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關(guān)于大型地網(wǎng)接地阻抗的測量和安全判據(jù)

文檔作者：要煥年曹梅月文檔來源：廈門電業(yè)局		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月18日
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2002年9月
第3卷第3期
電力設(shè)備
Electrical Equipment
Sept．2002
VoI．3 No．3
關(guān)于大型地網(wǎng)接地阻抗的測量和安全判據(jù)
要煥年，曹梅月
(廈門電業(yè)局，福建廈門361004)
摘要： 闡明高壓和超高壓變電站地網(wǎng)應(yīng)當用接地阻抗的概念取代接地電阻，同時建議規(guī)程應(yīng)采用接觸電壓和跨步
電壓作為安全判據(jù)；實際測量中應(yīng)選用輕便、準確的異頻測量系統(tǒng)獲得接地阻抗的正確結(jié)果，以保障人身和設(shè)備的
安全，以利于電力系統(tǒng)的安全運行。
關(guān)鍵詞：異頻法；接地阻抗；大型地網(wǎng)；安全判據(jù)；跨步電壓；接觸電壓
中圖分類號：TM934．15
我國的電力基本建設(shè)發(fā)展很快，隨著系統(tǒng)額定
電壓等級的提高，高電壓、大容量的變電站日益增
多。相應(yīng)的露天變電站中出現(xiàn)了許多大型和超大型
的地網(wǎng)。而地網(wǎng)的工作狀況直接關(guān)系到人身、設(shè)備
的安全和電力系統(tǒng)的安全運行。
由于地網(wǎng)是地下埋設(shè)，工作條件不利，應(yīng)當進
行周期性的監(jiān)測。為此，需要有合理的安全判據(jù)和
理想的測量系統(tǒng)。對于高壓和超高壓變電站來說，
首先應(yīng)當采用接地阻抗的概念取代接地電阻。
1 接地阻抗
1．1 概念
對于中壓電網(wǎng)中的變電站來說，由于占地面積
相對較小，地網(wǎng)的延伸面積也不大，其接地電阻呈
現(xiàn)明顯的阻性。這種情況已成為一種習(xí)慣認識?？?
是，對于一些露天的220 kV及以上高壓、超高壓變
電站的地網(wǎng)來說，這個概念就值得商榷了。因為此
時地網(wǎng)的幾何尺寸十分可觀，面積可達幾萬、乃至
十幾萬平方米，這樣，相應(yīng)的接地網(wǎng)便呈現(xiàn)出較明
顯的復(fù)數(shù)阻抗性質(zhì)，它包含電阻、電感和電容3個
分量。這類變電站地網(wǎng)的接地阻抗應(yīng)是電流注入點
至零電位處的大地所共同反映出的綜合阻抗。
實際上，在工頻、諧波電流以及雷電沖擊電流
的情況下，電感和電阻分量所起的作用遠勝于電容
分量。至于電容分量，由于數(shù)值相對不大，它只在很
高頻率下表現(xiàn)出一定的作用，而且對于緩解變電站
的跨步電壓和接觸電壓來說，還是個偏于安全的有
利因素，故本文不再討論。
1．2 實例
例如，XM 的220kVLL變電站，當測量地網(wǎng)接
地阻抗所用的頻率為4O．18 Hz時，地網(wǎng)接地阻抗為
0．6266Q；當所用的頻率為6O．15Hz時，接地阻抗為
0．661 7‘l。這樣，工頻時的接地阻抗應(yīng)為0．644 2Q。
由此可知，±1O個周波的頻差，可導(dǎo)致接地阻抗值比
工頻時增減5．6％【 。
當?shù)鼐W(wǎng)的直流接地電阻值更低時，這種性質(zhì)表現(xiàn)
得更明顯。另如LC發(fā)電廠的220kV變電站地網(wǎng)，其直
流接地電阻值為0．099Q，工頻時的接地阻抗值增大為
0．151 Q，交流頻率為128Hz時更增大為0．2301)。就直
流時與工頻情況相比，阻抗值減小了34． ；就128Hz
時與工頻情況相比，阻抗值則增大了52_3％。
這種現(xiàn)象在額定電壓更高的變電站中，則表現(xiàn)
得更加突出。如500kV的WN變電站，其地網(wǎng)現(xiàn)場
實測直流接地電阻值為0．062 3 Q，工頻時接地阻抗
值為0．135 Q，交流頻率為128 Hz時接地阻抗值為
0．236Q。同樣由于電感分量的作用，與工頻時情況
相比，直流時的阻抗值減小了53．9％ ；128Hz時的阻
抗值則增大了74．8％。
以上數(shù)據(jù)和許多實測數(shù)據(jù)同時說明，接地阻抗
與頻率保持良好的線性關(guān)系(這與理論分析是一致
的)；在大型和超大型地網(wǎng)中，用接地阻抗的概念取
代接地電阻是符合實際情況的。我國現(xiàn)行的電力行
業(yè)標準DI／F621-1997(交流電氣裝置的接地》中所
應(yīng)用的接地電阻的概念，已經(jīng)顯示出了它的局限性。
2 大型地網(wǎng)的安全判據(jù)
2．1 確定合理安全判據(jù)的必要性
安全和經(jīng)濟上的合理性是變電站地網(wǎng)應(yīng)當同時
滿足的兩個基本要求。在高土壤電阻率地區(qū)，欲降低
變電站地網(wǎng)的接地阻抗值，不僅十分困難，而且往往
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第3期 要煥年等：關(guān)于大型地網(wǎng)接地阻抗的測量和安全判據(jù) 43
很不經(jīng)濟、也很不合理。而在低土壤電阻率地區(qū)，即
使地網(wǎng)的接地阻抗值達到了標準DI／F 62l— l997
規(guī)定的要求，變電站內(nèi)的接觸電壓和跨步電壓，也不
一定處處都能滿足人身安全和設(shè)備安全的要求。因
此，對于大型和超大型地網(wǎng)來說，用接地阻抗值作為
安全判據(jù)是值得商榷的。
2．2 安全判據(jù)
根據(jù)標準DL／T 62l— l997中第6．2．2條的規(guī)
定，在有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)電廠、變電
站地網(wǎng)的接地電阻不符合規(guī)定時，應(yīng)校驗接觸電壓
和跨步電壓。在一般的情況下，這樣規(guī)定是沒有問題
的。然而，在超高壓和特高壓電力系統(tǒng)中，中性點采
用全接地或非常有效接地方式，其運行特性與中性
點有效接地和低電阻接地方式的系統(tǒng)有所不同，單
相接地故障電流較之顯著增大 。]。因此，對于相應(yīng)
變電站的大型和超大型地網(wǎng)來說，應(yīng)把對接觸電壓
和跨步電壓的要求提到首位上來。這樣，無論從保證
人身安全和設(shè)備安全，還是從經(jīng)濟技術(shù)指標方面考
慮，都會更加實用與合理。
至于接地阻抗的絕對值，應(yīng)根據(jù)變電站當?shù)氐?
具體土壤條件，可以允許其在一定的范圍內(nèi)變動。
2．3 必要的監(jiān)測
眾所周知，因地網(wǎng)處于地埋狀態(tài)，在長期運行中
很可能會發(fā)生腐蝕、損壞和斷裂等情況，而且問題不
易暴露。因此，應(yīng)當重視與加強對運行中地網(wǎng)狀況的
監(jiān)測，這對安全運行是至關(guān)重要的，否則，可能造成
嚴重的后果。無論是以前還是近期，在國內(nèi)外的電力
系統(tǒng)中均有這方面的經(jīng)驗教訓(xùn)。利用合理的測量方
法，多方位地進行一系列測量，并且對測量數(shù)據(jù)進行
分析、比較，一旦發(fā)現(xiàn)有異乎尋常的數(shù)據(jù)變化，即可
考慮在地網(wǎng)中可能存在斷裂、開焊等現(xiàn)象，此時，應(yīng)
及早進行查找和處理。當然，在進行地下的工作之
前，最好先排除地上的引線連接問題。
應(yīng)當指出，通過測量工作查找地網(wǎng)本身的故障，
是一項細致而復(fù)雜的工作。它要求測量數(shù)值準確，具
有足夠的可信度，否則，問題就會被掩蓋，達不到預(yù)
期的目的。為此，應(yīng)當對測量方法和測量儀器、儀表
等進行適當?shù)倪x擇。
3 準確測量問題
由于高電壓、大容量變電站在電網(wǎng)中的地位很
重要，一般不能允許停電進行地網(wǎng)接地阻抗的測量。
對于大型和超大型變電站來說，更是必須在帶電運
行的條件下進行測量。
3．1 工頻法
利用工頻信號對大型地網(wǎng)的接地阻抗進行準確
測量，歷來是個難題，該方法除了人工勞動強度大之
外，更為麻煩的是，難以排除地中雜散電流對測量結(jié)
果所帶來的干擾影響。運行中的變電站如此，興建中
變電站的情況，實測表明也同樣不容樂觀。
根據(jù)實踐經(jīng)驗，地中雜散電流的分布面很廣，而
且其變化情況通常沒有規(guī)律可循，它隨電網(wǎng)運行方
式和負荷的變化而變化。其主要頻率為工頻基波，也
有一定數(shù)量的諧波。在同一地點，地中雜散電流隨時
間變化而變化；在同一時間，它又因地點改變而不
同。所以，當使用工頻電源進行測量時，為了獲得比
較準確的結(jié)果，需要加大被測電流信號。例如，在測
量新建的500kV超高壓變電站地網(wǎng)的接地阻抗時，
GZ電力試驗研究所使用的工頻電流超過70A；HD
設(shè)計院所使用的工頻電流更是達到190 A。在這種
情況下，試驗裝置往往十分龐大和笨重，現(xiàn)場工作的
艱巨性可想而知。同時由于電流大，接線間的互感對
測量結(jié)果也造成影響。
3．2 異頻法
針對以上存在的問題，國內(nèi)外先后進行了許多
探索研究，其中的異頻法顯示了突出的優(yōu)越性。70
年代前后，日本、加拿大和墨西哥等國家成功地應(yīng)用
60+10Hz、50+10Hz的異頻電源試驗裝置進行了地網(wǎng)
的工頻接地阻抗測量。80年代，我國浙江、湖北和江
西等省電力試驗研究院(所)也分別開展了異頻電源
及帶通濾波器的研制工作，并進行了許多現(xiàn)場實測。
近年來，奧地利、澳大利亞和瑞士等國家又進一
步開發(fā)了數(shù)字式異頻測試系統(tǒng)，其中，奧地利的大型
地網(wǎng)接地阻抗測試儀還根據(jù)數(shù)年來在我國一些省市
的應(yīng)用情況進行了改進，測得了不少現(xiàn)場數(shù)據(jù)。異頻
法測量系統(tǒng)共同的特點是被測電流信號小，只需l
A左右甚至更小即可滿足要求。測量結(jié)果具有良好
的重復(fù)性，因而可信度高。除非氣候干濕、土壤沉降
等外因?qū)е峦寥离娮杪拾l(fā)生改變。
3．3 實例
在XM 220kVDD變電站，于不同日期所測得
的近40Hz時地網(wǎng)接地阻抗值見表l。從中可以看
到二組數(shù)據(jù)具有良好的一致性。
在同一變電站，于不同日期進行近60Hz時的
相似測量，所得的地網(wǎng)接地阻抗值見表2。二組數(shù)據(jù)
的一致性依然良好。
根據(jù)表l和表2中的數(shù)據(jù)，可計算出對應(yīng)的工
頻下的接地阻抗分別為0．643 5 n 和0．644 8 n，其
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電 力 設(shè)備 第3卷
表1 不同日期測得的近40Hz時地網(wǎng)接地阻抗
試驗頻率 試驗信號電流 試驗電壓 接地阻抗
Hz k ／mV ／Q
40．18 3．oo 1 881 0．6270
40．21 3．01 1 885 0．626 3
表2 不同日期測得的近60Hz時地網(wǎng)接地阻抗
試驗頻率 試驗信號電流 試驗電壓 接地阻抗
Hz k ／mV ／Q
60．15 3．oo 1 980 0．6600
60．19 3．oo 1 990 0．663 3
平均值為0．644 2 n。不同時間測量的二組數(shù)據(jù)，相
對于平均值的誤差小于0．1％。
在500kV的WN變電站，利用異頻接地阻抗測
量儀對地網(wǎng)的接地阻抗進行測量，三組數(shù)據(jù)分別為：
0．137 n、0．134 n 和O．135 n。即在小數(shù)點后第3位
才出現(xiàn)差別，偏離平均值O．135 3 n 的最大誤差小于
1．26％ ，仍是可接受的。
3．4 比較
在測量接地阻抗時，首先要對試驗回路進行適
當?shù)倪x擇，該問題這里不進行討論。可是，在同樣的
試驗回路和試驗條件下，異頻法卻比工頻法要準確
得多。表3中的實測數(shù)據(jù)較好地說明了這個問題，
其中所列50o kV WN變電站地網(wǎng)接地阻抗值，是在
變電站內(nèi)4個不同位置的電流注入點，相應(yīng)采用異
頻法和工頻大電流(190A)法2種方法測得的。
利用異頻法對運行中變電站地網(wǎng)的接地阻抗進
行現(xiàn)場測量，所得結(jié)果仍然具有良好的重復(fù)性，因而
可信度較高。此外，在同一個變電站內(nèi)，從多個不同
的電流注入點上進行測量， 由于入口阻抗的些微變
化，所得接地阻抗值應(yīng)當有合理的差異，而且也與設(shè)
計計算結(jié)果相符。這又從另一個側(cè)面說明了測量結(jié)
果的可信度。
表3中的二組數(shù)據(jù)表現(xiàn)出較大差別的原因，主
要是由測量方法的不同形成的。工頻電流法所測接
表3 2種不同測量方法所測得的地網(wǎng)接地阻抗及比較
測量地點
測量方法
及誤差 變電站 變電站 變電站 220 kV主
東北角 東南角 西北角 變壓器處
異頻法／Q 0．118 5 0．135 3 0．0977 0．1040
工頻法／Q 0．085 0．098 0．086 0．089
絕對誤差／Q 0．033 5 0．037 3 0．0l1 67 0．0150
相對誤差／％ 28．3 27．6 11．9 14_4
地阻抗偏小的原因，應(yīng)當認為是在190A的大電流
中，難免有相同頻率的雜散電流，混同于測量信號
一起進入了測量儀表。而由于測量季節(jié)的不同，也
會在一定程度上影響土壤的干濕狀況，但根據(jù)經(jīng)
驗，這一因素不至于造成如此大的差別。何況3年
多以前新建變電站的土壤沉降情況較輕，測得的接
地阻抗值還會略微偏高，有利于縮小2種測量結(jié)果
之間的誤差。
4 結(jié)論
(1)電力建設(shè)發(fā)展很快，大型和超大型的變電
站地網(wǎng)不斷出現(xiàn)，通常所應(yīng)用的接地電阻概念已不
能滿足實際要求，應(yīng)當用接地阻抗來取代。
(2)利用工頻大電流方法測量大型和超大型變
電站地網(wǎng)的接地阻抗，不僅設(shè)備笨重、勞動強度大，而
且很難排除雜散電流、互感等的干擾以獲得理想的測
量結(jié)果。特別在運行狀態(tài)下更是如此，而這又是不可
避免的。
(3)理論分析和實踐結(jié)果表明，利用異頻方法
可以簡便地得到較為滿意的測量結(jié)果，滿足工程實
際的要求。當今國內(nèi)外都有了成套的測量儀器和裝
備，準確實用、方便易行。
(4)對于大型和超大型變電站地網(wǎng)的安全判
據(jù)，在以前的有關(guān)規(guī)程和現(xiàn)行的標準DIMT 621—
1997中，關(guān)于接地電阻限值的規(guī)定已經(jīng)不能滿足實
際要求，建議采用接觸電壓和跨步電壓取代之。
最后附帶指出，若能再配合適當?shù)钠渌胧?，?
利用附加的犧牲性陽極等技術(shù)，通過腐蝕自身來保
護主地網(wǎng)，則變電站的地網(wǎng)便有望達到和地面設(shè)備
“等壽命”運行[4]。這對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行無
疑是十分有利的。
5 參考文獻
1 曹梅月，蔡振華．變頻技術(shù)用于運行中大型變電站地網(wǎng)接地電阻
的測量．供用電，1993(2)：18~20
2 DL／T620— 1997交流電氣裝置的過電壓保護與絕緣配合
3 要煥年，曹梅月．電力系統(tǒng)諧振接地．北京：中國電力出版社，2000
4 曹梅月．變電所地網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展綜述．中國申．力．1997．30(7)
收稿日期：200l—l1—16
作者簡介：要煥年(1930一)，男，高級工程師(教授級)，
總工程師，CSEE高級會員、高壓專業(yè)委員會委員，長期從事
電力系統(tǒng)高電壓輸電技術(shù)和安全運行研究與管理工作。
曹梅月(1937一)，女，高級工程師，長期從事電力系統(tǒng)科
學(xué)試驗研究及科技管理工作。

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