hz时，接地阻抗Z2=0.6617。这样，工频时的接地阻抗应为0.6442。由此可知，±10个周波的频差，可导致接地阻抗值比工频时增减±5.6

4、%1。当地网的直流接地电阻更低时，这种性质表现得更明显。如LC发电厂的220kV变电所地网，其直流接地电阻值为0.099,工频时的接地阻抗值增大为0.151,交流128Hz时更增大为0.230。就直流时与工频情况相比，阻抗值减小了34.4%；就128Hz时与工频情况相比，阻抗值则增大了52.3%。这个现象在220kV变电所中的表现已如上述。在额定电压更高的变电所中，则表现得更加突出。如在500kV、WN变电所地网进行的现场实测，直流接地电阻值为0.0623，在50Hz时接地阻抗值为0.135，在128Hz时为0.236。同样由于电感分量的作用，与工频情况相比，直流时，阻抗值减小了53.9%；1

5、28Hz时，阻抗值则增大了74.8%。这里应当指出，上述220kV和500kV变电所大型和超大型地网的实测数据表明，接地阻抗与频率保持良好的线性关系。这与理论分析是一致的。以上情况说明，在大型和超大型地网中，应当用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”，方较符合实际情况。我国现行的电力行业标准DL/T621-1997“交流电气装置的接地”中，所应用的“接地电阻”概念，已经显示出了它的局限性。. 大型地网的安全判据A确定合理安全判据的必要性安全和经济上的合理性是变电所地网应当同时满足的两个基本要求。在高土壤电阻率地区，欲降低变电所地网的接地阻抗值，不仅十分困难，而且往往很不经济、也很不合理。而在低土

6、壤电阻率地区，即使地网的接地阻抗值达到了电力行业标准DL/T 621-1997“交流电气装置的接地”规定的要求，变电所内的接触电压和跨步电压，也不一定处处都能满足人身安全和设备安全的要求。因此，对于大型和超大型地网来说，用接地阻抗值作为安全判据是值得商榷的。B 安全判据根据上述DL/T 621-1997标准中第6.2.2条的规定，在有效接地和低电阻接地系统中，发电厂、变电所地网的接地电阻不符合规定时，应校验接触电压和跨步电压。在一般的情况下，这样规定是没有问题的。然而，在超高压和特高压电力系统中，中性点采用“全接地”或“非常有效接地”方式，运行特性与中性点“有效接地和低电阻接地”方式的系统有所

7、不同，单相接地故障电流较之显著增大。对于相应变电所的大型地网来说，则应把对“接触电压”和“跨步电压”的要求提到首位上来。这样，无论从保证人身安全和设备安全、还是从经济技术指标方面考虑，都会更加适用与合理。至于接地阻抗的绝对值，根据变电所当地的具体土壤条件，可以而且应当允许在一定的范围内变动。所以，新版DL/T4752006接地装置特性参数测量导则规定了要测量“场区地表电位梯度”，“接触电压”，“跨步电压”等项目。 C 必要的监测如所周知，地网处于地埋状态，在长期运行中可能发生腐蚀、损坏和断裂等情况，但问题却不易暴露。因此，应当重视与加强对运行中地网状况的监测，这对安全运行是至关重要的，否则可能

8、造成严重的后果。无论以前和近期，在国内外的电力系统中均有这方面的经验教训。. 准确测量问题由于高电压、大容量变电所在电网中的地位很重要，一般不能允许停电进行地网接地阻抗的测量。对于大型和超大型变电所来说，更是必须在带电运行的条件下进行测量。A 工频法利用工频信号对大型地网的接地阻抗进行准确测量，历来是个难题。除了人工劳动强度大之外，更为麻烦的是，难以排除地中杂散电流对测量结果所带来的干扰影响。运行中的变电所固然如此，对于兴建中的变电所，在GZ的实测结果表明同样不容乐观。根据实践经验，地中杂散电流的分布面很广，而且其变化情况通常没有规律可循。它随着电网的运行方式和负荷的变化情况而改变，其主要频率

9、为工频基波，也有一定数量的谐波。在同一地点，杂散电流随时间而变化；在同一时间，它又因地点改变而不同。所以，当使用工频电源进行测量时，为了获得比较准确的结果，必须加大被测电流信号。 例如，在测量新建的500kV超高压变电所地网的接地阻抗时，GZ电力试验研究所使用的工频电流超过70A；HD设计院所使用的工频电流更是达到190A。在这种情况下，试验装置往往十分庞大和笨重，现场工作的艰巨性可想而知。B 异频法针对以上存在的问题，国内外先后进行了许多探索研究，其中的“异频法”显示了突出的优越性。70年代前后，日本、加拿大和墨西哥等国家成功地应用60±10、50±10Hz的异频电源试验

10、装置，进行了地网工频接地阻抗的测量。在80年代，我国的浙江、湖北和江西等省电力试验研究院、所，也分别开展了异频电源及带通滤波器的研制工作，并进行了许多现场实测。近年来，奥地利和澳大利亚又进行了数字式异频测试仪的开发工作，其中奥地利的大型地网接地阻抗测试仪，还根据我国一些省市的应用情况进行了改进，积累了较多现场经验。异频法测量系统共同的特点是被测电流信号小，只需几安甚至更小即可满足要求。测量结果具有良好的重复性，因而可信度高。除非气候等外因导致土壤电阻率发生改变。C 实例在XM 220kV DD变电所，于不同日期所测得的40Hz地网接地阻抗列于表，从中可以看到两组数据具有良好的一致性。表不同日期

11、测得的40Hz地网接地阻抗（）试验频率（Hz） 试验信号电流（A） 试验电压（mV） 接地阻抗（）40.18 3.00 1881 0.627040.21 3.01 1885 0.6263在同一变电所、于不同日期进行60Hz下的相似的测量，所得的地网接地阻抗列于表。两组数据的一致性依然良好。表不同日期测得的60Hz地网接地阻抗（）试验频率（Hz） 试验信号电流（A） 试验电压（mV） 接地阻抗（）60.15 3.00 1980 0.660060.19 3.00 1990 0.6633根据表和表中的第一、第二行的数据，可计算出对应的工频下的接地阻抗分别为0.6435和0.6448，其平均值为0.6

12、442。不同时间测量的两组数据，相对于平均值的误差小于0.1%。在500kV的 WN变电所，利用异频接地阻抗测量仪对地网的接地阻抗进行测量，3组数据分别为：0.137、0.134和0.135，即在小数点后第3位才出现差别。偏离平均值0.1353的最大误差小于1.26%，仍是可接受的。D. 比较对试验回路首先要进行适当的选择，该问题这里不进行讨论。可是，在同样的试验回路和试验条件下，异频法比工频法要准确得多。利用表中的实测数据可较好地说明这个问题，其中所列500kV的WN变电所地网接地阻抗值，是在变电所内4个不同位置的电流注入点、相应采用异频接地阻抗测量仪和工频大电流（190A）法两种方法测得的

13、。表两种不同测量方法所得结果的比较测量地点测量方法 变电所东北角 变电所东南角 变电所西北角 在220kV主变处异频法() 0.1185 0.1353 0.0977 0.1040工频法() 0.085 0.098 0.086 0.089绝对误差() 0.0335 0.0373 0.01167 0.0150相对误差(%) 28.3 27.6 11.9 14.4利用异频法对运行中变电所地网的接地阻抗进行现场测量,所得结果仍然具有良好的重复性，因而置信度较高。此外，在同一个变电所内，从多个不同的电流注入点上所测得的数据，由于入口阻抗有别，接地阻抗值应当有合理的差异，而且也与设计计算结果相符。这就从另

14、一个侧面说明了测量结果的置信度。表中的两组数据表现出较大差别的原因，主要是由测量方法的不同形成的。工频电流法所测接地阻抗偏小的原因,应当认为是在190A的大电流中，难免有同频率的杂散电流，混同于测量信号一起进入了测量仪表。而由于测量季节的不同，也会在一定程度上影响土壤的干湿状况，但根据经验，这一因素不至于造成如此大的差别。何况，3年多以前新建变电所的土壤沉降情况较轻，测得的接地阻抗值有所偏高，有利于缩小两种测量结果之间的误差。结论根据上述试验、分析和讨论，可以得出如下结论：（1）电力建设发展很快，大型和超大型的变电所地网不断出现，通常所用的“接地电阻”的概念，已不能满足实用要求，应当用“接地阻

15、抗”来取代。（2）利用工频大电流方法测量大型和超大型变电所地网的接地阻抗，不仅设备笨重、劳动强度大，而且很难排除杂散电流。目前比较好的方法就是采用上海大帆DF9000变频大电流多功能地网接地特性测量系统、DF910K大型地网变频大电流接地阻抗测量系统、DF902K变频抗干扰接地阻抗测量仪测量接地网接地阻抗，接触电压，跨步电压，场区地表电位梯度等参数。 产品功能：1.精确测量大型接地网接地阻抗、接地电阻、接地电抗；2.精确测量大型接地网场区地表电位梯度；3.精确测量大型接地网接触电位差、接触电压、跨步电位差、跨步电压；4.精确测量大型接地网转移电位；5.测量接地引下线导通电阻；6.测量

16、土壤电阻率DF9000大型地网变频大电流接地特性测量系统产品概述：    DF9000变频大电流多功能地网接地特性测量系统采用当前最先进的数字选频测量（电子对抗）技术，具有超强的抗干扰能力，彻底消除了由工频感应、零序电流、谐波和杂散信号的干扰给测量带来的误差；采用纯正弦波大功率信号源做为测试电源，多频点采集数据，克服了双点异频插值法的局限性；特别适用于大型、超大型接地网接地阻抗及其它特性参数的测量。该系统功能强大、性能优越、使用方便，目前在国内处于领先水平,是替代进口产品的理想选择。性能特点：采用军用电子对抗数字滤波技术，抗干扰能力极强。(关键性能)&#

17、160;    选频特性尖锐，通频带±0.3Hz。实测 200V的干扰在±1Hz偏频测量引起的误差低于 0.1mV,干扰抑制能力达到万分之一以上,远胜于部分进口仪器百分之几的抗干扰能力,保证了测试精度。系统还单独增加设计有 50Hz陷波器，可完全滤除 50Hz工频干扰。     系统输出功率大（2-20KW），电压高(0-1000V)，输出电流大（0-50A）     彻底解决了同类设备输出功率和

18、电压偏小，现场难以升流的问题。目前的地网测量设备大多功率偏小，如较常见的设备输出为 100V/5A（500W),150V/10A(1500W)。由于输出功率和输出电压较小，现场大多难以产生足够的电流，实际远远无法达到设备标称的试验电流（如 5A），很多情况下被测信号变得很小而难以准确测量。本系统的大功率（5-20KW）信号源可保证产生足够大的回路电流，提高信噪比，可准确测量接触电压，跨步电压等微小量。     逐点步进精确选频测试，非误差较大的双点变频。     本系统采用&

19、#160;40-70Hz步进 1Hz多点变频测试，克服了双点变频法的局限性，从而可得接地系统的频率特性。能明确发现和剔除因同频谐波干扰而产生的测量坏值，测量结果更加符合实际值。部分仪器受技术限制，使用精度较低的简单 LC滤波电路加简单软件处理，选择与工频偏差较远的双点变频（如40/60Hz）,其抗干扰效果、测量精度和数据可重复性有待验证，并可能受特定频率干扰信号的影响。双点变频测量不是地网抗干扰测量的理想方法。     可准确测量接地阻抗，跨步电位差，接触电位差，土壤电阻率，场区地表电位分布，地网电流分布等参数。 

20、    同时测量指定频率下的电压、电流大小，及电压电流之间的相位差，自动计算出接地阻抗及其中电阻分量，电抗分量。     有独立的高精度选频电压表，内置人体模拟电阻，可方便的测量跨步电压，接触电压。     自动转换量程。采用高级增益编程放大技术，保证了在高低量程范围的测量精度，无需手动换挡，简单方便。     各量程可分别进行校准，保证了精度。     &

21、#160;  高稳定度的变频源，纯正弦波输出，保证了测试结果的等效性，并有过压、过流和过热等保护功能。     大屏幕显示测试数据，一键鼠标式旋钮，傻瓜式操作。     可保存 2000组以上数据，与计算机联机上传数据，方便分析处理。带 SD数据存储卡，可很方便的下载数据。     内置可充电电池，可连续工作 8小时以上。系统参数：电源电压：AC220V或380V，50Hz  

22、   输出功率： 10KW（2KW20KW可选，可定制）     输出电压：0600V或 1000V（可定制）     测试输出电流：050A     频率调节范围：4565Hz     步进频率：1Hz     抗干扰能力：通频带±0.3Hz，衰减>80dB/Hz 

23、60;   测量范围：0.0011000     分辩率：1m测量精度：1.0级使用环境温度：-20+50组成部件：    变频大电流多功能地网接地特性测量系统由大功率变频信号源、耦合变压器、高精度多功能选频万用表及其它附件等组成。         DF910K大型地网变频大电流接地阻抗测量系统产品概述：    DF-910K变频大电流多功能接地阻

24、抗测量系统由：DF910K变频接地阻抗测量仪，隔离变压器，和导通测量仪及其他附件组成。主要功能：精确测量接地阻抗、接地电阻，接地电抗，导通电阻和土壤电阻率。 该系统采用当前最先进的数字滤波选频测量技术，具有超强的抗干扰能力，彻底消除了由工频感应、零序电流、谐波和杂散信号的干扰给测量带来的误差；输出纯正弦波大功率信号做为测试电源，输出功率达10KW，双点或多频点采集数据，特别适用于地网接地阻抗的测量。该系统测量数据精确稳定，抗干扰能力强，数据可重复性好,处于国内领先水平。技术特点：采用军用电子对抗数字滤波技术，抗干扰能力极强。(关键性能)    

25、 选频特性尖锐，通频带±0.5Hz。实测 200V的干扰在±1Hz下测量引起的误差低于 0.1mV,干扰抑制能力达到百万分之一以上,远胜于部分进口仪器百分之几的抗干扰能力,保证了测量精度，测量数据可重复。     可多点精确选频测试     由于采用了具有超强抗干扰能力的数字滤波技术，设备可采用与工频很接近的多点频率进行测量，如（47,49,51,53Hz等）。如采用与工频偏差较远的双点变频（如 40，60Hz，30Hz，120Hz等）

26、,其测试结果与工频测试结果的等效性有待研究。     系统输出功率 10KW，电压 0-1000V，电流 0-20A，对于测量各种大小地网可保证现场能产生足够的测试电流。     我们知道，回路电流等于电压除以电阻。为了保证产生足够的电流，设备必须能提供足够高的电压和功率。如设备额定输出为5A，100V，总功率 500W，在大多现场测量时是远远达不到5A电流值的，有时甚至只能产生数百毫安电流。对于大型地网强干扰的环境下，这样小的测试电流根本无法保证测量的准

27、确性。本设备输出电压高（1000V），功率大（10KW），可保证现场产生足够的电流，保证测量结果的准确性和可重复性。     功能多，可测量接地阻抗，接地电阻，电抗，土壤电阻率。     系统自动转换量程。采用高级增益编程放大技术，保证了在高低量程范围的测量精度，无需手动换挡，简单方便。     各量程可分别进行校准，保证了精度。     高稳定度的变频源，纯正弦波输出，保证了测试结果的等效性，并

28、有过压、过流和过热等保护功能。     大屏幕显示测试数据，傻瓜式操作。     可保存 2000组以上数据，与计算机联机上传数据，方便分析处理系统参数：电源电压：AC220V或 380V，50Hz     输出功率：标配 10KW（5KW20KW可选）     输出电压：标配 0400800V（01000V可选）   

29、0; 测试输出电流：标配 025A（060A可选）     频率调节范围：4565Hz多频点可选     抗干扰能力：通频带±0.3Hz，衰减>80dB/Hz；     测量范围：0.0011000     分辩率：1m     测量精度：1.0级     使用环

30、境温度：-20+50DF902K变频抗干扰接地阻抗测量仪产品概述：    DF-902K变频抗干扰地网接地阻抗测量仪主要功能：精确测量接地阻抗、接地电阻，接地电抗，土壤电阻率。         该设备采用当前最先进的数字滤波选频测量技术，具有超强的抗干扰能力，彻底消除了由工频感应、零序电流、谐波和杂散信号的干扰给测量带来的误差；输出纯正弦波大功率信号做为测试电源，输出功率达 2KW，双点或多频点采集数据，特别适用于地网接地阻抗的测量。该系统测量数据精确稳定，抗干扰能

31、力强，数据可重复性好，处于国内领先水平技术特点：采用军用电子对抗数字滤波技术，抗干扰能力极强。(关键性能)     选频特性尖锐，通频带±0.5Hz。实测 200V的干扰在±1Hz下测量引起的误差低于 0.1mV, 干扰抑制能力达到百万分之一以上,远胜于部分进口仪器百分之几的抗干扰能力,保证了测量精度，测量数据可重复。     可多点精确选频测试     由于采用了具有超强抗干扰能力的数字滤波技术，设备可采用与