2023接地装置冲击特性参数测试导则

DL/TXXXX-2011PAGEiDL/TXXXX-2011PAGE2接地装置冲击特性参数测试导则征求意见稿2020.10PAGE3PAGE2目次115081范围 127792规范性引用文件 1211403术语和定义 17243下列术语和定义适用于本文件。 1196974接地装置冲击特性参数测试的基本要求 2754.1测试内容 226324.2测试环境要求 2256954.3测试周期 23524.4测试结果的评估 2118365接地装置冲击特性参数的测试 3191965.1电气完整性测试 3158595.1.1测试范围 3122485.1.2参考点选定 3180395.1.3测试仪器 360495.1.4测试中应注意的问题 359525.1.5测试结果的判断和处理 3267525.2冲击接地阻抗测试 3184575.2.1试验电源的选择 392675.2.2测量回路的布置 4985.2.3冲击电流作用下垂直接地体接地阻抗的测量 4140325.2.4冲击电流作用下水平接地体接地阻抗的测量 474925.2.5冲击法测量接地阻抗的算法 5196125.2.6测量回路接入对测量的影响 5221905.3场区冲击电位分布测试 6285725.3.1地中冲击电位分布 6166605.3.2冲击电位分布的测量 7293975.3.3冲击跨步电压的计算 8149175.4地网冲击电流作用下站内二次设备反击电压测试方法 882706试验注意事项 84696.1试验电压的选择 821266.2测量回路的布置 84896.3电流极和电压极 88836.4试验电流的注入 9131716.5试验的安全 9180646.6接地阻抗测试干扰的消除 984646.7冲击接地阻抗的理解和判断 97801附录A 1026161附录B 1323329附录C 1413367附录D 16PAGE1接地装置冲击接地参数测试导则1范围本标准规定了电力系统中发电厂、变电站、输电线路杆塔的接地装置冲击特性参数测试的一般原则、内容、方法和判据。本标准适用于已运行的发电厂、变电站和输电线路杆塔接地装置的状态评估以及新建接地装置的验收测试。通讯设施、建筑物等其它接地装置的冲击特性参数测试可参照有关内容进行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》GB26861-2011电力安全工作规程高压试验室部分3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1接地极groundingelectrode埋入地中并直接与大地接触的金属导体。3.2接地引下线groundingwire联接电力设备应接地部位与接地体或中性线之间的金属导体，也称接地引下线。3.3接地装置groundingsystem接地体与接地引下线的总和。3.4独立接地体independentgroundingelectrode避雷针、杆塔等独立电气设备的接地体。3.5大型接地装置largegroundingsystem指110kV及以上电压等级变电站的接地装置，装机容量在200MW以上的火电厂和水电厂的接地装置，或等效面积在5000m2以上的接地装置。3.6冲击接地阻抗groundingimpulseimpedance冲击电流作用下接地装置对远方电位零点的阻抗。数值上为接地装置与远方电位零点间的电位差与通过接地装置流入地中的冲击电流的比值。3.7冲击电位梯度impulsepotentialgradient当冲击电流或试验电流流入接地装置时，被试接地装置所在场区地表面形成的电位梯度。3.8冲击反击电位impulsebackflashoverpotential当冲击电流或试验电流流入接地装置时，二次设备接地处与电源线、信号线之间的冲击电位升高。3.9电流极currentelectrode在测量接地装置的冲击特性参数时，为形成电流回路而设置的供冲击电流流入大地的接地极。3.10电压极potentialelectrode在测量接地装置的冲击特性参数时，为测试所选的参考电位而布置入地中的接地极。4接地装置冲击特性参数测试的基本要求4.1测试内容4.1.1接地装置的冲击特性参数测试应包含以下内容：——电气完整性测试；——冲击接地阻抗测试；——场区地表电位梯度测试；——冲击反击电位测试。4.1.2输电线路杆塔的冲击特性参数测试包括接地阻抗测试及电位梯度测试。4.1.3冲击特性参数包括冲击接地暂态分量及阻性分量，阻性分量可代替常规的工频接地参数测量数据（参见附录A）。4.2测试环境要求接地装置的状况评估和验收测试应尽量选在干燥季节，高原冻土区应在土壤冻结时进行，不应在雨后、雪后立即进行。4.3测试周期电厂和变电站接地装置的电气完整性测试应每年进行一次。冲击接地阻抗、场区地表冲击电位梯度、反击电位等参数，宜6年测试一次。遇有接地装置改造或其它外力破坏时，应进行针对性测试。输电线路杆塔的接地装置宜2-3年测试一次。4.4测试结果的评估接地装置的冲击特性参数的评估应包括下列内容：a)接地装置电气完整性应良好；b)场区地表冲击电位梯度不应危及人员及设备安全；c)冲击接地阻抗应足够小；d)冲击反击电位应不超过5000V（校核到10kA电流下）。5接地装置冲击特性参数的测试5.1电气完整性测试5.1.1测试范围a)变电站的接地装置：各个电压等级的场区之间，各高压和低压设备之间，包括构架、分线箱、汇控箱、电源箱等；主控及内部各接地干线，场区内和附近的通讯及内部各接地干线，独立避雷针及微波塔与主地网之间，以及其它必要部分与主地网之间。b)电厂的接地装置：除变电站内容同上，还应测试其它局部地网与主地网之间；厂房与主地网之间；各发电机单元与主地网之间；每个单元内部各重要部分、设备之间，避雷针，油库，水电厂的大坝以及其它必要的部分与主地网之间。5.1.2参考点选定首先选定一个很可能与主地网连接良好的设备的接地引下线为参考点，再测试周围电气设备接地部分与参考点之间的直流导通电阻。如果开始即有很多设备测试结果不良，应考虑更换参考点。5.1.3测试仪器测试宜选用导通性测试仪，电流不低于5A，仪器的分辨率为1mΩ，准确度不低于1.0级。5.1.4测试中应注意的问题测试中应注意减小接触电阻的影响。当直流导通电阻测试值在50mΩ以上时，应反复测试验证。（参照475）5.1.5测试结果的判断和处理测试结果的判断和处理如下：a)直流导通电阻测试值在50mΩ以下的设备状况良好；b)直流导通电阻测试值为50mΩ～200mΩ的设备状况尚可，应在以后例行测试中重点关注其变化，重要的设备应在适当时候检查处理；c)直流导通电阻测试值为200mΩ～1Ω的设备状况不佳，对重要的设备应尽快检查处理，其它设备宜在适当时候检查处理；d)直流导通电阻在1Ω以上的设备与主地网连接有缺陷，应尽快检查处理。5.2冲击接地阻抗测试5.2.1试验电源的选择对于运行中的接地装置，不允许有高幅值冲击电流流入，宜采用冲击小电流法测试接地装置的冲击特性参数。试验电源可采用冲击电流发生器，冲击电流波形主要参数：波头时间1us~10us，波尾20us~100us，幅值5A~500A。冲击电流发生器采用直流电池或220V交流电源供电。冲击电压幅值宜选择（500~5000）对于杆塔接地装置，5.2.2测量回路的布置测试回路的电压极导线应采用双屏蔽线。电流极布置见图1。电流极与被测试接地装置边缘的距离应为被测试接地装置最大对角线长度D的2～3倍，在土壤电阻率均匀地区可取2D，在土壤电阻率不均匀地区可取3D。当远距离放线有困难时，也可用三角布置减小放线距离（参见附录B）。测量回路应尽量避开河流、湖泊；尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路，避免与之长段并行，与之交叉时应垂直跨越；应注意减小电流极导线与电压极导线之间的互感的影响。5.2.3冲击电流作用下接地体接地阻抗的测量（50065与475）垂直接地体、水平接地体在冲击电流作用下的接地阻抗的测量采用电位降远离法进行，试验线路布置见图1。E——被测试电极（独立的垂直接地体或水平接地体）；C——电流极；P——电压极，用于测量冲击电位升。图1垂直接地体、水平接地体接地阻抗测试接线图试验中，用示波器记录电压极上冲击电位升及主回路放电电流。电压极测试连接导线应选择屏蔽线。冲击电流沿导线、大地、垂直接地体回路形成环流后，由于导流线与地中电流的磁效应，地中电流将被导线中电流吸引而分布在离导流线一定距离的区域中，测量放电时各点的冲击电位升及主回路的冲击电流可计算垂直接地体的冲击接地阻抗，并得到冲击电流作用下电位分布情况。电压极P应在垂直接地体E与电流极C之间的连线上前后移动，当电位变化不大时进行测量。测试时，采用不同充电电压等级依次进行3-5次试验，取其平均值为测试结果。5.2.4冲击电流作用下水平接地体接地阻抗的测量大地网冲击电流作用下接地电阻的测量回路如图2所示，测量方法为三极法(参见附录B)。冲击电流沿导线、大地、接地网形成回路，放电过程中将在电流注入点与回流点之间形成冲击电压降，测量放电时各点的冲击电位升及主回路的冲击电流可计算地网等值接地阻抗，并得到地网冲击电流作用下冲击电位分布情况。电压极P点的位置一般取接地网对角线长度的1.5倍。测量时布置方向应尽量与电流极C有一个角度，以减少干扰。图2大地网冲击测试回路在工频电流下，整个接地网都可以作为电流的散流区。而在冲击电流作用下，由于接地装置本身的电感呈现较大的阻碍冲击电流流通的作用，使得冲击电流的散流主要集中在冲击电流注入点周围，因此与注入点相连的接地体及其周围的土壤都有散流。5.2.5冲击法测量接地阻抗的算法由于在冲击电流下接地网的电感效应不能忽略，故采用一种将电阻和电感值分离的算法。第一次分解电流信号的角频率为ω，阻抗测量值为，另一次分解电流信号的角频率为kω(k为非零整数),测得的阻抗值为。则有………（1）………（2）式中：R——接地网的电阻；L——接地网的电感。由（1）、（2）式可得………（3）………（4）冲击接地阻抗表征频率宜采用50Hz,便于与阻性分量进行比较。5.2.6测量回路接入对测量的影响冲击电流法测量接地阻抗时，电流极的长导线应平直布置，避免导线绕圈形成较大的回路电感。测量中应尽量避免使接到电流极的长导线与电压测量极的导线平行，尽量使电压测量极导线与各个电流极之间成大于一定角度的无交叉放置，以减少各导线之间产生的互感影响。接地体冲击接地阻抗受接地体形状、接地体与周围导磁、导电物体等因素影响，存在接地体工频接地电阻合格情况下，冲击接地阻抗偏高而引起雷击跳闸情况。冲击电流法测量杆塔接地体在冲击电流作用下得到的电压、电流波形如图3所示。从图中可看出，由于接地体的感抗作用，电流波形的相位滞后于电压波形（图3a））。通过试验波形观测，有助于测量及判断接地体的冲击阻抗值是否偏大。实测事例参见附录C。a)冲击阻抗较大时波形b)冲击阻抗较小时波形图3冲击电流法测量接地阻抗时的电压电流波形5.3场区冲击电位分布测试5.3.1地中冲击电位分布在均匀土壤中，当冲击电流从接地体电流注入点流入，电流极流出时，地中电位分布如图4所示。图4冲击电流作用下接地极电位分布图由于冲击电流高频分量作用，地中电流将被吸引至导流线一侧，其与导线平行的分量较之与地垂直分量大得多。因此，冲击电流作用下接地体周围电位梯度较直流与工频大很多，图5为以接地体电流注入点为参考点测得周围电位分布的实测结果。从图形中可以看出，接地体电流注入点与电流极之间存在一个零电位点，采用绘图的方式可以找出零电位点，以确定接地体的电位升。图5接地体周围电位分布测试结果宜以冲击电流为10kA进行校核。5.3.2冲击电位分布的测量按图6布置接线图，充电至预先设定的试验电压后自动触发放电，使得流入接地体的电流为I。以被测接地体电流注入点为参考点，将冲击测量仪器的电压极插入离参考点0.8m处，测得0.8m处对接地体电流注入点的电位差，再测得1.6m处对接地体电流注入点的电位差，依次类推，测量2.4m、3.2m、4.0m、4.8m、5.6m对接地体电流注入点的电位差，以后再以每5m测量一次，直到接地网的边缘，测量各个点对接地体电流注入点的电位。这一方向完成后，再在另一方向按上面的方法完成测量。一般对地网从四个方向测量，测试电压宜为1500-2000V，记录电位极打在每个电位点时的电压，注入电流值IP（A）和相对电流注入点的电位差UP（V），并折算到10kA时的值，根据试验数据绘出地网各方位的地表电位分布图。当站外一级塔与站内接地网直接连接时，宜考虑以杆塔接地为冲击电流注入点时，站内地表电位分布情况。图6冲击电位分布测量示意图5.3.3冲击跨步电压的计算计算冲击跨步电压采用差分方程法。对地网两点之间最大电位差，应乘以系数,算出接地体流过大电流的实际电位差。在电位分布图上可以得到任意相距0.8m两点间的冲击跨步电压…………………(5)式中：——任意相距0.8m两点间的实际冲击跨步电压，V；——任意相距0.8m两点间测量的电压差，V；——系数，其值等于。5.4地网冲击电流作用下站内二次设备反击电压测试方法雷电流过避雷针、引下体、地网入地时，地电位瞬时升高，设备外壳地电位与二次设备电源输入端之间会产生数千伏的电压差，造成设备损坏。在地网冲击电流作用下用数字示波器测量设备外壳地电位与二次设备电源零线端之间的电压差，并校核到10kA电流下的电压应不超过5000V。6试验注意事项6.1试验电压的选择测试大型接地装置的冲击特性参数，试验电压宜在2000V～3000V，对于输电线路杆塔等独立接地体，试验电压可用500V～1000V。6.2测量回路的布置见5.2.2。6.3电流极和电压极电流极和电压极应符合下列规定：a)电流极的电阻值应尽量小，以保证整个电流回路阻抗足够小，设备输出的试验电流足够大。大型接地装置的电流极宜采用直径32mm，长度为800mm～1000mm的角钢6～10根（图7）。选择在土壤电阻率低的位置垂直打入地下700mm～800mm。对于输电线路杆塔等独立接地体，可用1～2根角钢打入。每根角钢用接地铜线并联连接。b)可采用人工接地极或利用高压输电线路的铁塔作为电流极，但应注意避雷线分流的影响。c)如电流极电阻偏高，可采用多个电流极并联或向其周围浇水的方式降阻。d)电压极应用长度为800mm～1000mm的角钢1根紧密而不松动地插入土壤中300mm～500mm。图7电流极制作实例图6.4试验电流的注入110kV以上变电站等大型接地装置冲击特性参数测试时，试验电流的注入点宜选择单相接地短路电流大的场区里，电气导通测试中结果良好的设备接地引下线处。小型接地装置的测试可根据具体情况参照进行。6.7冲击接地阻抗的理解和判断冲击接地阻抗是接地装置的一个重要参数，它概要性地反映了接地装置的状况，而且与接地装置的面积和所在地的地质情况有密切的关系。因此判断接地阻抗是否合格，首先要参照GB/T50065中的有关规定，但同时也要根据接地装置的大小及设备的运行电压等级判断。6.5试验的安全试验期间电流线严禁断开，电流线全程和电流极处要有专人看护，参照GB26861高压试验安全注意事项。接地阻抗测试干扰的消除进行接地装置冲击阻抗特性参数测试时，由于冲击电压的频率很高，很容易受到空间电磁场及其它高频电信号的干扰。可采用下列方法消除干扰对测试冲击接地阻抗的影响：可增大冲击放电并联电容容量增加测量信号的低频分量；电位测量线应用双屏蔽电缆；试验前可测试现场空间干扰波形，了解干扰大小。示波器测试结果可采用数字滤波方法去除部分干扰；c)当电位线较长，并且电流极接地电阻较高时，测试更易受到高频干扰电压的影响，可在电压极端部加装屏蔽。

附录A(资料性附录)接地参数实地测量向地中注入冲击电流测量接地网参数的方法与系统故障时的情况基本一致，能反映电力设备接地体的真实情况，这种方法能够测量出地网的电感分量及冲击接地阻抗。对某220kV变电站进行接地参数的测量，分别用异频小电流法（40Hz～60Hz）测量地网工频接地阻抗，用冲击电流法测量地网冲击阻抗，并进行比较。变电站接地网对角线223米，土壤电阻率为10.3Ωm,土壤电阻率均匀。试验时采用三极法中的夹角法布线，电流线长度为660米，电压线长度为400米，电流线和电压线之间的夹角为230。本次共测试19处，测点位置和测量数据见表A1。冲击阻抗测量时电流极距离分别用660米和400米、300米、200米布线测量作了比较，测量数据比较接近（见表A2）。说明用冲击电流法并采用夹角法测量可缩短电流极布线距离，有利于大型地网接地电阻的现场测量实施。冲击电位测量时，冲击电压为4000V，冲击电压波形为1us～5us/50us～80us，冲击电位分布测量数据见表A3，冲击电位分布曲线见图A1表A1接地参数测量数据比较序号测点位置异频电流（A）工频接地阻抗（Ω）冲击电压（V）冲击电流（A）电阻（Ω）冲击阻抗（Ω）冲击电压波形12号主变80.2294320122.40.2261.2141us~5us/50us~80us2220KV关杨4671开庆C相80.2284320122.40.2211.1971us~5us/50us~80us3220KV关杨4672开关C相80.2294320122.350.2231.1851us~5us/50us~80us42号主变220KV侧2602开关80.2364320122.360.2411.1141us~5us/50us~80us5220KV母联2610开关A相80.2334320122.410.2391.2361us~5us/50us~80us61号主变220KV侧2601开关80.2284320122.40.2301.1861us~5us/50us~80us7220KV副母线压变A相80.2264320122.390.2281.1131us~5us/50us~80us8220KV关清4938开关A相80.2314320122.400.2331.1981us~5us/50us~80us9220KV关湳4937开关A相80.2324320122.390.2351.1911us~5us/50us~80us10220KV关湳4937线避雷器A相80.2364320122.410.2301.1161us~5us/50us~80us11220KV关湳4937线避雷器C相80.2314320122.390.2281.1071us~5us/50us~80us12220KV正母线压变C相80.2304320122.400.2331.1051us~5us/50us~80us131号主变220KV侧避雷器B相80.2224320122.410.2291.1161us~5us/50us~80us142号主娈220KV侧260233接地刀闸80.2294320122.390.2261.1071us~5us/50us~80us15220KV关杨4672线避雷器C相80.2284320122.390.2211.1051us~5us/50us~80us16220KV关钢4939开关C相80.2294320122.410.2321.1161us~5us/50us~80us17220KV关钢4939线流变C相80.2324320122.390.2361.1081us~5us/50us~80us18220KV关杨4671线龙门架80.2314320122.390.2251.1091us~5us/50us~80us19220KV关杨4671线压变A相80.2304320122.400.2211.1121us~5us/50us~80us表A2电流极距离对冲击阻抗测量数据的影响测试方法电流极距离（m）冲击电压（V）冲击电流（A）工频接地阻抗（Ω）电阻（Ω）冲击阻抗（Ω）冲击电流法6604320122.50.2290.2261.114冲击电流法4004320122.60.2130.2231.003冲击电流法3004320122.30.2010.2210.946冲击电流法2004320122.40.1980.2150.912表A3地网冲击电位分布测量数据至参考点距离（m）冲击电位（V）至参考点距离（m）冲击电位（V）至参考点距离（m）冲击电位（V）0.83984.8213977.5663967.81.63982.8263976713966.52.4398282313975.9763964.53.23982363974.8813964.443981.4413973.5863962.94.83981.3463971.8913960.15.63980.1513971.5963954.9113980563970.4163979613967图A1地网冲击电位分布曲线

附录B(资料性附录)电流极采用多级法测量由于大地并不是理想导体，它有电阻率，当有电流通过的时候，大地不再保持等电位。冲击电流是通过接地导体流进大地的，进入大地的电流以电流场的形式四处扩散。如果只采用一个电流极，当冲击电流流进大地，进入大地的电流场是靠近电流极的方向相对密集，而扩散到其它方向的电流场就会相对稀疏(图B.1)，就会改变冲击电流流入大地的电流场形式。因此为确保测量结果的真实准确，以接地极E为圆心相隔120°，设置C1、C2、C3三个电流极(图B.2)，尽量在最简便的情况下，使试验结果更接近真实值。图B.1冲击电流进入大地后形成的电流场图B.2三个电流极分布图

附录C(资料性附录)冲击电流法测量垂直接地体接地阻抗当接地体接地不良或有缺陷时，则呈现有较高的电感值及较大的冲击阻抗问题。选择多条常受到雷击的110kV输电线路杆塔进行测试，发现受到雷电反击的杆塔接地电阻大都合格，但冲击阻抗大多比邻近杆塔的偏大，约为1-3倍，并且引起电压波形振荡、电流波形滞后、电流放电时间增长等。因为引起波形变化的条件与回路电感、电容和电阻各参数的大小有关，因此还需用较多的现场测量波形来进行对比分析。用冲击电流法实测110kV输电线路杆塔冲击接地阻抗时得到电压和电流波形（图C.1）。33号杆塔用摇表法测得接地电阻5.8Ω，电压波形震荡较小，震荡周期短，电感分量值正常。试验电压1000V，接地电阻4.353Ω，冲击接地阻抗6.70Ω。38号杆塔2009年两次受到雷电反击，接地电阻8.568Ω，冲击接地阻抗18.00Ω。38号杆塔用摇表