李小威

（中國(guó)核工業(yè)第二四建設(shè)有限公司，福建 福清 350318）

目前國(guó)內(nèi)接地的測(cè)試工作比較薄弱，一些關(guān)鍵的技術(shù)觀念比較模糊，技術(shù)手段落后。目前采用的方法主要有兩種，一種是傳統(tǒng)工頻測(cè)量方法，另一種是異頻法。

1 傳統(tǒng)工頻測(cè)量方法與異頻法分析比較

1.1 傳統(tǒng)工頻測(cè)量地網(wǎng)的方法

三極法、四極法、瓦特法、雙電位極法。一般采用《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》（DL/T 475—2006）中推薦的“三極法”。 這種方法需要采用很大的測(cè)試電流（導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)推薦不宜小于50A），設(shè)備非常笨重且布線勞動(dòng)強(qiáng)度很大，浪費(fèi)材力人力。傳統(tǒng)工頻測(cè)量地網(wǎng)的方法主要存在以下問(wèn)題。

1）設(shè)備非常笨重，且布線勞動(dòng)強(qiáng)度很大，耗時(shí)耗力。無(wú)法從根本消除干擾信號(hào)的影響。

2）需要隔離變壓器及其他輔助器材多，由于主要干擾與信號(hào)同頻，無(wú)法從根本上消除干擾的影響。

1.2 異頻法

異頻法是通過(guò)改變測(cè)試電流的頻率來(lái)避開(kāi)工頻干擾，由于信號(hào)頻率與干擾頻率不同，通過(guò)濾波器來(lái)濾除干擾的影響，從而提高測(cè)量精度。異頻法測(cè)量的工頻等效性好，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17949.1-2000）要求測(cè)試電流頻率應(yīng)該盡量接近工頻，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL/T475-2006）規(guī)定了測(cè)試電流頻率宜在 40～60Hz之間。測(cè)試電流波形為正弦波，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，測(cè)試頻率與工頻不能相差太遠(yuǎn)，且測(cè)試電流的波形應(yīng)為正弦波（其他波形如方波含有豐富的諧波頻率）。我們一般使用45Hz和55Hz兩種頻率進(jìn)行測(cè)量。配合現(xiàn)代軟硬件濾波技術(shù)，增強(qiáng)抗地電壓干擾能力強(qiáng)，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。30V工頻干擾電壓帶來(lái)的誤差不大于0.002Ω。異頻法由于采用的測(cè)試電流較小，因此設(shè)備小巧，布線勞動(dòng)強(qiáng)度也大大減輕。由于具有測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠和節(jié)約資源、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 異頻法測(cè)量原理

接地電阻的數(shù)值等于接地裝置的對(duì)地電壓與通過(guò)接地裝置流入地中的電流的比值。接地裝置的對(duì)地電壓是指接地裝置與地中電流場(chǎng)的實(shí)際零位區(qū)之間的電位差。地網(wǎng)接地電阻異頻測(cè)量原理如圖1所示。電流、電壓極引線按接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則（DL/T475—2006）布置.儀器向電流極注入2～5 A的異頻電流,設(shè)電流Iy，該電流與地網(wǎng)中的工頻電流相疊加在輔助電壓極上產(chǎn)生壓降Uy+Ug（包括工頻及高頻分量），由測(cè)量系統(tǒng)濾除Ug，再由數(shù)字濾波方法得到 Uy、ly，經(jīng)計(jì)算得到地網(wǎng)接地阻抗 Z，電阻分量R，電抗分量X。原理圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量原理圖

“異頻法”測(cè)量的關(guān)鍵是通過(guò)硬件和軟件措施，從地網(wǎng)中的全電流i和電壓極壓降u中無(wú)幅值和相位畸變，提取異頻電流電壓，并計(jì)算出接地電阻和電抗，異頻功率源的頻率異于工頻，儀器在硬件和軟件兩方面保證了對(duì)異頻信號(hào)具有靈敏度極高的選擇性，因而即使地網(wǎng)中工頻和其他干擾電流大于測(cè)量電流數(shù)十倍，儀器能準(zhǔn)確地將異頻電流在地網(wǎng)接地電阻上產(chǎn)生的壓降提取出來(lái)，從而準(zhǔn)確測(cè)出接地電阻。

2 工程應(yīng)用

2.1 地網(wǎng)平面圖

福清核電廠廠區(qū)接地裝置由核島、常規(guī)島、TC控制樓、TD輔助開(kāi)關(guān)站及JX輔助變壓器平臺(tái)5個(gè)子項(xiàng)接地裝置并聯(lián)后構(gòu)成，具體布置如圖2所示。

圖2 地網(wǎng)平面圖

2.2 地網(wǎng)尺寸

核島、常規(guī)島、TC開(kāi)工控制樓、TD輔助開(kāi)關(guān)站及JX輔助變壓器平臺(tái)5個(gè)子項(xiàng)接地裝置并聯(lián)后構(gòu)成該地網(wǎng)建立在半島上，三面環(huán)海，有一部分回填，土壤電阻率較大。地網(wǎng)的平面尺寸圖如圖2所示。

2.3 測(cè)試條件與環(huán)境

地網(wǎng)施工完成后于2011年9月13日進(jìn)行測(cè)量，天氣晴，環(huán)境溫度30℃，濕度60%。按接地試驗(yàn)規(guī)程所指的接地電阻是在冬季長(zhǎng)期無(wú)雨，土壤很干燥的狀態(tài)下的測(cè)量值。假如不滿足上述的條件，要用季節(jié)系數(shù)Ψ修正，即R干＝ΨR濕，規(guī)程建議Ψ取1.4～1.8，福建省由于缺乏 Ψ修正值，所以一般不進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。

2.4 布置測(cè)試回路

1）按照接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量導(dǎo)則（DL/T475-2006）的規(guī)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇合適的測(cè)試回路布置。一般有兩種方法，一是采用夾角法，二是直線法。夾角法是電壓線和電流線之間的夾角不為零。直線法是電壓線和電流線之間的夾角為零?？梢暈閵A角法的特例。

2）根據(jù)接地導(dǎo)則（DL/T475-2006）規(guī)定輔助電流極應(yīng)盡量遠(yuǎn)離被測(cè)接地裝置，通常電流極與被測(cè)接地裝置的距離應(yīng)為被測(cè)接地裝置最大對(duì)角線長(zhǎng)度D的4倍以上。而現(xiàn)場(chǎng)通常測(cè)試回路應(yīng)盡量避開(kāi)河流、湖泊；盡量遠(yuǎn)離地下金屬管路和運(yùn)行中的輸電線路；注意減小電流線和電位線之間的互感影響，當(dāng)采用直線法時(shí)，應(yīng)注意使電壓線和電流線保持盡量遠(yuǎn)的距離?，F(xiàn)場(chǎng)條件允許時(shí)，大型地網(wǎng)接地阻抗的測(cè)試最好采用夾角法。一般情況下，可按下面的修正公式計(jì)算出接地裝置的接地阻抗Z。

式中，Z′=V/I為儀器測(cè)量值，D為被測(cè)接地裝置最大對(duì)角線長(zhǎng)度，dCG為電流極與接地裝置邊緣的距離，dPG為電位極與接地裝置邊緣的距離，θ為電流線與電位線的夾角。設(shè)θ＝0時(shí)的特例。由上式可看出，若滿足條件

則Z= Z′，也就是說(shuō)，無(wú)需對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。當(dāng)θ＝0時(shí)，dPG=0.618dCG。這是直線法中著名的0.618法則，即電位極位于0.618dCG處即可測(cè)得真值。

3）核島、常規(guī)島、TC控制樓、TD輔助開(kāi)關(guān)站及JX輔助變壓器平臺(tái)5個(gè)子項(xiàng)接地裝置并聯(lián)后構(gòu)成的地網(wǎng)，電流極C、電壓極P按直線計(jì)算取得，地網(wǎng)的最大對(duì)角線長(zhǎng)度為 D，整個(gè)地網(wǎng)中心與地網(wǎng)邊緣之間的距離為 d，單位為 m。已知接地網(wǎng)對(duì)角線D=300m，d=102m。

dCG=4D－d dPG=4D×0.618－d則dCG=1098m，dPG＝640m，輔助電極布線沿變電所大門(mén)方向。電流極、電壓極分別采用φ114mm2鍍鋅鋼棒各3根，長(zhǎng)1.2m打入地中，布置成地網(wǎng)，并用裸銅線并聯(lián)纏繞。確定了電流極和電位極位置后，將作為電流極和電位極的地樁分別打入地下，應(yīng)使其與土壤緊密接觸。線路布置如圖4所示。

圖3 接地阻抗測(cè)試儀測(cè)試接線圖

圖4 地網(wǎng)平面圖

2.5 接線

按照?qǐng)D3、圖4進(jìn)行接線。關(guān)于導(dǎo)線的選擇。測(cè)量時(shí)，電流線中將流過(guò)最大 5A的電流，因此電流線應(yīng)具有通 5A電流的能力，選用銅芯截面積大于1.5mm2的導(dǎo)線即可。但是當(dāng)電流線布得很長(zhǎng)時(shí)，電流線的電阻會(huì)增加回路電阻，為了降低電流線的電阻，應(yīng)該選用較粗的電流線。電壓線中只流過(guò)微安級(jí)電流，因此不用考慮其通流能力。導(dǎo)線應(yīng)具有良好的絕緣，增接導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)用連接牢固并做好導(dǎo)線的絕緣。我們選擇2.5mm2導(dǎo)線連接電壓極，選擇4 mm2連接電流極，選擇一個(gè)可接觸良好的待測(cè)接地裝置的接地引下線（如鍍鋅扁鋼、接地檢查井中的銅排），為電流注入點(diǎn)和電壓測(cè)量點(diǎn)。用一根導(dǎo)線將儀器面板的 C1端子與電流注入點(diǎn)可靠連接，再用一根導(dǎo)線將儀器面板的P1端子與電壓測(cè)量點(diǎn)可靠連接。用電流線將電流極與儀器的 C2端子可靠連接。用電位線將電位極與儀器的 P2端子可靠連接。連接時(shí)注意首先去除接觸處的銹蝕層。檢查接線無(wú)誤后，可進(jìn)行下一步操作。

2.6 測(cè)試

我們選用的測(cè)試儀器是武漢國(guó)電西高電氣有限公司生產(chǎn)的GDWR-5A大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀，接通儀器電源后，按照儀器使用說(shuō)明起動(dòng)“接地阻抗測(cè)量”功能。儀器開(kāi)始自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試完畢，屏幕顯示測(cè)量結(jié)果，如圖5所示。

圖5 測(cè)量結(jié)果

屏幕第一行顯示的是接地阻抗；第一行顯示測(cè)試頻率；第三行顯示的是測(cè)試電流的有效值，前面的數(shù)值為45Hz下的電流值，后面的數(shù)值為55Hz下的電流值。其他參數(shù)，包括45Hz、55Hz下的阻抗Z、電阻分量 R、電抗分量 X。測(cè)試完成后再分別改變電壓極位置重復(fù)測(cè)試，改變電壓極位置 1，使dGP=(4D×0.618 一 d) ×0.95(km)；改變電壓極位置 2，使 dGP＝(4D×0.618 一 d)×1.05 測(cè)試。

3 影響接地測(cè)試的因素及注意事項(xiàng)

3.1 影響地網(wǎng)測(cè)量的因素

接地網(wǎng)與測(cè)試電流極的距離、接地網(wǎng)的形狀和尺寸、輸電線路避雷線與接地網(wǎng)問(wèn)的隔離、零電位區(qū)域的測(cè)量驗(yàn)證、測(cè)量電流的大小、外界干擾的影響以及測(cè)量設(shè)備和儀表的影響等。

3.2 注意事項(xiàng)

1）消除輸電線的避雷線的影響。在許多變電所中，輸電線的避雷線是與變電所的接地裝置相連，這會(huì)影響變電所接地電阻的實(shí)測(cè)值。因此，在測(cè)量前應(yīng)將避雷線與變電所接地裝置的電連接斷開(kāi)。

2）避免運(yùn)行中的輸電線路的影響。盡可能使測(cè)量線遠(yuǎn)離運(yùn)行中的輸電線路或與其垂直，以減小干擾影響。

3）避免河流、地下管道等導(dǎo)電體。測(cè)量電極的布置要避開(kāi)河流、水渠、地下管道等。

4）不能在雨后立即進(jìn)行測(cè)試。應(yīng)記錄測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度。

5）電壓極分別在3個(gè)不同位置時(shí)測(cè)得的視在電阻變化情況應(yīng)與電壓極引線距離變化趨勢(shì)保持一致。

6）若儀器顯示屏上顯示“測(cè)試電流偏小”或者“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”。若顯示“測(cè)試電流偏小”，則說(shuō)明 C1、C2間開(kāi)路或阻抗過(guò)大,超出了異頻電源的負(fù)載能力，致使異頻電源輸出電流過(guò)小。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，首先應(yīng)檢查接線是否牢靠，若還不能解決問(wèn)題，則可嘗試采用多個(gè)電流極并聯(lián)或者向其周?chē)鷿娝姆绞浇底?。若顯示的電流值較小，未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，則同樣可采用上述的方法進(jìn)行降阻。較大的測(cè)試電流利于抑制現(xiàn)場(chǎng)干擾。若顯示“電位極接地電阻偏大或電壓線斷線”， 則說(shuō)明接至儀器電壓輸入端子P1、P2的電壓線有斷線處或者電位極未良好接地。出現(xiàn)這種情況時(shí)，首先應(yīng)檢查電壓輸入線有無(wú)斷線處，若無(wú)，則可嘗試加深輔助電位極接地樁或向其周?chē)鷿婝}水來(lái)降低其接地電阻。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的測(cè)量方法均無(wú)法解決地網(wǎng)中的干擾及測(cè)量引線互感的干擾問(wèn)題。異頻法能有效地消除地網(wǎng)中的各種干擾分量，從而較準(zhǔn)確地測(cè)出地網(wǎng)的接地電阻尺 及地網(wǎng)接地電抗。運(yùn)用接地電阻測(cè)試儀器，精度高，操作簡(jiǎn)單方便，布線勞動(dòng)量小，無(wú)需大電流，可保存50組測(cè)量數(shù)據(jù)，且自帶微型打印機(jī)可現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)量結(jié)果，可用來(lái)測(cè)量接地阻抗很小的大型地網(wǎng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展異頻法測(cè)試大型接地電阻技術(shù)將日趨成熟，將被廣泛的運(yùn)用到工程中。

[1]李澍森高.異頻法測(cè)量大型地網(wǎng)接地電阻的研究[M].北京:中國(guó)電力出版社,2000.3.

[2]陳啟運(yùn)等.接地網(wǎng)接地阻抗異頻測(cè)試裝置研制[J].華北電力技術(shù), 2010(7).

[3]李秋明,張衛(wèi).實(shí)用電氣試驗(yàn)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.6.

[4]接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則.（DL/T 475—2006）.

[5]福清核電防雷接地圖冊(cè).

[6]GDWR-5A大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀使用說(shuō)明書(shū).