王 森，李志忠，張振存

(1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，西安 710100； 2.西安旭之輝機(jī)電科技有限公司，西安 710200)

接地系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成部分，其主要作用是把電氣設(shè)備與大地連接，提供穩(wěn)定的參考電位，為故障電流和雷擊電流提供泄放通道。接地系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，在電力系統(tǒng)中，電氣事故大多與接地裝置有關(guān)。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)主要使用的測(cè)試方法為變頻電流法，測(cè)試回路布局采用遠(yuǎn)離夾角法，但是此測(cè)試方式存在以下問題：測(cè)試設(shè)備功能單一，只能測(cè)試地網(wǎng)裝置的接地阻抗，無(wú)法測(cè)試地網(wǎng)裝置的其他工頻特性參數(shù)；采用遠(yuǎn)離夾角法進(jìn)行測(cè)試回路布線時(shí)，由于距離較遠(yuǎn)，對(duì)于電流極和電位極位置的確定比較困難，在布線時(shí)無(wú)法得知是否滿足距離和角度等布線要求，放線效率低；進(jìn)行分流測(cè)試時(shí)，由于分流電流信號(hào)較微弱，現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)強(qiáng)，針對(duì)分流電流向量不但要測(cè)試幅值還要測(cè)試相位，需要對(duì)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的向量進(jìn)行求和計(jì)算，測(cè)試效率較低且精度較差；在進(jìn)行地網(wǎng)狀態(tài)安全評(píng)估時(shí)，測(cè)試項(xiàng)目包括地表電位梯度測(cè)試、跨步電壓測(cè)試、接觸電壓測(cè)試等，每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試位置點(diǎn)較多，且測(cè)試過程要求變頻恒流源能夠穩(wěn)定輸出并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，目前很少有裝置可以滿足此要求，因此研制新型地網(wǎng)裝置工頻特性綜合測(cè)試裝置具有重要意義。

2 新型地網(wǎng)裝置工頻特性綜合測(cè)試裝置原理

本測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電源采用40～60 Hz(按1 Hz或5 Hz與50 Hz相鄰對(duì)等頻率)的交流電源自動(dòng)選頻跟蹤測(cè)試，能在強(qiáng)干擾環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)量并換算到工頻50 Hz下的數(shù)據(jù)，因此測(cè)量的準(zhǔn)確性和等效性進(jìn)一步得到提高。測(cè)試系統(tǒng)變頻穩(wěn)流電源可輸出頻率為40～300 Hz的正弦波測(cè)試電流，輸出頻率及電流大小幅值受系統(tǒng)程序指令控制。測(cè)量部分電壓采樣電路具有較高輸入阻抗，在跨步電位、接觸電位、梯度分布等測(cè)試中不易受兩電位極與變電站地面接觸電阻大小變化的影響，電壓測(cè)量電路將采集到的信號(hào)放大后輸送至數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波器用于濾除非選頻的工頻等干擾信號(hào)，只接受儀器選定的頻率信號(hào)。采用自動(dòng)雙變頻(也可單頻)方式進(jìn)行接地阻抗的自動(dòng)測(cè)試，儀器測(cè)量及控制系統(tǒng)通過A/D轉(zhuǎn)換器取得遠(yuǎn)端電流極的注入異頻電流和電位極測(cè)取的同頻電壓波形數(shù)據(jù)，取試驗(yàn)雙頻率點(diǎn)的平均值作為實(shí)測(cè)工頻接地電阻RD、接地電抗XD，并導(dǎo)算出接地阻抗ZD、接地電感LD，根據(jù)地網(wǎng)最大對(duì)角線長(zhǎng)度布置的電流極和電壓極的布線長(zhǎng)度及夾角進(jìn)行阻抗修正計(jì)算。

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

額定功率：10 kVA；輸入電源：220 V±10%；輸入頻率：50 Hz±2%(發(fā)電機(jī))；輸出頻率：45 Hz/55 Hz或49 Hz/51 Hz雙頻，單頻，45～55 Hz或40～60 Hz掃頻；頻率穩(wěn)定度：±0.1%；最大輸出電流：20 A；連續(xù)工作時(shí)間：≤4 h；接線/測(cè)量方式：標(biāo)準(zhǔn)四極法/自動(dòng)測(cè)量；電流極電流測(cè)量：0～2 A～20 A，自動(dòng)量程，分辨率0.000 1 A；電壓極測(cè)量電壓：0～20 V～200 V，自動(dòng)量程，分辨率0.001 V；相位測(cè)量誤差：0～360°±(讀數(shù)+0.05°)；接地阻抗測(cè)量范圍：0～1 000 Ω，分辨率：0.001 Ω；測(cè)量準(zhǔn)確度：±(讀數(shù)×1%+0.01 Ω)。

2.2 異頻信號(hào)輸出裝置原理框圖

異頻信號(hào)輸出裝置主要功能是輸出穩(wěn)定、可靠的異頻電流信號(hào)，保證接地阻抗測(cè)試的高精度和強(qiáng)抗干擾性能，同時(shí)滿足分流測(cè)試、地表電位梯度測(cè)試、跨步電壓測(cè)試、接觸電壓測(cè)試等狀態(tài)安全評(píng)估的長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定輸出要求。系統(tǒng)主要由整流橋+濾波電路、IPM模塊、控制電源、啟動(dòng)保護(hù)電路、IPM驅(qū)動(dòng)電路、低壓直流電流電壓處理電路、低壓交流電流電壓處理電路、DSP控制電路和主控單元組成。

圖1 異頻信號(hào)輸出裝置原理框圖

3 效果驗(yàn)證

為了檢測(cè)異頻小電流掃頻式接地阻抗測(cè)試系統(tǒng)的性能，使用本裝置對(duì)鳳城某500 kV變電站進(jìn)行接地阻抗測(cè)試。該變電站長(zhǎng)約410 m，最大處寬約190 m，占地約117畝，主控樓面積為1 179 m2，其最大對(duì)角線長(zhǎng)約440 m。根據(jù)實(shí)際勘察，站內(nèi)現(xiàn)有500 kV、220 kV、35 kV的電壓等級(jí)場(chǎng)域，主接地網(wǎng)呈現(xiàn)長(zhǎng)方形狀。測(cè)量時(shí)采用30°夾角法進(jìn)行布線，其中電流線和電壓線分別采用6 mm2和4 mm2的單芯多股膠質(zhì)導(dǎo)線。通過GPS定位儀可快速計(jì)算出電流線和電壓線的直線距離均為2 000 m左右，兩直線夾角約為35.89°。電流極接地電阻≤8 Ω，電壓極接地電阻≤100 Ω。

測(cè)試結(jié)果完全滿足變電站接地電阻的設(shè)計(jì)要求，測(cè)試過程中，對(duì)于接地阻抗的修正值是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的電極布局參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算的；在進(jìn)行分流系數(shù)測(cè)試時(shí)，通過無(wú)線遙測(cè)選頻電流裝置對(duì)各分流點(diǎn)進(jìn)行基于參考電流的分流向量測(cè)試，各分機(jī)的測(cè)試結(jié)果通過無(wú)線方式發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)再對(duì)各點(diǎn)的電流向量進(jìn)行矢量和運(yùn)算，同時(shí)結(jié)合參考電流計(jì)算出分流系數(shù)，進(jìn)一步得出真實(shí)的接地阻抗值。整個(gè)測(cè)試過程高效、快速、準(zhǔn)確，順利地完成了變電站地網(wǎng)裝置的工頻特性測(cè)試和狀態(tài)評(píng)估等工作，得到了用戶的一致好評(píng)。

4 結(jié)語(yǔ)

采用變頻抗干擾技術(shù)，選頻抗干擾性能(信噪比)優(yōu)于1/1 000，能在強(qiáng)干擾環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)得接地裝置的各類工頻特性參數(shù)?？刹捎?5～65 Hz的基波頻率相鄰對(duì)等頻率1 Hz/5 Hz，任意選擇雙頻率或單頻率的交流電源自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試電流完全符合《DL/T475-2017接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》變頻法試驗(yàn)電流規(guī)定及要求(3～20 A)，可以在不停電的情況下進(jìn)行大型接地網(wǎng)工頻特性參數(shù)測(cè)量，克服了傳統(tǒng)測(cè)試方法的不足，使得大型接地系統(tǒng)的測(cè)試變得精確、可靠、方便、安全。