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變電站接地電阻測試的意義和操作辦法
瀏覽次數:0次   |   時間:2021-07-30 00:00:00

接地測試實際上就是指測量變電站接地網的接地電阻。接地電阻是電流由接地裝置流入大地再經大地流向另一接地體或向遠處擴散所遇到的電阻,它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限大遠處的大地電阻。


一、接地測試的意義


目前,我國正處于電力大發展時期。電力事業的發展大大激發了該領域相關課題的深入研究,主要涉及電網技術和高壓技術,而接地系統的相關技術不僅貫穿于電網技術和高壓技術的所有領域,而且涉及到氣象、建筑防雷等方面。在國內,目前對于接地技術的研究主要集中在接地網的腐蝕檢測方法研究,腐蝕檢測裝置研究,接地電阻測試方法研究,接地電阻測試過程中的誤差分析,接地裝置的降阻研究與應用等等。



接地網屬于變電站建設時先施工的設備。一般情況下,對于變電站接地網的驗收是通過檢查接地電阻、跨步電壓和接觸電勢來進行,只要這三個指標達到一定的要求,就承認該接地網通過驗收。而對于接地網內部各條支路連接與設計圖紙的一致性,一般是業主通過派遣一兩個員工進行全程監造來實現的。但通常情況下,一個110kV等級的敞開式變電站地網面積都在50m×50m以上,地網支路動輒一兩百條以上,因此,監造人員難以對照圖紙一一對應檢查。另外,按照地網設計圖的跨步電壓和接觸電勢可以簡單地檢查接地網支路連接情況,但其電壓信號一般都非常小,導致信噪比小,難以準確檢查支路拓撲結構的正確性。而接地網的接地電阻一般只跟接地網封閉體大面積有關,更無法反映接地網支路連接是否與圖紙一致,因此常規接地網的測試無法完成對接地網施工合格與否的判定。為了變電站設備和人員的安全,需要尋求一種接地網支路拓撲結構準確性檢查的便捷方法。另外,出于經濟角度考慮,一些新變電站建設于地形環境復雜、靠近山脈和河流的地方;隨著地方經濟的發展,一些舊變電站周圍逐漸增加了很多建筑;敞開式變電站接地網面積大,隨之帶來了測試工作量大、測試精度跟不上等困難。為此,需要打破傳統方法的限制,研究接地電阻測試新方法,以適應新環境下的敞開式變電站的實際狀況,很大限度地準確獲取大型接地裝置的接地電阻。


二、變電站接地電阻測量的實例


1.帶有架空地線的測試


用三極法測量帶架空地線的變電站接地電阻,由于架空線路地線與變電站接地網相連,且二者很難斷開,在測量接地電阻時,部分電流會從架空線路地線流向遠方而沒有經被測變電站接地網直接入地。由此導致測量接地電阻偏小,與變電站實際的接地電阻相差較大,需要在測量結果中將地線的分流電流除去。


測量變電站接地電阻時,電流引線相對于線路地線很短,且兩者距離很遠,之間的夾角很大,因此,電流引線與線路地線之間的互感基本可以忽略,其分流原理類似于純粹的電阻分流。因此,如果有多回線路的情況,每回線路分得的測量電流差別不大。



實際變電站故障發生時,故障電流由線路的相導線提供,即相導線作為電流引線。此時,由于相導線與其地線一直保持長距離平行,之間的距離也非常近,造成它們兩者之間的互感很大。相導線提供的故障電流會通過互感的作用在地線中感應出很大的反向電流,這部分電流可能成為分走故障電流的主要部分,雖然地線電阻的作用也會分走一部分電流,但這部分電流隨著相線與地線之間的距離減少,比例越來越小。


2.帶有架空地線的接地阻抗測試方法


實際測量中,當架空線路地線與變電站接地網相連時,測得的阻抗Zm為被測變電站實際接地阻抗ZSg1與所有相連線路地線、桿塔總等值阻抗的并聯。所有相連線路地線、桿塔總等值阻抗為所有相連線路地線、桿塔等值阻抗的并聯。如果求得每條線路地線、桿塔的等值阻抗,則可以得到ZSg1。因此,分析的關鍵是獲得每條線路地線、桿塔的等值阻抗。為方便計算,在求線路地線、桿塔的等值阻抗時,作如下假設:忽略變電站接地網與桿塔接地裝置之間的互電阻;同一條線路的桿塔接地阻抗相同;同一條線路的檔距不變,為平均檔距;忽略各條線路地線之間的互感影響;每條線路均較長,檔數較多,末端變電站的接地阻抗影響可以忽略,并可以認為線路增加一個檔距其地線等值阻抗不變。當求得每條線路從被測變電站看線路地線的等值阻抗Zn后,可得變電站所連線路的總等值阻抗。該阻抗與變電站接地阻抗并聯后即為架空線路地線與變電站接地網相連時變電站的實測接地阻抗。因此,當測得變電站的接地阻抗,并求得變電站所連線路的總等值阻抗后,從而可以推出變電站實際的接地阻抗。


3.變電所短路電流分流系數計算方法


電力系統短路故障時的短路電流計算,如果按照序分量和相分量,可分為序分量法和相分量法。正序、負序、零序分量存在相互耦合,此時不能采用傳統的序分量法進行求解,而基于相參數模型則可適用于上述線路的實際情況。相分量法中,對各相相導線、架空地線和電纜外皮等線路參數沒有對稱條件的約束,因此運用相參數較為直觀也更為精確。求解一個相參數電路,實際上就歸結為基本的電路求解問題。


4.變頻與大電流相結合的測試方法


目前在接地規程中關于接地參數測量的方法仍然建議采用工頻大電流或變頻小電流。但這兩種方法都存在一定的問題。工頻大電流法對于新建變電站測試效果較好,因為此時工頻干擾很小,對于在運變電站尤其是電壓等級較高的變電站,在測量接地阻抗時,可采用反向法去除部分干擾,但還是有一部分干擾無法去除。另外在進行跨步電勢、接觸電勢、地表電位分布等測量時存在的干擾信號有時大于測量信號,從而無法測量。


變頻小電流法的優點是干擾信號小,在某些小型變電站可較好進行測量,但在大型變電站中,在進行跨步電勢、接觸電勢、地表電位分布等測量時,測量信號太小,有些地方甚至無法測出信號。在測量接地阻抗時電流太小,測量信號較低,測量存在較大誤差。另外,在土壤電阻率分層相差不大的平原地區,兩種測試方法測得的接地阻抗吻合性較好,但在土壤電阻率分層相差較大的山區,兩種測試方法測得的接地阻抗相差很大。這種變頻大電流的測試方法綜合了以前兩種方法的優點,克服了各自存在的缺點,使跨步電勢、接觸電勢、地表電位分布等測量數據更加可靠和易于實施。在多數情況下,45Hz~49Hz和51Hz~55Hz基本就可以較好獲取接地阻抗,也就是說接地測量導則中的40Hz~60Hz完全可以用45Hz~55Hz代替,這樣的測試頻率與工頻更接近;試驗電流3A~20A也可以變為20A~50A。變頻與大電流相結合的接地阻抗測試系統主要由變頻電源、放大器、濾波器、耦合變壓器以及可調頻萬用表組成,可調頻萬用表可以測量電壓、電流信號,調頻萬用表能很好地辨識由測試系統所產生的預定頻率信號,對非預定頻率的其他信號則衰減得很厲害。為了更好地監測電壓和電流,也可采用記錄波形的方法獲取??紤]到測試的便捷性與經濟性,儀器功率可以定為30kVA,輸出電流定為100A。以上根據國家電力標準研究了幾種接地電阻測試新方法,從中可以得到如下結論:


一是傳統接地電阻測試的0.618與30°夾角約束條件可以放寬,從而使得對接地阻抗的測試工作變得更加容易一些。


二是針對敞開式變電站面積大的特點,可以選擇短距離接地電阻測試。


三是當變電站帶有架空地線,且架空地線與接地網間連接頭不容易拆除時,如果能夠搜集到架空地線的詳細資料,可以用帶有架空地線的接地電阻測試值通過仿真計算獲取變電站接地裝置的實際接地電阻。


四是針對敞開式變電站接地電阻小的特點,適當情況下可以選擇變頻大電流測試方法來進一步提高信噪比,以便準確獲得變電站接地裝置的接地電阻。


三、結論性的論述


敞開式變電站與GIS變電站相比,具有占地面積大、接地電阻小、所處地理位置環境復雜等特點,在接地網驗收、評估和接地參數測試中存在諸多問題,如現場地網完工后的驗收不規范、復雜地形條件和大地網接地參數測試工作繁重、不準確(有時甚至無法得到測量數據)以及變電站地網與線路架空地線無法在分離情況下修正接地參數等等,項目的研究成果基本解決了這些問題。



一是接地網主網拓撲結構的無損電檢測方法可用于地網完工驗收,較好地解決了在接地網敷設中支路遺漏,或與設計或完工圖紙不相符合的情況,為變電站接地網資料的完整、準確提供證據。


二是在接地參數測量時,可采用短距離放線和電流極、電壓極任意放置的方法,其測量結果經現場與傳統試驗方法對比,具有較好的一致性,解決了放線難、工作 量大和環境復雜的現場測試問題。


三是變頻小電流在測試中測量數據過小,工頻大電流干擾過大,無法得到準確測量值,變頻大電流的測試方法克服了兩者的缺點,解決了干擾和測量數據小造成測量誤差大的問題,提高了測試準確度。


四是對于變電站與架空地線無法分離情況下的變電站,在現場測量時和系統實際短路時注入地中電流的流向和分布是不同的,因此在判斷接地參數合格與否時,不能簡單認為兩者接線狀態相同而采用不考慮分流系數的方法。應根據測量結果等效計算得到變電站與架空地線無法分離情況下的變電站實際接地阻抗,在接地參數評估時,實際入地短路電流應考慮分流系數的影響,這樣的測試結果更加科學、準確、合理。


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