葉 平 / 鄭鍵雄 / 劉艷玲（中山市防雷設(shè)施檢測所， 廣東 中山 528401）

前言

大型地網(wǎng)一般是指110kV及以上的變電站的接地裝置，或者等效面積在5000m2以上的接地裝置。隨著社會(huì)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大型地網(wǎng)的應(yīng)用也逐漸由發(fā)電廠和變電站等普及到日常的商住小區(qū)和大型的會(huì)展商貿(mào)中心，其接地阻抗的準(zhǔn)確測量也成為急需解決的問題。

1 大型地網(wǎng)接地阻抗的特點(diǎn)

如今的商住小區(qū)為了實(shí)現(xiàn)土地資源利用的最大化，往往采用地下全面深挖基坑，整體設(shè)置地下車庫，地面分為若干座相對獨(dú)立的中高層建筑的形式進(jìn)行開發(fā)。通常整個(gè)地下車庫的底板鋼筋都會(huì)被利用作為接地體，占地面積很容易就超過5000m2，即形成大型地網(wǎng)。

大型地網(wǎng)由于其與土壤接觸面積多，散流面積大，相應(yīng)地其接地阻抗也較小，一般都在1Ω以下。傳統(tǒng)的4102接地電阻表僅僅幾mA的測試電流，注入如此大型地網(wǎng)中，猶如石牛入大海，顯然是無法準(zhǔn)確測量出此類地網(wǎng)的接地阻抗。因此對大型地網(wǎng)接地阻抗的測量方法提出更高的要求。

2 采用異頻法測試接地阻抗的原理

目前常用的接地阻抗測試方法主要是電位降法。如圖1所示，測量時(shí)設(shè)置一個(gè)電流極C和電位極P，接地裝置G、電位極P和電流極C布置在一條直線或三角形排列。將已知的測試電流I注入接地裝置G，通過測量接地裝置與電位極P之間的電壓U，然后代入公式R=U/I即可計(jì)算接地阻抗。通過前后移動(dòng)P極的位置改變P極與G極之間的距離dGP，從而得出不同的U值和R值。以R值為縱軸，dGP值為橫軸得出變化曲線（如圖2所示），曲線平坦段所對應(yīng)的接地阻抗值為接地裝置的接地阻抗真值。此時(shí)的P極所在區(qū)域即平時(shí)所說的零電位點(diǎn)，而此時(shí)的R值為接地裝置G的準(zhǔn)確接地阻抗值。

由于極化現(xiàn)象的存在，不可能也不會(huì)使用直流電流進(jìn)行地網(wǎng)的測試。傳統(tǒng)的接地阻抗測量時(shí)，注入接地裝置G中的測試電流一般采用最容易獲得的工頻交變測試電流（50Hz）。最容易獲得，也帶來了最容易被干擾的缺點(diǎn)。無論是接地裝置本身還是大地中，往往存在一定的工頻雜散電流或零序電流。在將50Hz（工頻）的交變測試電流注入接地體時(shí)，這些雜散電流或零序電流不僅流入測試電流回路，影響電流讀數(shù)，還在電壓回路形成壓降，影響電壓讀數(shù)，從而影響R的準(zhǔn)確性。當(dāng)零序電流較大時(shí)還會(huì)對同樣工作在50Hz的測試儀器造成最為嚴(yán)重的同頻干擾，測試儀器完全無法正常工作，甚至損壞。

為了減少地中雜散電流對測量數(shù)據(jù)的影響，通?？稍龃蠊ゎl測試電流。令工頻測試電流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雜散電流值，即增大信噪比，從而達(dá)到降低干擾的目的。然而當(dāng)測試電流提高時(shí)，測試線和測試極周邊的危險(xiǎn)電壓也相應(yīng)提高，會(huì)對周邊的人身安全造成更大的威脅。更何況在某些情況下，想要將測試電流提升也會(huì)遇到設(shè)備性能限制、電源供電不足、資源耗費(fèi)過大和性價(jià)比低的實(shí)際困難。

為解決工頻電流測試的實(shí)際問題，人們提出了改變測試電流的頻率以消除雜散電流或零序電流干擾的接地阻抗測試方法，簡稱異頻法。而異頻法相對工頻法的最大區(qū)別就是注入接地體的測試電流頻率不是50Hz的，有異于工頻。通過改變測試電流的頻率降低了大地中雜散電流或零序電流的干擾，從而提高測量的準(zhǔn)確性。采用異頻法時(shí)，可以將測試電流控制在較低水平，相應(yīng)的危險(xiǎn)度也可以降低，更為方便使用。

在接地阻抗的測試中，工頻干擾對測試結(jié)果的影響最大，而其他頻段的干擾較小。異頻法的原理就是調(diào)節(jié)測試電流輸出頻率，避開工頻（50Hz），使之工作在沒有干擾或干擾少的頻段。因此，異頻法仍是利用電位降原理的一種測試方法。

3 采用異頻法測試接地阻抗的方法

異頻法的測量方法與工頻法基本相同，一般常用的是直線法和夾角。直線法采用三極法。即電流極、電壓極和接地裝置在同一直線布線，電流極與接地裝置的距離dGC取接地裝置的最大對角線長度D的3～5倍，而dGP也同樣遵循“0.618法則”，取0.618倍的dGC。為了消除測試線對測試結(jié)果的影響，可在接地裝置的被測地網(wǎng)旁邊增加一個(gè)輔助地極，使三極法變?yōu)樗臉O法。

受場地限制無法使用直線法時(shí)，可使用夾角法。如圖3所示，電流極、電壓極和接地裝置不在同一直線布線，電流極與接地裝置的距離dGC取接地裝置的最大對角線長度D的3～5倍，且dGP=dGC。dGP與dGC成一個(gè)夾角，故稱為夾角法。

圖3 夾角法測試接地阻抗

4 采用異頻法測試接地阻抗的注意事項(xiàng)

4.1 選用異頻法測試大型地網(wǎng)接地阻抗的理論依據(jù)及其實(shí)踐要求

筆者曾經(jīng)做過兩個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，試圖找出接地阻抗測量時(shí)的一些規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)一：同頻干擾實(shí)驗(yàn)

儀器：日本共立4102A接地電阻儀，2臺(tái)；法國CA6472N，1臺(tái)。測試線、測試極等附件若干。4102A的測試電流為固定頻率，CA6472N則具備了自動(dòng)調(diào)整測試電流頻率的功能。

方法：本次實(shí)驗(yàn)中，利用其中1臺(tái)4102A作為干擾源使用，將其干擾電流注入被測物中，分別使用另兩臺(tái)接地電阻儀進(jìn)行測試。

實(shí)驗(yàn)過程：

（1）在未注入干擾電流時(shí)，分別使用3臺(tái)儀表測試了被測物的接地阻抗，均為200Ω。

（2）注入干擾電流時(shí)，測試用的4102A從不同角度（相對干擾源來說）測試，都無法測出被測物的接地阻抗，在兩臺(tái)4102A的儀表盤均觀察到同頻干擾的現(xiàn)象：指針一直在強(qiáng)烈擺動(dòng)，無法讀出數(shù)值。

（3）注入干擾電流時(shí)，CA6472N自動(dòng)啟動(dòng)了抗干擾功能，在比正常測試時(shí)間略滯后幾秒后，也順利測出接地阻抗，數(shù)值接近200Ω。

小結(jié)：同頻干擾系接地阻抗測量時(shí)最大干擾源，應(yīng)盡量避免。

實(shí)驗(yàn)二：不同情況下的測試極對測試結(jié)果的影響

儀器：法國CA6472N，1臺(tái)；測試線和測試極等附件若干

方法：保持測試方法（三極法）、測試環(huán)境、測試極基本情況不變，通過改變測試極與大地的接觸情況，試圖找出測試極的狀況對測試結(jié)果的影響。詳見圖1。

測試結(jié)果：詳見表1和表2。

表1 測試極與大地接觸情況對比表一

表2 測試極與大地接觸情況對比表二

小結(jié)：

（1）進(jìn)行接地阻抗測試時(shí)，僅對測試極周邊加水，對被測物最終的測量結(jié)果影響不大。

（2）在被測物的接地情況不變時(shí)，改善電流極C與土壤的接觸情況，可顯著增加注入的測試電流。即可有效提高信噪比。

通過上述兩個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，可得出在采用異頻法測試大型地網(wǎng)接地阻抗時(shí)應(yīng)密切關(guān)注的兩個(gè)結(jié)論：

（1）同頻干擾對接地阻抗測量時(shí)造成嚴(yán)重影響，采用異頻法測試是解決同頻干擾的最簡辦法。

（2）通過改善優(yōu)化測試極（特別是電流極C）與土壤的接觸情況，能有效提高儀器的信噪比。

4.2 影響用異頻法測量接地阻抗結(jié)果的主要因素及其解決方法

1）影響因素

影響接地阻抗測量結(jié)果的主要因素有：帶電運(yùn)行的線路、地中雜散電流、高頻干擾、測量回路的互感、導(dǎo)體分流和土壤的不均質(zhì)。

（1）帶電運(yùn)行的線路和地中雜散電流對于工作在50Hz的測試儀器形成了同頻干擾，屬最強(qiáng)的干擾影響因素。

（2）由于波的疊加，頻率為儀器測試頻率N次方的高頻干擾電流成為了接地阻抗測試中僅次于同頻干擾的第二大影響因素。

（3）當(dāng)采用直線法測量接地阻抗時(shí)，各測試線路往往長距離平行敷設(shè)，當(dāng)線路中注入交變的測試電流時(shí)，線路之間容易產(chǎn)生互感，線路中的測試電流也會(huì)出現(xiàn)變化。

（4）當(dāng)對接地裝置注入測試電流時(shí)，測試電流可通過與接地裝置相連接的導(dǎo)體（包括避雷線）分走一部分測試電流，流入測試儀器的測試電流相應(yīng)減少。

（5）當(dāng)接地裝置所在區(qū)域的土壤電阻率不均勻時(shí)，位于土壤電阻率較低區(qū)域的接地體會(huì)分走更多的電流。即接地裝置周邊所形成的電壓梯度線不均。

2）解決方法

通過以上對用異頻法測量接地阻抗結(jié)果的主要影響因素進(jìn)行分析，常用的解決方法包括以下幾種：

（1）調(diào)整測試頻率，避免使用50Hz的測試電流進(jìn)行接地阻抗測試。

（2）測試接地阻抗時(shí)，優(yōu)先使用夾角法或者測試極分別布置在接地裝置相對兩側(cè)的直線法進(jìn)行。采用直線法必須將測試極布置在接地裝置的同一側(cè)時(shí)，應(yīng)將測試線路的間距增大或采用四極法進(jìn)行測量。

（3）進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)將所有與接地裝置連接的導(dǎo)體斷開。無法斷開時(shí)，測試極應(yīng)遠(yuǎn)離此類導(dǎo)體。

（4）布置測試極時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇地勢平坦、地質(zhì)條件相近的區(qū)域，現(xiàn)場條件允許時(shí)，dGC應(yīng)取接地裝置的最大對角線長度D的5倍。

圖4 橫門電廠接地阻抗測試 示意圖D所在直線為電廠地網(wǎng)最大對角線長度，E、P、C分別為測試極的布置點(diǎn)

4.3 采用異頻法測試大型地網(wǎng)接地阻抗案例

2011年，受嘉明電力有限公司橫門電廠委托，我們對橫門電廠的接地裝置的接地阻抗進(jìn)行了測試。

橫門電廠位于中山市火炬高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)東部橫門馬鞍島上，東臨珠江口、西距中山市約20km，占地面積64.24ha。橫門發(fā)電廠總裝機(jī)容量超過百萬kW，年發(fā)電量超50億kWh，系中山市以及珠江三角洲西翼電網(wǎng)的骨干電廠。

橫門電廠現(xiàn)已有兩期工程投入使用，全廠使用共用接地裝置，一、二期工程均連入同一接地裝置，使用GPS測得接地裝置的最大對角線長度D為1003m，屬于大型地網(wǎng)。電廠為骨干電廠，全天24h生產(chǎn)，不允許停機(jī)。在二期工程投產(chǎn)前曾委托某單位使用工頻大電流法測得其接地阻抗為0.5Ω。此次邀請我們對該接地裝置實(shí)施運(yùn)行中的測試。

橫門島呈南北向細(xì)長形，橫門電廠位于橫門島的西北角。電廠向西臨水，北面為小山丘，山丘下為村莊，西南也是山丘，東面和東南面為農(nóng)田和籌建中的工業(yè)區(qū)，地勢較為平坦。經(jīng)綜合考慮，決定采用異頻法進(jìn)行測量，測試極布置采用夾角法，受橫門島寬度限制，取dGP=dGC不小于2D。詳見圖4。

經(jīng)過測試，得出其接地阻抗為0.5Ω，與某單位使用工頻大電流法測出的數(shù)據(jù)相同。

本次接地阻抗的測試，在克服了帶電運(yùn)行等不利因素影響的問題，通過準(zhǔn)確定位測試極、增大測試極與土壤的接觸面積等方法，使用異頻法在花費(fèi)較少的人力物力資源情況下得到了令人滿意及較為準(zhǔn)確的測試結(jié)果。

5 總結(jié)

采用異頻法測試大型地網(wǎng)接地阻抗具有較強(qiáng)的便利性，其克服了使用工頻大電流法測試接地阻抗的局限性問題?，F(xiàn)有國家規(guī)范尚未對異頻法作相關(guān)規(guī)定，本文通過實(shí)踐，對使用異頻法測量大型地網(wǎng)接地阻抗的原理、方法及其注意事項(xiàng)進(jìn)行探討，以期規(guī)范異頻法測試流程，準(zhǔn)確得出大型地網(wǎng)的接地阻抗值。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局. GB/T 17949.1-2000接地系統(tǒng)的土壤電阻率，接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則第一部分：常規(guī)測量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]中華人民共和國國家發(fā)展與改革委員會(huì). DL/T 475-2006接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則[S].北京，中國電力出版社，2006.

[3]常美生. 接地電阻測量中的干擾問題[J]. 電力學(xué)報(bào),1996(4），11.

[4]馬明, 王文敏, 陳達(dá), 黃友滔. 基于異頻法的大型接地網(wǎng)接地電阻測試研究[J]. 浙江電力，2008(4).

[5]王成, 劉春娟. 異頻法測量地網(wǎng)的接地阻抗[J].電氣試驗(yàn), 2005(6).