8000S系列接地装置特性 参数测量系统介绍.

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1 8000S系列接地装置特性 参数测量系统介绍

2 Ⅰ 背景资料 Ⅱ 产品介绍及应用 Ⅲ 结论

3 Ⅰ背景资料: 引言： 接地技术在有了电气设备的以来，己经发展成为保障电气设备、建筑设备和人身安全的重要措施之一，涉及能源、军事、建筑、交通、电子、通信、石油化工和家用电器等部门和行业，愈来愈受到广大工程人员重视。接地的目的是利用地作为传导电流的一个元件，从而在正常、事故和遭受雷击的情况下将电气连接处的电位固定在某一范围内，以保证人身和设备的安全，维护系统和设施可靠地运行。 接地装置是接地要求中最重要的环节之一。电厂、变电站的接地装置是电气设备重要的组成部分，直接关系到生产安全，在系统中具有举足轻重的地位。 电力系统中，重大电气事故的发生和扩大有很多与接地装置的缺陷有关。 发电厂、变电站的接地装置特性参数综合测量，用于评估判断接地装置安全、可靠性。

4 发变电站地网的主要功能有两个，即确保设备安全可靠运行，确保故障时的人身安全。当电力系统发生接地短路故障引起的短路电流经接地系统进入大地时，一方面短路电流在接地系统上产生地电位升，如果接地系统的接地电阻值比较大，短路电流在就会造成地网电位异常升高；另外一方面，短路电流在接地系统上引起不均衡的电位分布。如果接地系统设计不合理，则会导致接地系统本身局部电位差超过安全值。这时如果运行人员接触设备外壳，也会产生较高的接触电压；如果运行人员在变电站地面行走，则会产生较大的跨步电压，对运行人员产生危害。另外，由于设备外壳都与地网相联，高的地电位升加在设备外壳上，产生反击事故，危及设备安全。还很有可能因反击使得二次设备的绝缘遭到破坏，高压窜入控制室，使监测或控制设备发生故障或功能紊乱，造成误动或拒动而扩大事故，带来巨大的经济损失和社会影响。

5 多年来，我国由于接地引起的电力系统事故时有发生，而每次事故产生的直接经济损失大约在数十万元到几百万元，而由于电力系统事故造成的停电所带来的间接经济损失则更大。
1991年浙江电网一个110kV变电站发生了35kV开关站短路接地。由于接地装置存在问题，使一次系统故障扩大到二次系统，造成全所失电，一、二次设备大量损坏。 1986年广西合山电厂由于地网缺陷而引起接地事故，二次电缆端子排烧坏，二次设备烧毁，一台十万千瓦的发电机损坏，最后导致全厂停电的重大事故。事故损失达2000万元。 湖北省潜江变电站由于接地电阻高达1.5Ω，1986年4月25日的发生的接地事故造成35kV设备多处放电、燃烧，并发展为相间短路，同时高压窜入用电系统、通讯系统及保护回路，造成失火及大量设备损坏，引起110kV、9.0MVA主变烧坏，事故损失达3000万元。 1981年3月广东某变一线路B相刀闸雷击闪络接地，1号和2号35kV电压互感器刀闸和该线A、C相刀闸同时损坏，部分接地网在相间短路时烧断，地电位升高，高压窜入二次回路击穿电缆10多条并损坏一些继电器、电度表等。

6 DL/T 接地装置特性参数测量导则 接地装置的状况直接关系到电力系统的安全运行，科学合理地测试接地装置的各种特性参数，准确评估其状况十分重要。 目前国内电力系统中接地装置的测试工作比较薄弱，一些关键的技术观念比较模糊，技术手段落后，工作方法上缺乏统一的规范和认识。 鉴于此，2006年出版并实施了DL/T 接地装置特性参数测量导则。 该导则由东北电科院、广东电科院等多家单位共同起草，我司很荣幸地参与了该导则的起草工作。 475导则规定了电力系统中发电厂、变电所、输电线路杆塔的接地装置的特性参数以及土壤电阻率侧试的一般原则、内容、方法、判据、周期。 适用于已运行的接地装置的状况评估，新建电厂、变电所和线路杆塔的接地装置的验收测试。

7 接地装置特性参数主要包括： 接地阻抗 场区地表电位梯度分布 接触电位差、跨步电位差 转移电位 电气装置电气完整性 (连通性) 土壤电阻率

8 测试方法： 接地装置特性参数测试通常有工频大电流法和异频小电流法两种测试手段。 工频大电流法： 传统的测试方法，即工频大电流法，通过采用独立电源或经隔离变压器对接地系统注入有时达上百安培的工频大电流以压倒工频和杂散信号干扰，提高测试准确度，来达到测试目的。新导则规定，电流必须大于50A。 传统测试方法测量设备和仪表相对简单，但却存在不少的缺点： 测试设备笨重，测试接线复杂，放线难度大，劳动强度高，试验回路搭建困难；测试项目少（一般仅测试接地电阻） 电流大、电压高，安全性能差。 同时因现场工频干扰问题及测量仪器的精度问题，如果注入电流获得的信噪比不够大，测试结果误差较大 很大的试验电流会对变电站的继电保护的正常工作带来威胁，不符合电力试验安全、高效、简便和准确的发展方向。

9 异频小电流法 (类工频法) DL/T 《接地装置特性参数测量导则》推荐采用的测试方法。通过向被测地网注入一个非工频信号,一般是取在工频信号附近的几个赫兹的信号做为测量的输入信号。实验电流一般在3~20A，频率在40~60Hz，异于工频又接近工频。实际测试一般取45~55Hz。 异频法的优点： 可以获得较好的信噪比，特别是接地电阻很小时,测量精度高。 能够有效的解决工频、谐波信号干扰。 测量重复性好，能够长时间连续测量。 采用小电流信号安全性能好。 测量需要的附件重量轻、方便现场测试。 能够很方便的对导则规定的测试项目进行测试。

10 Ⅲ 产品介绍 8000（S）接地装置特性参数测量系统简介
我司参与起草和制定了《DL/T 475－2006接地装置特性参数测量导则》，生产的8000(S)型接地装置特性参数测量系统完全满足导则要求。并以新颖的设计与成熟的技术，彰显红相电力设备的卓越品质，确保了发电厂、变电站运行的可靠性和安全性。 8000（S）系统采用异频小电流测试方法，现已被国内外广泛使用。它采用的是异频的测量原理，有效地避免了工频和噪音信号的干扰影响，实现精确、经济、安全的测量。

11 系统应用情况 1997年引进中国市场以后，10多年来，长期的广泛实践应用验证了设备在地网特性参数测量上的可靠性和先进性。 目前产品应用状况：从最初的东北电科院、西北电科院、黑龙江中试所、湖北中试所、云南中试所等的局部使用，到今天包括江苏、浙江、广东、福建、青海、山西、内蒙古、重庆等在内的全国大面积推广应用，已经遍及全国二十五个省级电力试验研究院(所),截止到2008年底，投入使用的设备总数已经近100套。大量用户的频繁使用证明了它是最为先进、安全、可靠、准确的评估地网状况的设备。

12 系统组成 4024—大功率信号源 （8000S） 4023-耦合变压器 ROGOWSKI 电流线圈 电流线圈 4025D-可调频率万用表

13 8000（S）系列接地装置特性参数测量系统的配置
标准配置： 4024型大功率变频信号源 4023型耦合变压器 4025D型可调频率万用表

14 4024型大功率变频信号源 用途及功能：为接地装置测量系统提供一个大功率变频信号。
大功率变频信号源是用于产生不同频率的电流源，与耦合变压器一起产生一个大电流低电 压或小电流高电压的信号到地网中。大功率变频信号源产生45Hz～65Hz的电流信号注入到 接地阻抗测试回路，并由高精度可调频率万用表测接地阻抗测试回路的电压。 技术参数： 工作电源：AC 220V±10%，50 Hz 频率范围：45Hz～65Hz 频率步进幅度：1Hz 频率稳定度：〈200Ppm 输出电压：0～180V 最大输出功率：1200VA 环境温度40℃，输出功率为1200VA的情况下可连续使用 尺寸：480mm×380mm×200mm 重量：12kg

15 4023耦合变压器 用途及功能： 输出与电流回路阻抗相匹配的功率，达到最佳测试效果。 技术参数： 输入电压：0~180V 4023阻抗选择档位如下： OFF Ω/55A 1Ω/37A 2Ω/26A 4Ω/19A Ω/14A 10Ω/12A 20Ω/8A Ω/6A 尺寸和重量： 尺寸:370 mm×310 mm×360mm 重量:32kg

16 4025D型可调频万用表 用途及功能： 用于方便快速地测量电压、电流信号,还可以选择模拟人体阻抗档位进行接触电位差、跨步
电位差的测量，同时还可测量地表的电位梯度以及对避雷线引下线等进行分流测试。 主要特点： 1)具有优异的选频测试功能 2)调频万用表采用数字带通滤波器，确保测量准确。 3)可以测试不同频率的电压、电流 4)采用蓄电池供电，体积小巧，操作方便，便于携带。 技术参数： 电压量程：0.02V/0.2V/2V/20V/200V（量程自动切换） 电流量程：0.2A/2A/20A/200A（量程自动切换） 频率范围：40～69 Hz（连续选频） 频率步进幅度：1Hz 线性误差：<1% 幅值误差：<1% 典型噪音衰减值： ＋/-2 Hz(42dB) ＋/-3Hz(56dB) 最大功耗：2W 尺寸:345mm×300mm×150mm 重量:5.5kg

17 8000（S）系列接地装置特性参数测量系统功能 接地阻抗测量：（接地电阻测量） 电流分流状况的测量
（具备BNC输出接口，方便查看波形和相位） 场区地表电位梯度测量 跨步电位差、接触电位差测量 土壤电阻率测量 电气完整性测量（选用4022B测量） 地网工频干扰的测量

18 8000（S）系列接地装置特性参数测量系统主要特点
高稳定度的信号源，确保整个测试过程的准确性。 设备体积小，方便携带和现场测试。 测试的电流小，安全性好，所需的测试电缆细，现场布线简单，劳动强度小。 测试成本低，测试设备小，测试的电缆细，只需几人就可完成测试。 （与大电流注入相比可节约50%以上的人力、物力） 变频技术，避免地中零序电流的干扰、高频干扰和带电运行线路的干扰，使测试结 果更为精确。 调频万用表采用数字带通滤波器，具备单频率选频特性确保测量准确。 测试时间长，可长时间的输出电流而不损坏设备和测试电缆。 重复测试性好，设备能精确、稳定的输出测试电流。 测量可在变电站工作情况下进行。 无需输入电线路参数。 无需其它的保护设备。

19 8000（S）系列测试原理： 变频信号源输出频率为f的稳定 的功率信号，f与电网工频f0 偏 移量为△f。大功率信号进入变
压器，耦合将设备与设备隔 离，匹配回路阻抗，输出较大 的信号。原理上通过测量流经 地网的电流I，以及在地网上产 生压降U，则接地阻抗为 Z=U/I。即测量变频电压信 号、电流信号得到相应的参 数。

20 8000（S）系统测试方法 接地阻抗的测量： 定义：接地装置对远方电位零点的阻抗，称为接地阻抗。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电流的比值。

21 用8000S测量接地阻抗 测试方案选择 根据现场实际情况选择测试方案 测试回路的布置 确定测试方案后，测试回路参照《DL/T 接地装置特性参数测量导则》布置： 测试接地装置特性参数的电流极应布置得尽量远，参见下图，通常电流极与被试接地装置边缘的距离dCG 应为被试接地装置最大对角线长度D的4-5倍;对超大型的接地装置的测试，可利用架空线路做电流线和电位测试线;当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区dCG可取2D，在土壤电阻率不均匀地区可取3D. 测试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 之交叉时垂直跨越;注意减小电流线 与电位线之间的互感影响。

22 接地阻抗的测试方法 1.电位降法 流过被试接地装置G和电流极C的电流I使地面电位变化，电位极P从G的边缘开始沿与电流回路呈 °的方向向外移动，每间隔d (50m或l00m或200m)测试一次P与G之间的电位差U,绘出U 与x的变化曲线，典型曲线参见图A.1。曲线平坦处即为电位零点，与曲线起点间的电位差即为在 试验电流下被试接地装置的电位升高Um，接地装置的接地阻抗Z=Um/I

23 接地阻抗的测试方法 2.电流-电压表三极法 A）直线法 电流线和电位线同方向(同路径)放设称为三极法中的直线法， dCG如前述要求，dPG通常为 (0.5^-0.6) dCG。电位极P应在被测接地装置G与电流极C连线方向移动三次，每次移动的距离 为dCG的5%左右，当三次测试的结果误差在5%以内即可。 采用直线法测试时，应注意使电流线和电位线保持尽量远的距离，以减小互感耦合对测试结果 的影响。

24 2.电流-电压表三极法 B）夹角法 只要条件允许，采用电流一电位线夹角布置的方式进行测试。dCG一般为4D-5D，对超大型接 地装置则尽量远;dPG的长度与dCG相近。接地阻抗可用以下公式修正。 式 中: θ— 电流线和电位线的夹角; Z ' — 接地阻抗的测试值。 如果 土 壤 电阻率均匀，可采用dCG和dPG相等的等腰三角形布线，此时使θ约为30°，dCG=dPG=2D，接地阻抗的修正计算公式不变。

25 设备的连接 使用专用导线将4024的输出 端和4023的输入端连接起来 使用导线连接4023的输出端 和被测地网，构成测试回路。 使用IEC标准电源线连接4024， 给4024提供电源。 估计电流回路阻抗的大小， 在4023上选择与回路阻抗匹配的档位， 若不知道回路阻抗的大小， 可选择40Ω/6A档为宜。 4023每一个开关档 和对应的最大电流如下： 0.5Ω/55A Ω/37A 2Ω/26A 4Ω/19A 7Ω/14A 10Ω/12A 20Ω/8A Ω/6A

26 注入不同频率的电流 在4024上选择测试的频率（如48Hz）和测试电流的大小（如8A），注入电流到地网。4023上需选择正确的对应阻抗档位。选择相应的升流方式。 注意：在变换4023的档位前应确认4024的输出电流降到零值 KEY FREQUENCY #01 ▼ 屏幕#01：输入电流频率值，按“ENTER”确认输入。默认值为前一次输入值。 SWITCH TAP: 1)0.5Ω 2)1Ω 3)2Ω #02 4)4Ω 5)7Ω 6)10Ω 7)20Ω 8)40Ω 屏幕#02：选择阻抗。按数字键，选择与耦合变压器阻抗档位一样的阻抗值。 SELECT RAMPING SPEED TO 8A #03 1）SLOW 2）QUICK 3）MANUAL 9）END 屏幕#03：选择升流方式。1）为缓慢；2）为快速；3）手动，使用“<”和“>”键可以根据需要升高电流和降低电流。按9）跳回到屏幕#1。 7.5A 18Ω #04 1）STOP RAMPING 2）RAMP TO ZERO 屏幕#04：正在升流。1）停止升流。2）电流降到零。 8A Ω TARGET REACHED #05 <)DOWN )RAMP TO ZERO 屏幕#05：升到目标值电流值8A，电流回路阻抗为19.6欧。绿色指示灯亮，蜂鸣器将响两秒钟。按“<”，降流。2）电流降到零。

27 测试数据的处理 使用4025可调频率万用表调节到对应频率，测量电压、电流信号，并查看自动计算得出接地阻抗复数值和模值 数据的处理方法： 使用8000S测量地网阻抗时，因采用异频小电流法，需要将测试结果换算成工频情况。研究表明接地阻抗测试值在工频附近较小频率变化范围内的变化可以认为是线性的，通常在测试过程中以两个对称于工频50Hz的频率（例如，49Hz和51Hz ）的测试结果为一组，取算术平均值即可等效为工频下的接地阻抗，公式为： R49=U49/I49 R51=U51/I51 R50=(R49+R51)/2

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31 现行标准对接地电阻值的一般规定： 不同的电气设备对接地电阻有不同的要求： （1）大接地短路电流系统R2000/I，当I>4000A时，可采用 R≤0.5Ω （2）容量在100kVA以上的变压器或发电机R≤4Ω （3）阀型避雷器R≤5Ω （4）独立避雷针、小接地电流系统、容量在100kVA及以下的变压器或发电机、高低压设备共用的接地均R≤10Ω （5）低压线路金属杆、水泥杆及烟囱的接地R≤30Ω

32 用8000S测量电流分流状况 在测量接地阻抗时，避雷线和金属管路的分流会使测量值比实际值大，产生误差，要在测试时将避雷线与地网断开。在以往的测试工作中，一般都是通过拆解架空地线的方式来进行，但是有些架空地线根本就无法隔离，因为没有装设绝缘子，有些良导体架空地线被死接地，在实践中会给现场带来麻烦。 我司的8000系列接地装置特性参数测量系统具有优异的选频性能，能够有效地避开干扰频率，配备高精度的柔性电流线圈，能准确测试如避雷线和其他金属管路的分流。这样就不必拆解架空地线，给测试工作带来了很大的便利性，极大地简化了测试环节。 使用4025型可调频率万用表测量发电厂、变电站的每个分流避雷线和金属管路，就可以得出发电厂、变电站的电流分布状况。 测试方法：按照测量接地阻抗的相关要求施加试验电流后，选择正确的测量频率和量程后，使用4025标配的电流线圈 ，直接缠绕在需要测量的相应线路上，则读数为该线路的分流值。

33 接触电位差和跨步电位差的测量： 接触电位差和跨步电位差的测量接线图如右图所示。可按下述步骤进行测试：
按照导则上规定的测试回路布线要求施加实验电流，方法同接地阻抗测量。 用导线将4024一端与电流极C可靠连接；再用导线将4024的另一端接至被试设备的架构。 1.接触电位差的测量 将4025型可调频率万用表用导线连接距离地面1.8m高的设备架构和距离设备架构1m远模拟人脚的金属板。使用4024输出测试电流，后使用4025型可调频率万用表1KΩ的人体模拟电阻档位测量接触电位差值。 2.跨步电位差的测量 将4025型可调频率万用表用导线连接地面上两个距离1m模拟人脚的金属板。使用4024输出测试电流，后使用4025的1KΩ的人体模拟电阻档位测量跨步电位差值。

34 注意：实际的接触电位差和跨步电位差，需要查阅被测接地装置内系统单相接地短路电流，用
下面的相应公式折算。 式中： Im——注入电网中的测试电流 Is——被测接地装置内系统单相接地故障电流 U’s——跨步电位差测试值 U’t——接触电位差测试值 Us——跨步电位差实际值 Ut——接触电位差实际值 当接地装置所在的变电所的有效接地系统的最大单相接地短路电流不超过35kA时，跨步电位差一般不宜大于80V;一个设备的接触电位差不宜明显大于其他设备，一般不宜超过85V。

35 场区地表电位梯度：当接地短路电流或试验电流流过接地装置时，被试接地装置所在的场区地表面形成的电位梯度。
场区地表电位梯度的测量 场区地表电位梯度是一个 重要的表征接地装置状况 的参数。按照测量接地阻 抗的相关要求施加试验电 流后，将被试场区合理划 分，场区电位分布用若干 条曲线来表述，例见右图。 场区地表电位梯度：当接地短路电流或试验电流流过接地装置时，被试接地装置所在的场区地表面形成的电位梯度。

36 场区地表电位梯度的测量步骤如下： 1） 按照测量接地阻抗的相关要求布置回路。 2） 用4024连接电流极和接地装置的接地引下线。 3） 将被试场区合理划分，场区电位分布用若干条曲线来表述。在曲线路径上中部选择一条与主地网连接良好的接地引下线为参考点，用导线将该参考点连接到4025电压端子，参见下图。 4） 从曲线的起点，使用4025按间距d（间距d通常为1m或2m）测试地表与参考点之间的电位梯度U,直至终点，测试示意图参见下图。将这些数据绘制出U-X曲线，即场区地表电位梯度分布曲线。

37 场区地表电位梯度分布曲线判断标准： 状况良好的接地装置曲线表现比较平坦，通常曲线两端有些抬高；有剧烈起伏或突变通常说明接地状况不良。
右图中的4条曲线为大型接地装置场区地表电位梯度典型实测曲线 。 曲线1表明电位梯度分布较均匀，地下接地装置状况较好； 曲线2的尾部明显快速抬高， 曲线3起伏很大，均表明接地装置状况可能不良； 曲线4有两处异常剧烈凸起，尾部急速抬高，地下接地装置很可能有较严重的缺陷。

38 土壤电阻率的测量 下面以四极法为例来说明如何使用8000系列接地装置特性参数测量系统测量土壤电阻率。土壤电阻率的测量接线如图所示：
图a）是四极等距法的原理接线图，两电极间距离a不应小于电极埋设深度h的20倍。实验电流流入外侧两个电极，接地阻抗测试仪通过测试试验电流和内侧两个电极之间的电位差，得到R，所以可计算出 图b)是四极非等间距法，当电极间距相当大时，内侧两个电极电位差迅速下降，通常测不出如此低的电位差，此时可按图b电位极布置方式，可升高所测电位差值。如果电极埋设深度h和其距离a和b相比较小时，可计算出：

39 8000（S）系列现场测试接线图：

40 应用举例 ： 湖北武汉500kV变电站地网的接地阻抗的实地测量。测得数据如下表： 电流注入点 Z1/44Hz Z2/56Hz Z 主变备用相
0.163 0.175 0.169 500kV区中心 0.165 0.177 0.171 220kV区中心 0.154 0.167 0.161

41 应用举例 ： 500kV大庆变电站地表电势分布。测量方法类似于测量跨步电位差，不同之处是电极间距离为2m。可以看出220kV区在20~60m范围内电位差大，起伏也大，说明此区域地网状况不良，可能的原因有地网腐蚀、焊接不良或土壤电阻率过高。35kV区电位差小，分布平坦，比较理想。

42 Ⅳ结论 利用异频法测量变电站工频接地参数能够有效地消除工频和高频干扰,应大力普及。 8000 (S) 型设备通过测量地表电位分布, 可准确地发现地网存在的缺陷。并以新颖的设计与成熟的技术，彰显红相电力设备的卓越品质，确保了发电厂、变电站运行的可靠性和安全性。 厦门红相电力设备股份有限公司一贯坚持运用国际最先进的技术、最优良的器件和最严格的质量控制体系，为全球电力行业客户提供高品质的产品和完善的服务。我们期望在与客户保持不断的交流合作中，相互促进，共同发展。

43 网站：http: //www.redphase.com.cn http://www.红相电力.com
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