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基于異頻法的大型接地網接地電阻測試研究

文檔作者：馬明王文敏陳達黃友滔文檔來源：溫州電業(yè)局		點擊數：	更新時間： 2022年07月28日
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56
浙江電力
ZHEJIANG ELECTRIC POWER 2008年第4期
基于異頻法的大型接地網接地電阻測試研究
Study on M easuring Grounding Resistance of Large Grounding
Grid Based on Non Power Frequency Method
馬 明，王文敏， 陳 達，黃友滔
(溫州電業(yè)局，浙江溫州325000)
摘要：用工頻大電流法測量大型地網接地電阻時抗干擾能力不足。介紹了異頻法測量接地電阻的原理
和測試頻率的選擇方法，結合測試實例，驗證了異頻法的有效性，并分析了測試頻率和測試引線布線
方式對測試結果的影響。
關鍵詞：異頻法；大型接地網；接地電阻；測試；工頻大電流法
中圖分類號：TM862 文獻標識碼： B 文章編號：1007—1881(2008)04—0056—03
在變電站接地系統(tǒng)中，接地網的接地電阻
是重要的技術指標。如何準確而有效地測量接
地電阻一直是工程技術人員關注的問題。大型
接地網由于其面積大、地網中存在較大的工頻
零序電流和諧波電流干擾，通常采用的工頻大
電流法及各種派生的測量方法，均未從根本上
解決地網干擾電流等問題【l】。而采用異頻法測
量接地電阻，則可較好地解決抗干擾問題，對
500 kV變電站接地網接地電阻進行的實測證明
了這一點。
1 工頻大電流法的原理及其不足
為了減小大地網工頻零序電流的影響，通
常采用工頻大電流法，并結合倒相法測量大型
接地網接地電阻。
工頻大電流法就是加大注入地網的工頻電
流，通過測量注入電流和地網電位升來計算接
地電阻。通過加大注入接地網的工頻電流的方
法提高信噪比。電力行業(yè)標準中要求測試電流
不小于30 A。假設接地電阻為0．5 Q，工頻電
流即使達到50 A，接地網的電位升也僅有25
v，與干擾電壓處于同一數量級(曾測到干擾電
壓約為20 v)，說明信噪比不高。實際上，試
驗電流一般很難達到30 A。增大電流后，引線
間干擾也相應增大。且采用這種測量方法，試
驗設備笨重，消除干擾的效果卻并不理想。
在利用工頻大電流法測量接地電阻時，采
取倒相法可以進一步抑制干擾。但倒相法只有
在地中電流穩(wěn)定的前提下才能有效抗干擾，即
干擾電流為理想的工頻正弦波，且倒相前后干
擾電流不變。但實際上干擾含有工頻、低次諧
波和高次諧波，而且工頻成分也是變化的。因
此倒相法效果也不理想。
2 異頻法測試的原理
為了有效消除零序電流對接地阻抗測試的
影響，美國國家標準ANSI／IEEE 81：1983中較
早提出了異頻法，將干擾電流與測量用的信號
電流分離出來，使之不進入測量系統(tǒng)，消除干
擾信號的影響。
假設接地網中的工頻零序電流及諧波電流為：
Ⅳ
=，g0+2 v廠 sin(， +體 )
= l
式中：cos=2 ， 為工頻頻率；n為諧波次
數；％ 為諧波電流初相角； 。為直流分量，
接地網無故障電流時厶。約為O； 為諧波電
流有效值。
假設向地網注入電流為：
= √ sin(c + )
式中： 、 分別為異頻電流有效值和初相
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2008年第4期 浙江電力 57
角； =2 ，其中 為異頻頻率。
令 = ，則地網中的全電流和電壓極
壓降分別為：
： + I= 0= 0+Σ厶 vc2 -~,sin (nkzmoyt
： 1
+％)+ sin(myt+ )
^，
=ug+ur= o+2 √2 sin(n
n = 1
+仇 )+√ Uysin( ￡+仍 )
式中： ，‰ 分別為異頻電壓有效值和初相角。
在測量部分利用帶通濾波器，以盡可能濾
除i中的工頻分量，若以異頻頻率． 為基波，
此時變成工頻對異頻信號的調制；并采用加寬
窗口的傅立葉算法增強濾除工頻信號的效果；
最后再用計算機處理采集的數據，從 ， 中
無畸變地測量異頻電流、電壓，從而計算出工
頻接地阻抗的實部和虛部。
3 異頻法測試頻率的選擇
圖1為實測某變電站干擾信號的功率譜密
度圖，從圖1中得出干擾信號在50 Hz最大，
然后向兩邊快速下降，在3O Hz以下和55～
100 Hz之間趨近于零，在100 Hz左右又有所
增強?？梢娪卯愵l法往地網中注入的異頻電流
頻率選擇不當，也會造成較大的誤差。若頻率
較大會導致兩個問題，一是電流的集膚效應導
致測量結果偏大，二是接地阻抗中電感分量可
能起決定作用，與實際情況不符。國際大電網
會議36．04．O1(變電站接地)工作組(1982年)指
出，測量電流的頻率與工頻頻率的偏差不大于
10 Hz，偏差太大將產生顯著的誤差。因此在
61) 80 l00 120
頻率，Hz
功率譜密度
我國用異頻法測試的頻率為40～6O Hz。該頻
率距工頻50 Hz很接近，這就要求電壓和電流
測量設備的通頻帶較窄且可變。
4 實測結果及分析
溫州某500 kV變電站接地網呈長方形，
最大對角線長度為405 m。測量采用30。夾角
法，測量線均采用4 mm2單芯多股膠質導線，
電壓測量線和電流測量線直線距離均為2 km，
電壓極接地電阻≤100 Q，電流極接地電阻≤8
Q。異頻法測試頻率為45～55 Hz(舍去50
Hz)， 步長為1 Hz，用異頻法和工頻大電流法
對比測試的結果見表1、表2。
表1 異頻法測試結果
正向
1
反向
正向
2
反向
正向
3
反向
37．60o
1．98O
37．8oo
2．270
37．70
2．20o
33．15
37．53
34．15
36．73
32．65
36．90
O．5l4
0．520
0．537
異頻法測得的地網干擾電壓為19．958 V，
地網干擾電流為0．052 A。對表1中的數據進
行線性差值處理， 得到工頻接地阻抗為
0．467+i0．191，其模l z l為0．505 Q。工頻大
電流法測得的干擾電壓為19．600 V，地網干擾
電流為O．08 A，表2為工頻大電流法測試結
果，三次測試結果的平均值，即工頻接地阻抗
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58 馬 明，等：基于異頻法的大型接地網接地電阻測試研究 2008年第4期
為0．524。該接地網接地電阻設計目標值為
O．5，顯然異頻法測量結果與設計結果相符，
同時對比表1、表2發(fā)現，異頻法測試結果重
復性較好，證明該試驗方法可信度高。
從表I看出測量結果中接地阻抗z含有
電阻R和電抗 成分，尺隨測試頻率變化較
??；X 由地網金屬材料的自感和測量引線互感
組成， 測量值小于電阻的50％且隨頻率的
增加而小幅增加。這是因為該試驗的測量線為
30。夾角布置， 電壓與電流測試線間距2 km的
布線方式，能夠有效消除引線互感的影響，此
時的 值主要是地網金屬材料的自感。
5 結論
實測證明，異頻法采用濾波和傅立葉變換
技術，可有效消除地網工頻干擾，大大提高了
測量精度；不同測試頻率下，R變化較小，比
較穩(wěn)定；相距2 km的電壓、電流測試線的布
線方式可有效減小測量引線互感的影響。
參考文獻：
【1】 陳化鋼．電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M】．北
京：中國科學技術出版社，2001．
[2] 周文俊，汪斌．有效消除地網干擾的接地電阻變頻測
量法[J】．高電壓技術，1998，24(3)：51—53．
【3】李澍森．異頻法測量大型地網接地電阻的研究[J】．高
電壓技術，2000，26(3)：37—39．
【4】 王青云，陳瑞．基于頻譜分析的變電站接地電阻測量
方案【J】．微機計算機，2007，9(2)：127—128．
[5] 陳鵬云，朱慶翔，吳伯華，等．大型接地網測試技術的
發(fā)展與研究[J】．高電壓技術，2003，29(10)：18—19．
【6】 Guangwu Wang．A~equency conversion measure system of
grounding resistance[J]．IEE．1999(8)：2369—2371．
收稿日期：2007一l1—30
作者簡介：馬明(1982一)，男，河南信陽人， 助理工程師，
碩士研究生，從事高電壓試驗技術工作。
(本文編輯：楊 勇)
(上接第40頁)
架端頭暴露在系統(tǒng)介質內。安裝前應使用管道
同等材質的材料進行熱熔焊接封口，以避免骨
架端頭受介質腐蝕降低管道使用壽命。
(2)骨架聚乙烯管道與熱熔接頭連接必須插接
到位，以防止焊接時引起管道和接頭超溫而燒毀。
(3)為確保焊接質量，骨架聚乙烯管道與
熱熔接頭連接部位必須清潔，管道外壁應打
毛，并做到管道安裝好后立即焊接。
(4)由于骨架聚乙烯管道柔性較大，為防
止因操作不當引起管道水擊而造成損壞，在管
道高點和低點位置應增裝固定支架。
(5)由于骨架聚乙烯管道外壁較軟，為防
止管道熱脹冷縮后導致支架損傷管道外壁，應
選用帶位移結構的支架，并在支架與管道卡箍
中間加裝厚度為0．5 mm的不銹鋼皮。
5 結語
烏沙山電廠首臺機組按照上述方案進行改
造后，已運行5 000 h，再未發(fā)生管道滲漏，使
用效果良好，海水冷卻水管道因腐蝕泄漏的問
題得以解決。
參考文獻：
[1】汪國平．船舶涂料與涂裝技術[M】．北京：化學工業(yè)出
版社，2006．
【2] 中華人民共和國建設部．CJ／T 123—2004，給水用鋼骨
架聚乙烯塑料復合管[S]．2005．
【3] 余國琮．化工機械工程手冊[M]．jE京：化學工業(yè)出版
社，2002．
收稿日期：2008—5—28
作者簡介：李明志(1968一)，男，河北唐山人，高級工程師，
主要從事發(fā)電廠汽輪機及其輔機系統(tǒng)的管理和檢修工作。
(本文編輯：陸 瑩)

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