用异频法测量地网参数

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1、用异频法测量地网参数

2、第1　　摘　要：8000(S)型地网参数测量成套装置在异频下测量发电厂、变电站地网工频接地参数，能够有效地消除工频和高频干扰。通过测量地表电位分布，可准确地发现地网存在的缺陷。在与工频f0对称的两个频率f0－△f和f0＋△f下分别测量阻抗值，取其平均值为在工频f0下的接地阻抗，理论分析表明误差很小。在实测时发现存在避雷线分流很大的现象，此时地表电势分布被大大改变，测量回路(电压极和电流极)、架空线路与地网的相对位置对测量结果影响很大，该问题有待于进一步深入研究。　　关键词：发电厂；变电站；接

3、地阻抗；参数；测量　　发电厂、变电站的地网对电力系统的安全、稳定运行有着极为重要的作用。系统发生短路故障时，强大的短路电流流经地网使得地网电位升高。如地网接地阻抗较大，地电位升高可能危及设备和人身安全。中国曾发生多起因地网接地阻抗不合格而导致的事故。1986年湖北某变电站发生短路故障［1］，由于接地阻抗高达1.5Ω，导致35kV设备多处放电、燃烧，并发展为相间短路。同时高压窜入通讯系统和保护回路，造成110kV主变烧毁以及其它大量设备损坏。为此，中国电力行业标准规定［2］，当短路电流大于4000A时地网接地阻抗应

4、不大于0.5Ω。因此准确测量地网的接地阻抗非常重要。1接地阻抗测量影响因素和应对措施　　影响接地阻抗测量结果的主要因素有6点：高频干扰、带电运行的线路、测量回路的互感、避雷线分流、地中零序电流以及地下导体。可采取简单措施减小地下导体的影响，即测量电极应尽量远离地下管道、河流等。　　测量回路互感的影响可通过不平行布线，如三角形布置来消除。倘若因条件限制，测量线不得不平行布置时，可采用四极法［3～5］。以前曾使用功率表法来消除互感的影响［5］。事实上，由于地网存在电感，接地阻抗由电阻和电抗两部分组成(但习惯上仍称之

5、为接地电阻)［6］。当地网接地阻抗大于1Ω时，其中电抗可忽略［6］。而对于220kV及以上电压等级的变电站，地网面积很大，其电抗不容忽视。如三峡地网接地阻抗为0.128Ω，其中电阻为0.107Ω，电抗为0.07Ω［7］。因此用功率表法测量接地阻抗时，虽可消除互感影响，但同时也将地网电抗排除在外，使得测量结果偏小。　　大地中可能存在较大的零序电流，它不仅流入测量电流回路，影响电流读数，还在电压回路形成压降，影响电压读数。如在测量某500kV变电站接地阻抗时发现，干扰电流有时大于2A，干扰电压有时大于3V［8］。通常

6、可用两种方法来减小地中零序电流的影响［4，6］，一是增大工频试验电流，二是采用倒相法。增大工频试验电流即为增大信噪比，中国电力行业标准中要求测试电流不小于30A［4］。但即使将测试电流提高至50A，在某些情况下电压仅有10V［7］，与干扰电压处在同一数量级。更何况在有些情况下，如在戈壁地区，将测量电流升至1A也很困难。而如采用倒相法，地中电流可能又不稳定，尤其在新建变电站中。文献［9］提出用双矢量法来消除地中电流的影响，但该方法没有考虑地网的电抗。　　为了有效解决零序电流对接地阻抗测量的影响，美国国家标准ANSI

7、/IEEE81:1983中较早提出了异频法［10］，即注入电流的频率不同于电网频率。中国在2000年发行的新版国标中引用了该标准［6］。采用异频法，不仅解决了地中零序电流的干扰，而且高频干扰、带电运行线路的干扰也迎刃而解。另外，异频法还可在变电站不停电情况下使用。　　新国标中提到了频率范围在50Hz到100Hz的仪器，但频率较大会导致两个问题。一是电流的集肤效应导致测量结果偏大，二是接地阻抗中电感分量可能起决定作用，与实际情况不符。因此，适合的测量电流频率为工频±10Hz［5］，在中国即为40～60Hz。该频率距

8、工频太近，因此，要求电压和电流测量设备的通频带不仅可变，而且很窄，技术要求很高。直到20世纪90年代澳大利亚红相公司研制了8000(S)型地网参数测量成套装置，异频法才逐渐普及。2异频法测量系统　　使用8000(S)型设备测量接地阻抗，其接线原理如图1所示。500)this.style.ouseg(this)">　　变频信号源4024B的最大输出功率为1500VA，满足工程需要。它输出信号的频率f与电网工频f0的偏移量为△f。4024B输出的大功率信号进入变压器4023，该变压器二次具有多达8个抽头，以匹配不

9、同的回路电阻，产生较大的测量电流。4023给电流回路注入电流I，在电压回路产生压降U，则接地阻抗为Z=U/I。电压U和电流I的测量均使用频率可调万用表4025B，该万用表具有优异的选频特性，在f±2Hz时，噪声衰减42dB；在f±3Hz时，噪声衰减56dB。可以看出，4025B可有效消除各种工频干扰和高频干扰。为了实现一表两用，方便电流和电压测量间的切换，电流I可通过罗哥