接地电阻测量总结

一、接地电阻测量方法的发展从60年代开始，电位降测量理论［1］逐渐得到了广泛的认可，IEEE标准和我国的电力行业标准均推荐使用电位降法或由其衍生的方法测量接地电阻⑵。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方法，其中最常用的是是由电位降法衍生出的补偿法，包括我国电力部门广泛使用的0.618法和30度夹角法，这两种方法都简化了测量过程和数据处理，而30度夹角法分开了电流极和电压极引线，能减小两者间的耦合干扰。70年代前后日本、加拿大等发达国家开始研究应用，60+10，50±10Hz异频电源试验装置来进行地网工频接地电阻的测量，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行，国内外研究人员相继提出了基于白噪声的接地电阻测量方法［3］，但是它有测量范围和误差的局限性，基于功率谱和高阶谱的接地电阻测试方法囹，相位补偿法、变频法和小电流法等测量方法。变频法通过改变测量使用的信号频率，使其偏离50Hz工频，因此在测量过程中能极大的剔除测量结果中的工频干扰和杂散电流的干扰因素［5］。80年代，J.MaF.和Dawalibi等人率先提出了土壤分层理论，等人率先提出了土壤分层理论，研究了不同土壤分层时，0.618法的误差，并计算出了误差修正曲线。1985年CIGRE来华讲学，介绍了变频技术的发展与应用情况后，我国的浙江、湖北和江西等省电力试验研究所、研究院，也分别开展了异频电源和带通滤波器的研究工作，异频测量系统共同的特点是外测电流信号小，测量结果具有良好的可重复性，可行度高而且重量轻，操作方便，很适合野外作业，异频技术的应用还存在一些争议，有待进一步的发展。进入90年代以后，清华大学，东北大学等国内大学和研究部门都相继发表了大量的不均匀土壤接地电阻测量的研究文献，对两层或多层土壤结构时，测量电压极的布置位置进行了研究，为了接地电阻的准确测量提供了较完备的理论指导。国内研究人员相继对瓦特表法及其倒相法、功率因数表法对消除测量干扰进行理论和实践的研究事实上［6］，双电位极引线法［7］,、附加串接电阻法［8］和电位极引线中点法归］、电位差法［10］、多极法［11］。同时，国外有人提出直流法12］、数值计算法［13］、贝伦特补偿法［14］、运行状态下的若帕-赖笛法［15］等。二、接地电阻测量方法的展望1、随着我国电力事业的迅猛发展，发电厂、变电所的容量越来越大、电压等级越来越高，接地网面积相应加大，接地电阻设计值随之降低，而接地电阻的电抗分量将相对增加。因此四极法（结合倒相法）和异频法会得到越来越广泛的推广应用，并在实践中逐步完善。2、目前为止，尚没有一种十分成熟的大型地网接地电阻测量方法，需根据现场条件、环境来选择确定，且重复性较差，应进一步加大理论和实践的研究。3、现有的每一种接地电阻测量方法，现场测试时均需花费巨大的人力物力，需在测试的简便、准确性方面去努力。4、充分应用现代数字技术，完全解决土壤和外来的干扰，准确简便地测量大型地网的接地电阻值将是未来发展比较理想的结果。三、接电阻的测量方法两点法两点法是指在接地极G和电流极C间施加测量电源，串入电流表测量电流I，直接用电源的电压E作为G、C两点间的电压，则接地电阻RE/1［询，如图1所示。因此，可以根据电源的电压E，对电流表进行标定，这时直接从电流表上读出的用。表示的电阻值即称为待测接地极的接地电阻值。两点法通常应用于有金属自来水管道系统，且管道接头未经绝缘的建筑物的单根垂直接地极接地电阻的测定。对于接地电阻较低的垂直接地极，采用两点法的误差较大，但如果只需对接地电阻进行大致的估测，两点法则是可行的。图1两点法测接地电阻原理图三点法三点法测量接地电阻【17］时，采用两个试验电极P和C。设两实验电极的接地电阻分别为R2和R3，待测接地装置G的接地电阻为R1。采用前面的两点法分别测量两试验电极和接地装置三者中每一对的串联接地电阻，即分别测量GP、PC和GC电极间的接地电阻。测量得到的每对接地极间的接地电阻为R12、R13和r23:催"1+R<R=R+RR=R+R虹2323解上面的方程组可以求解得：R］=(R12+R3-R23)/2因此借助测量每对电极的串联接地电阻值，可以求得所测接地极的接地电阻值。如果两个试验电极的电阻较待测接地极的电阻大许多，则每项测量的误差将在最后的结果中放大许多。测量时，电极间必须相距一定的距离，否则计算结果可能变得荒谬，如出现零电阻或负电阻。在测量单根接地极的接地电阻时，三个电极相互间的距离应至少为5m，最好在10m或以上。这种方法只能用于小型接地装置的接地电阻的粗略测量。对于具有较低接地电阻的较大面积的接地系统来说，不宜采用三点法。三极法三极法是一种经常采用的测量接地电阻的方法。三极法测量接地电阻的原理如图2所示，测量时设置一个电流极C和一个电位极P。接地装置G、电流极和电位极在一条直线上或呈三角形排列。将电流注入接地装置，测量该电流和接地极与电位极间的电压。三极法由于一般采用电流表和电压表进行测量，所以又被称为电流-电压表法，在ANSI/IEEE81-1983中，电位极在接地装置和电流极之间的各点，分别测量出不同电位极位置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接地装置的接地电阻，这种方法被称为电位降法。三极法［18］的三极是指被测接地装置，测量用的电压极和电流极。把电压表和电流表的指示值Ug和1代入式R=%中去，得到被测接地装置的工频接地电阻。当被测接地装置的面积较大而土壤的电阻率不均匀时，为了得到较可信的测试结果建议把电流极离被测接地装置的距离增大。

图2三极法测量接地电阻原理图1）电压-电流表法采用电压-电流表法测量接地电阻的试验接线如图3所示。电压-电流表法[19]是一种常用的方法，施加电源后，同时读取电压值U和电流值I，可以计算出接地电阻R=U/I。测量采用的电压表要求具有高内阻。隔离变压器图3电流-电压表法测量接地电阻的测试接线G-接地网；P-电位极；C-电流极；CT-电流互感器2）电流表-功率表法当缺乏量程较小的电压表时，测量发变电站的接地电阻可采用图4所示的电流表-功率表法，图中W为功率表。此时被测接地极的接地电阻R=—（1+牛）,12RW式中P为功率表的读数，W；I为电流表的读数，A，当接有电流互感器时必须考虑互感器的变流比；RP为电位极的接地电阻，Q；RW为功率表电压线圈的内阻，Q。如果RW/Rp远远大于50，接地网的接地电阻可以简单地估算为R=P/I2。T图4电流表-功率表法测接地电阻的接线示意图3）比率计法比率计法又称为流比计法，其试验接线如图5所示。用流比计法测接地电阻的仪器有MC-07、MC-08和L-8。另外多档欧姆表的工作原理也基本相同。手摇直流发电机送出的电流被电流换向开关周期性反向，在待测接地装置G和电流极C间的大地中流过。在G和电位极P之间的电位降被电压换向开关换向。电位换向开关与电流换向开关同轴，因此二者同步动作。表计的线圈在永久磁铁磁场中转动，电流线圈产生的力矩使指针转向零电位，而电压线圈产生的力矩使指针转向高位读数。通过这两个线圈的电流分别对应流过待测接地极的电流和电压降，因此该仪表的刻度可按Q为单位进行分档。

将端子P1和C1(以及？2和。2)连接在一起，该仪表即成为两端子欧姆表，可用于各种电阻测量。对于接地电阻大于1。的情况，可将P1和C1端子连在一起，通过一条共同的引线接到待测接地装置。手摇直流发电机1000接地装置G电压极P电流极C电压换向开关手摇直流发电机1000接地装置G电压极P电流极C电压换向开关电流线圈P「P2、C］、C2—测试仪器的出线端子；M一指针；虚线为交流回路，实线为直流回路测量时，比率计的指针M的偏转角度a与流过电流线圈的电流I1和电压线圈的电流I2的比值有关：a=f(})=f(A)2式中R为被测接地装置的接地电阻，A为常数，其值由电压回路电阻R3以及该回路的其他所有串联电阻、电位极的接地电阻以及改变量程的可变电阻决定。从上式可以看出，指针M的偏转角度为被测接地电阻R的函数。仪器的刻度盘用标准电阻进行标定后，能直接从表盘上读出被测接地电阻值。比率计型接地电阻的电源由手摇发电机供给175V的直流电压，经机械换流计变换为350kv的交流电压。仪表中的同步换向开关（电流和电压同时换向）使电压回路对杂散电压变得不灵敏。在大多数情况下，手摇转速能消除较大的杂散电压效应。但在接地电阻小于0.5。而杂散电压大于10V的极端情况下，通过手摇转速取得正确的读数可能会有困难。4）电桥法采用电桥法测量接地电阻的桥式电路如图6所示。在桥式电路中从交流电源输出的电流通过两条并联回路。下层回路由固定电阻r2、待测接地极G和电流极C组成。上层回路由固定电阻r1和可调滑线变阻器组成，在变阻器上有两个触头Sa与其接触。因此电源电流通过两个并联支路，I1经过r1和r返回，I2经被测接地极1，大地和电位极及部分r返回。被测接地装置电位极电流极图6电桥型接地电阻测试仪测量接地电阻时的接线原理图被测接地装置电位极电流极r「r2一固定电阻；r—具有两个滑线端头的可调滑线变阻器采用电桥法测量接地电阻时需进行两次平衡。第一次平衡，检流计G的开关向左闭合，调整触头Sb使检流计指示为0，这时电桥达到平衡。平衡时两条回路的电流反比于电阻r2和电阻r1：Ir=Ir或i=」

ii22Ir第二次平衡时，将检流计开关向右闭合，调整触头Sb，使检流计指示为0。此时接地装置G和电位极P之间的电位降等于滑线变阻器rb部分的电位降，电桥第二次平衡后电桥1和电桥2之间的电压降为：I1(ri+[)=12(r2+R)平衡时有下式成立:R=r七bri将Sb所滑的刻度按R标定，从而可直接读出被测接地极的接地电阻。在高电阻率土壤地区测试时，交流电源可以是由十电池驱动的振子电源，而检流计可以是电话听筒或固态检测器。蜂鸣器的声音即使在交流杂散电流引起较大背景噪声时也能辨别出和平横掉。电位极P的接地电阻的作用仅仅是降低检流计的灵敏度。电流极C的接地电阻过大可能限制所测电阻的量程。电位极P和电流极C的位置应按三极法测量接地电阻时的电极布置原则来确定。5）电位计法测量接地电阻如图7所示为电位计型接地电阻测试仪测量接地电阻时的接线原理图。用电位计法测量接地电阻时，调整滑线电阻r，使检流计G的指针指到0（或接近0），交流电源被测接地装置电压极电流极图7电位计型接地电阻测试仪测量接地电阻时的接线原理图

交流电源被测接地装置电压极电流极此时:即平衡时有:R=、rIi在实际的电阻仪中，取KI2/I1=n,k为倍率电阻并联系数，n为电桥倍率，则有:R=nr测量时，调节滑线电阻r，使检流计中的电流为0（或接近0），从刻度盘上读取电阻值，乘以所选择的倍率n即为被测接地电阻R，倍率n由切换开关K决定。6）单平衡变压器测接地电阻单平衡变压器是利用单平衡原理进行工作的，采用单平衡变压器进行桥式测量的原理如图8所示。仪器内有一驱动振子的干电池E，该振子有两对接点。干电池E被测接地装置电位极电流极绝缘同步振子整流器1-5图8单平衡变压器测试原理图第一对接点用于翻转变压器一次电流的方向，该变压器的输出电流流过电流极和待测接地极。第二对接点给出平衡检流计的显示方向，以指示滑线电阻刻度盘的读数。调节滑线电阻的触头，使触头与电位极等电位，检流计指示为零。该滑线

电阻可与扩程器配合刻成。刻度，刻程器由比率变压器R1的一端电阻与被测接地装置的接地电阻成比例关系。在平衡时电位极回路的电流可忽略不计，因此电位极的电阻不会影响测量精度，但对检流计的灵敏度会有一定的影响。干电池E被测接地装置电位极电流极绝缘同步振子整流器1-5该仪表对杂散电流不敏感，但在接地电阻小于0.5而杂散电压大于10v的极端情况下会造成测量误差。单平衡变压器、电桥以及采用比率计原理的多档欧姆表可以配备一种称之为防护端子的第五端子，如果测量时测量电极的接地电阻较高，通过仪器的泄漏电流会使灵检流计产生微小的偏移，从而引起错误的读数，该防护端子可将这些泄漏电流旁路入地，以消除这种误差。7)ZC-8接地电阻测试仪㈣ZC-8接地电阻测试仪的原理接线如图9所示。将接线连接好之后，摇动手柄，CTCPE图9ZC—8型接地电阻测试仪原理图卜0Ci产1CTCPE图9ZC—8型接地电阻测试仪原理图卜0Ci产1>12—11(\\G;，\nV.71UC一与接地极相连的接线端子；P一与电位极相连的接线端子；E一与电流极相连的接线端子

发电机发出110-115Hz的电流I1经CT—C极一大地一E极构成回路，CT的二次侧感应出的电流I2由Rs构成回路。L在被测接地装置的接地电阻R上产生压降U1=I1R，I2在R的ROB上产生的1112SOB压降为U2=I2ROB。调节Rs的可动触头B的位置，可改变U2的值，如果使电流IG=0，即有U2=U1.此时：R=I2RIOB1在RS上预先刻有电阻指示值，满刻度为10，如果实际指示值为m，则ROB=mRs/10，接地电阻为：R=R—1此外仪器还备有倍率开关S，用于改变I2/I］的比值，即改变量程，同时改变检流计回路的附加电阻，使检流计具有较高的灵敏度。接地电阻测试仪具有携带方便，使用简单等特点，在现场测量中广泛应用。但由于其电源容量小，不能提供较大的测量电流，当干扰电压较高而被测接地电阻又较小时，如果小于1。，则测量结果可能存在较大的误差。4.四极法有人采用四极法来消除测量引线间互感的影响［22-23］。所谓的四极法［21］，就是有四个测量用的电极，即在三极法的基础上再增加一个电极，在被测电极1附近地中插入一个辅助电位极4。当在接地极1和电流极2间施加电流I时，可以测出1,2,4各点间的电位差U12、U14和U24。假设被测接地极的半径为r，大地为均匀土壤，则测量得到的各电压值得计算公式为：U14脂1+11)[——十—)2兀rd14d34刁13接地装置1至电位极4之间的部分电阻R14为:U1414U―14I14114U―14I141d341~d13同样可得到辅助电位极4和电位极2之间的部分电阻R42为:R42='=£」一上+上一上）R42TOC\o"1-5"\h\zI2兀d14d12d23d34如果将电位极2设置在零电位面上，则接地装置1的接地电阻R=R14+R42，即:\o"CurrentDocument"PP（111）\o"CurrentDocument"十（_—）2冗r2冗ddd上式与三极法时得到的测量结果完全相同，四极法测量时同样必须采用补偿法或远离法来布置电极，以使上式中的第二部分结果为零，即消除测量误差。前面从半球接地极推导出的将接地电阻分解为两个部分电阻的和的关系式，对任何形状的接地装置都是适用的。图10图10采用四极法测接地电阻采用四极法测量接地电阻时能有效的消除电压测量引线上的互感影响，并且通过倒相能消除地中干扰电流的影响，能得到真实的接地电阻值。与三极法一样，四极法测量接地电阻时同样存在一些问题［23］：1）为了抑制干扰的影响，测量电流必须达到几十安培，这样电压引线和电流引线必须利用一条停电的配电线路。但是为了测量接地电阻而将一条配电线路停电一段时间毕竟不是特别方便，一是不能随意选择测量日期，二是测量时间受到线路停电时间的限制，万一测量不能按时完成，则将延误配电线路恢复供电。2）在采用倒相法消除地中干扰电流的影响时，需要测量9个电压值，1个电流

值，测量这10个数值总需要几分钟的时间，而在这段时间内地中干扰电流的数值不会保持不变，这将影响到总的电流值，使被测接地装置的接地电阻值与真实值之间存在一定的误差。3）测量大型接地网时，由于大型接地网的对角线达到几百米甚至上千米，因此电流测量引线将很长，电流回路的总电阻将达到20。以上，如果要使测量电流达到30A，则测量时施加的电源的电压必须达到1KV，容量要达到30KVA，在这测量现场实现起来比较困难。4）测量电流达到几十安培，因此要求电流极的接地电阻比较小，这在土壤电阻率比较高的发变电站附近时很难达到。5）四极法和瓦特表法本质都以感应电势与激磁电流正交为前提。实际上由于电流线中的电流以大地介质为回路，以分布的形式返回，电位线中的感应电势与电流线中的电流非正交，理论的分析早已发现了这一特点且能对此夹角进行了计算，这将导致四极法的前提不成立，必然引入较大的误差。5.改进的四极法380V文献［24］探讨了克服该非正交感应电势、准确测量地网接地电阻的电位极移动的双电位线法。电位极移动的双电位线法的测试接线如图11所示，设以架空380V电流极电位极接地系统P1P2C图11电位极移动的双电位线法的测试接线方式电流极线的c相作电流线，b相与a相作双电位线，A为电流表，V「V2为数字式电压

表，o为相位表。表A测量注入被测地网中的测试电流，表V1与表O并接时，构成矢量电压表，测量a相电位线与被测地网间的电位差矢量，获得读数V1ZO；表V2与表O并接时，构成矢量电压表，测量b相电位线与a相电位线间的电位差矢量，获得读数V2ZOo测试时，先在电位极P1处，将架空线的a相与b相短路接地，读表A、V/O、V2ZO；P1处读表完毕后，将短路接地线解开，移动电位极P2处，在P2处将架空线的a相与b相短路接地，读表A、V/O、V2匕O。当环境干扰较强时，用倒相法消除。6.双变频技术测量接地电阻［25］测量接地电阻的关键性问题就是如何消除外界环境的干扰。其干扰信号主要来自于测量回路所处的工频环境。文献［26］论述的主要是电压干扰，它包括电力系统的不平衡电流在被测接地网上的压降，输电线路与其平行的电压极引线上的感应电压。当电压极引线和电流极引线平行敷设时，还应考虑电流极引线和电压极引线之间的互感电势。干扰信号的频率多为工频信号及其三倍频信号［27］。以前测量接地电阻多采用摇表法,但在实际测量中发现，摇表法受干扰信号的影响太大，且有固有误差，不能正确反映接地网的状况。大电流法［26］是消除干扰的较好的方法，通过淹没干扰信号达到减小测量误差的目的，与传统的接地电阻测试方法配合使用，可有效地了解到接地网的运行状况。但这种方法首先是要产生高达100A的电流，对测量装置要求比较高，提高了测量装置的成本。双频测量原理的主要思路是避开工频环境干扰信号的影响，也就是主要避开50Hz及其三倍频谐波信号的干扰。其具体做法如下：设第一次所加电流信号的角频率为①⑴是不同于工频及其三倍频的频率），测量值为气。第二次所加电流信号的角频率为k3（k为非零整数），测量值为z2。则有Z1=\R+加L|（1）Z2=R+j知L（2）式中L为接地网电感。于是有：Z2=R2+k232L2(4)2由式(3)两边同乘以k2减去(4)式可得：R=.((k2Z12_Z2)(k2_1)(5)在实际测量中选择多大的频率以及几倍频关系又是一个需要解决的问题。选频的一个重要原则就是要避开干扰信号。文献［27］实际的测量试验表明，两测量信号的频率选为四倍频关系有利于避开干扰信号，同时也有利于计算机的实现。接地电阻测量的硬件电路主要组成部分如图12所示。电流信号D/A信号放大整形抗干扰波波有源

陷波单片机接地D/A信号放大整形抗干扰波波有源

陷波单片机接地a电阻A/D电压测量单元曰二sa显示器图12接地电阻测量的硬件结构首先由单片机D/A转换模件生成所需要的一定频率的电流测量信号，再经过抗干扰滤波及有源陷波电路，滤掉干扰信号，加在所要测量的接地装置上，再通过电压测量单元测出其两端的电压，最后通过A/D转换后送入单片机中，由单片机处理算出施加该信号下的接地阻抗值，将该值保存。同样，再由单片机产生另一频率的信号加到接地装置上，重复上面的流程，测出该信号下的接地阻抗值。最后利用上面计算得出的两个阻抗值由式(5)可求出接地电阻值，最后传送到显示器上输出结果。双频原理在测量接地电阻时，选择两种频率的测量电源，成公的避开了工频环境中干扰信号的影响，提高了测量精度。7.任意三角形补偿接地电阻测试方法仍］通常0.618法放线模式容易受到电流线离电压、线太近所产生的感应电压的影响，工程上不常采。30。夹角法放线方式由于电压线与电流线距离较远，是工程上常用的接地电阻测试方法之一。近年来，随着经济的发展，受环境影响，很多新老变电站300夹角法放线方式会受到限制。因此，必须寻求接地电阻测量的新方法，用合适的相对任意的测试点来进行接地电阻测试。由接地体、电流极和任意2个电压极组成的2个三角形测试方式就可以取得接地电阻，并可以同时取得等值土壤电阻率，把这种接地电阻测试方式称为任意三角形补偿接地电阻测试方法。8.贝伦特补偿法的］一般说，在工业与民用建筑中，按施工验收规范需测出的是与接地体相连接的全部机壳的接地电阻（RA）。接地电阻的测量在我国几乎均采用接地电阻测量仪，测量原理基本上是采用贝仑特补偿法（图13）。探针与接地体之间的距离应符合表1的规定。表1测量接地电阻时接地体与探针之间的最短距离结构型式接地体与电压探针的最短距离接地体与电流探针的最短距离单个接地体长度至10m20m40m接地设备超过10m2倍接地体长度4倍接地体长度接地网2.5倍接地网的平均直径5倍接地网的平距离符合图13贝伦特补偿测量接地电阻原理图由图13可知，当滑动可调电阻R时，接地电阻上出现电压降，被测接地体A与电流探针B（也称辅助接地体）都是接在供馈电流IT］的交流电流回路中。通过变比为1：1的电流互感器而在带滑动触头的电阻R中产生相同大小的电流IT2。两个回路相互连接在P点，电阻的滑动触头通过电压表V与电压探针C相连接。在测量过程中，滑动触头致使仪表指在零位，此时接地体A与探针C之间存在的电压等于在电阻上量取的电压U2，因此：ITxR=ITxr1A2因IT］=IT2，故RA=r也就是说在电阻R上量取的电阻值r等于需测得接地电阻RA。探针B的电阻不出现于计算中，只是在影响到流过测量线路的电流值并由此而影响到测量线路灵敏度时才予以考虑。同样，探针C的电阻对计算也无关紧要，因为在补偿平衡后探针C不再流过电流。但是贝仑特补偿法存在局限性。在实际测量当中，电压、电流探针为直线布置，如果电压、电流探针的测量线靠近且平行敷设时，两线之间会产生电磁感应引起很大的误差。仪表电流源的频率越高，电磁感应作用就越显著。且测量线越长,则其电阻也不可忽视。另外，在测量线的下方不得有平行接近的金属导体。有关文献指出：“在用直线法测量接地电阻时，若引线布置方向有接近的平行的地下金属管道或地下电缆时，可以造成几倍的误差，该大尺度金属物若为不与被测接地网连接的情况将造成负误差，可能使不合格的接地网误为合格；若该大尺度金属物为与被测接地网连接时，由于其中流过电流，感应作用能使测量结果产生很大的正误差。”9.接地电阻表法［3。］测量接线如图14所示。如果接地体最长射线为L,则电位极与接地网间距离PE一般取2L〜2.5L，电流极与接地网间距离CE一般取4L。该方法的优点是简单方便、自带电源、直接读数。缺点是由于使用的是直流电源，只能测量纯电阻性的接地网。一般测量含有较大电感分量的大型接地网时，误差较大，不宜采用。C1P1P2C7J%EPC1F1F图14接地电阻表法测量接线图E一接地网P—电位极C—电流极直线法直线法［30测量接线如图15所示，测得的接地电阻为:pP/I11、R=(+)2兀rpc-pc-rTn图15直线法测量接线图E一接地网P一电位极C一电流极r—接地体半径A—电流表V—电压表G—隔离变T—调压器式中C-接地网与电流间的距离，P-接地网与电位极间的距离，r-接地体半径。接地体的真实电阻值为：化2兀r因此如果使-1+上-上=0，则可测得接地体的真实电阻，若c远远大于r,pc-pc-r11则二浇1，可知p=0.618c，也就是说电位极位于电流极的0.618位置处即可测c-rc得真实值。但是实现这个理论有几个前提条件：接地极为半球体。土壤电阻率p均匀。c远远大于r。而变电站接地网前两个条件一般很难满足，因此测量必然存在误差。对于第三个条件，一般要求c大于r10倍以上，对于220kV变电站而言，接地网半径r能达到80m左右，因此电流极一般要求达到800m以上，这样劳动强度也相应增大，另外对市区变电站而言，受周边地形条件限制往往不容易达到。11、夹角法夹角法［30丫则量接线如图16所示，测得的接地电阻r=£c1-1+),2兀rp1c-r接地体的真实电阻值为：£2兀r因此如果使-1+1-上=0，p1c-r则可测得接地体真实电阻，其中1=.\,：p2+c2-2pccos9，若p=c，c远远大于r，则口一^上，可知0=29。r30。。c-rcCP图16夹角法测量接线图E一接地网P一电位极C一电流极A一电流表CP图16夹角法测量接线图V一电压表G—隔离变T—调压器使用夹角法也要满足下面几个条件：接地极为半球体。土壤电阻率p均匀。c远远大于r。变电站接地网只能近似满足前两个条件。对于第三个条件，当c较小时对测量结果的影响不如直线法明显，因此当c大于r4倍以上即可满足工程测量要求，对于220kV变电站而言，接地网半径r能达到80m左右，因此电位极、电流极达到400m即可，比较容易实现。12、电位降法三极法是一种经常采用的测量接地电阻的方法，在实际应用中基于三极法进行一些改进，电位降法［31］就是其中的一种，其测量原理如图17所示。测量时设置一个电流极C和一个电位极P，将接地装置G、电位极P和电流极C布置在一条直线上或呈三角形排列。将已知的电流注入接地装置，测量接地极与电位极间的电压U，然后利用公式R=U/I计算接地电阻。改变电位极在接地装置和电流极之间的位置，分别测量出不同的电位极位置对应的接地电阻，作出接地电阻随电位极位置改变的变化曲线，曲线平坦段对应的接地电阻即为接地装置的接地电阻［32］。这种方法不需要接地极为半球体和土壤电阻率均匀的假设条件，但要多次进行测量分析，同时要求电流极要在接地极的作用范围以外，即电流极要足够远。如果电流极在接地极的作用范围以内，则曲线的水平部分不明显，难以得出正确结果。图17电位降法测量接地电阻原理13.大电流法大电流法的基本思想就是通过施加几十安培的测量电流，提高测量电路信噪比，消除地中杂散电流的影响［33］。布线与电位降法相似，试验电流通过架空线路注入到远处的电流极(相邻的变电站或者是具有较低阻抗的杆塔)。特别地，应将三相架空线路并联以便减小注入电流的阻抗。为了使得地表电位升高超过接地网残压，推荐使用50-100A的注入电流。具体又有以下几种方法。(1)同步工频法同步工频法的测量原理如图18所示。试验电流通过一台可极性反转、可调整压的变压器注入到低压网络中，通常使用串联电容以降低感抗、减小变压器的电压等级。假如接地网中存在着干扰电流4和干扰电压u.,为了减少由此引入的误差，在注入电流I前后分别测量I和U.。此外，极性反转前的电流I和电压值u，m11mama和极性反转后的电流Imb和电压值Umb都应被测量，则有Im、Um的真实值：I=■fmb-12

m2iU=:U；na+Ub-U2m\2i通过测量得到的接地电阻为:Z=Um=Ua+Ub-2U；

gImW+】mb-21u.和4的测量可能较困难，特别是在有显著的谐波影响时影响尤为严重，推荐使用滤波器消除干扰。⑵拍频法如图19所示，拍频法甲］用到了非同步试验电流，因此需要独立的电源，通图19拍频法测接地电阻原理图常使用高于或低于工频0.1到0.5Hz的带有串联电容的轻便交流发电机。由于注入电流Im和网络中的工频干扰电流之间的相差，Im和被测电势um会按拍频出现最大值和最小值。测得这些值以及干扰电压和干扰电流，则有I=（I+I）2当Im>IiTOC\o"1-5"\h\zmmaxminm厂（1maxTmin"当\^max+当/\气ax—气尸当^<9Z=maxminm1max11min（3）.干扰补偿法干扰补偿法开始产生于芬兰甲］。该方法以工频注入电压将接地网中残压的基频分量补偿到0，然后才向接地体中注入试验电流，选择电压表测取基频下的接地网电势值。补偿干扰所用的电压源可以是一台幅值和相角可以独立调节的电压源或则是两台相位相差900的可独立调节的电压源，如图20所示。同相分量出现在A、N之间，900分量出现在B、C相间。补偿器输出阻抗不得超过电压表内阻的0.5%。如果停运一回线路用以注入测试电流，恰巧该线路与一正运行中的线路平行，干扰补偿法允许感应电流的存在。图20干扰补偿法测接地电阻原理图14.改变测量电源频率的方法⑴非工频法四使用该方法时，推荐使用至少与工频相差5Hz的频率，而且测量仪器应是可选频的。该方法有效地避免了工频干扰，但是在架空地线和电缆的屏蔽层是接地系统的重要组成部分的情况下，偏离工频超过10Hz的偏差可能在测量结果中引入显著的误差。测量量是故障电压、电流的幅值和相位；为了消除工频干扰，需要借助于陷波滤波器、锁相振荡器和双通道示波器。与电位降法、四极法类似，大电流法由于需要几十安培幅值的注入电流，因而有着不容忽视的缺陷。这集中体现在该方法需要相当长的试验电流注入引线；需要相当容量的试验电流源，这在试验现场实现起来比较困难；大的试验电流需要电流极有比较小的接地电阻，这在土壤电阻率比较高的发变电站附近很难达到。(2)变频法变频法采用的试验电流是几十毫安全几十安的非工频电流。变频法测接地电阻原理如图21所示。图21变频法测接地电阻原理图莱蒂格和祖帕曾今用变频法测量接地阻抗［36。他们使用100w、65-70Hz的电流源，工频下的接地阻抗看作于试验频率下一样。实验过程中首先搭设实验电路，扫描工频(60Hz)附近的频带，找出一个低噪音窗；将实验电流源的震荡频率调节至该低噪音窗，注入0.5A的电流；调节电压表频率至震荡频率，读取电压值；改变电压计位置P，重复上面的步骤，直到得到渐近的接地阻抗值。可以看出，变频法是基于电位降法的原理。但是由于避开了工频，所以可以使用较小的注入电流，便于作成轻便仪器，使用电池作为电源，便于现场试验。但是这种方法人需较长的电流电压引线。(3)频率扫描法在接地阻抗值不是随着频率而平滑改变的情况下，利用插值法通过固定频率下的测量值求解工频接地阻抗，可能会引入误差［37-38］频率扫描法将克服这个缺陷，此种方法能在很宽的频带内给出接地阻抗的幅值和相位，如图22所示。信号源包括一个伪随机信号发生器、一个噪声调节滤波器和大约1.5kw的功率放大器。信号源的频带设置在0-400Hz，一个外置的滤波器用于将噪声信号带宽限制在10-400Hz，以防止功率放大器的变压器出线低频饱和。〒P双通道FFT数字信

号分析仪i“iW广飞电流传感器噪声信号源—二/C///i图22频率扫描法测接地电阻原理图在图示的实验电路中，电压和电流信号先被滤波，然后经A/D转换成数字信号，又经FFT变换到频域，通过频谱分析得到在预定频带的幅频和相频特性。该FFT分析仪可以自动进行多次的重复测量。测量结果被相加和取平均值，以减小非因果信号造成的误差。一般地，20次测量已经足够了。与传统的测量方式相比，这种方法有明显的优点。它的注入电流小，电平低，安全性好。它可以进行多次重复测量，消除偶然因素的影响，且测量速度快，测量电路连接完毕后，真正的测量只需30s。参考文献冯志伟马金福.电位降法测量接地电阻时电压极补偿点位置分析[J].电气应用,2009(8):18-19.⑵中华人们共和国电力行业标准DL\T621-1997,交流电气装置的接地[S].北京:中国电力出版社,1998.李茂堂,基于白噪音的接地电阻测量原理与误差分析[J].电网技术,1996,20(10):41-43.李茂堂，刘月生,仁新中,基于功率潜和高阶谱的接地电阻测量方法研究[J].电子测量与仪器学报,1998,2(3):7-12.王洪新，关根志等,一种测量接地网工频接地电阻的新方法[J].武汉水利电力大学学报,1998,31(3):48-51.文华.测量大型地网接地电阻的方法一瓦特表法.高电压技术[J],1991(l):71-74.应顺潮,接地电阻测量中引线互感误差的消除[J].高电压技术,1992(2):71-73.李汝彪等.用附加串联电阻法消除接地电阻测量中的互感影响[J].中国电力,1994(4):64-66.常美生等.大型地网接地电阻测量的新方法[J].高电压技术,1995(2):68-70.王洪新等,一种测量接地网工频接地电阻的新方法[J].武汉水利电力大学报,1998(3):48-51.张丹丹等,多电极布置法测量接地电阻[J],高电压技术,2002(5):19-20.S.L.LarsenandD.E.Nordell.Themeasurementofsubstationgroundingresistanceanditsuseindeterminingformetalliccommunitioncircuits.IEEE,T73:0-367.E.J.RogersandJ.F.White.Mutualouplingbetweenhorizontalearthreturnconduetorsusingaetualroutingparameters.IEEETrans.onPowerDelivery,1990,5(3).文国良等,接地电阻的电压-电流测量法及其应用[J].武汉水利电力大学(宜吕)学报,1999(3):239-242.王洪泽.运行状态下变电站的接地电阻及其接地电位的测量方法[J],广西电力建设科技信息,1997(4):1-4.陈先禄，张金玉，黄勇,接地[M],重庆大学电气工程系,1990.王长远.地网接地电阻短路距测量方法和直流接地研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文,2006.周国军，黄玲霞，周维才，周正明，江波.浅论防雷接地电阻