发电厂接地网接地阻抗测量分析研究.pdf

科学技术创新 2023.23发电厂接地网接地阻抗测量分析研究陈松威（大唐滑县风力发电有限责任公司，河南 安阳）引言随着电力系统的发展，电压等级不断提高，接地故障时的短路电流也不断增加。近些年，多次发生因接地网接地电阻不合格造成的风电场、火电厂、变电站事故，严重威胁电力系统的安全稳定运行。接地阻抗是判断接地网腐蚀情况以及衡量接地网是否符合标准规范的有效手段。长时间运行的发电厂接地网，在土壤长期的腐蚀下，会使得接地体间连接导体变细或断开，从而影响接地网的接地水平。如果接地网接地阻抗不合格，电流流经接地阻抗而形成的电压降使得接地极电位增加，严重时会造成设备受到过电压的作用而损坏，同时，也会影响检修人员人身安全。因此，必须对发电厂接地网接地阻抗定期测试。本文在介绍接地阻抗测量方法的基础上，分析了接地网接地阻抗测试的影响因素，并结合案例讨论了各影响因素的优化控制措施。1接地阻抗概述随着接地网规模的不断扩大，发电厂接地网对短路故障发生时已不在为纯阻性，特别是大型接地网已表现为包含电阻、电容和电感的阻抗特性。由于电容值在接地阻抗中所占比重较小，接地阻抗主要表现为电感和电阻两部分。因此，在接地网接地阻抗测试中可以忽略电容分量。一般大型接地网接地阻抗的表达公式为:(1)其中，R 为接地阻抗的阻性分量，为接地阻抗的感性分量。对于小型接地网来说，其接地网的感性分量比电阻分量 R 要小很多，在接地阻抗中的比重较小，因此，小型接地网常不考虑感性分量，一般用接地电阻值衡量接地网状态。DL/475-1992 接地装置工频特性参数的测量导则也未将接地阻抗中的感性分量加以考虑，而接地装置特性参数测量导则 DL/475-2006 接地装置特性参数测量导则 则考虑了接地阻抗中的感性分量。2接地阻抗测试方法2.1电位降法电位降法测试接地网的接地阻抗的测量原理如图1 所示。图中，P 为测试电压极，C 为测试电流极，G 为被测试接地网，为电压极与接地网边缘的距离，为电流极与接地网边缘的距离，为电压极每次移动距离，D 为被测试接地网最大对角线距离。图 1电位降法测量接地阻抗原理图在接地网 G 和电流极 C 中的回路电流 I，使接地网摘要：本文介绍了三种接地网接地阻抗测试方法的测试原理及其优缺点，结合大型山地风电场接地网接地阻抗测试结果，阐明了接地阻抗中感性分量已成为大型接地网接地阻抗的重要部分，并分析讨论了接地网接地阻抗测量过程中的影响因素，针对各影响因素给出了相应优化控制措施。关键词：接地阻抗；感性分量；影响因素；优化措施中图分类号院TM68文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤23-0186-04作者简介：陈松威（1983原），男，本科，工程师，主要从事发电技术研究及应用。ZRj LLLLGPdGCd186-2023.23 科学技术创新G 和电流极 C 之间的地面电位发生变化，从接地网 G 的边缘开始，电位极 P 与电流极回路呈一定角度向外移动，每次移动相同距离 d(一般取 50 m 或 100 m)，每次移动后测量电压极 P 与接地网 G 间的电位差 U，并形成电位差 U 随 dGP变化而变化曲线，如图 2 所示为接地网电位降测试曲线，曲线平坦处即为零电位点，零电位点与起点间的电位差即为 P 与 G 之间的电位升高 Um，则接地网的接地阻抗 Z 为：(2)电位降法测量接地网接地阻抗程序繁琐，测试点较多，电位降曲线平坦点难以确定。图 2大型接地网电位降测试曲线2.2电压电流三极法2.2.1直线法直线法测试接地网的接地阻抗的测量原理如图 3所示。图 3直线法测量接地阻抗原理图图中，P 为测试电压极，C 为测试电流极，G 为被测试接地网，为电压极与接地网边缘的距离，为电流极与接地网边缘的距离，D 为被测试接地网最大对角线距离。三极直线法即实际测试中将电流线和电位线按照相同方向布置，电极位置根据实际地形布置，布线长度根据接地网最大对角线实际长度进行确定。一般常取电流极长度为接地网最大对角线距离 4耀5 倍（即4D5D），电位极 P 设置在被测接地网 G 与电流极 C连线上，电压极长度约为的 0.618 倍（即），测试过程中再分别将电位极 P 向左向右各移动一次，每次移动距离约为 0.05，三次测量结果平均值即为实际测量结果。2.2.2夹角法夹角法测试接地网的接地阻抗的测量原理如图 4所示。图 4夹角法测量接地阻抗原理图图中，P 为测试电压极，C 为测试电流极，G 为被测试接地网，为电压极与接地网边缘的距离，为电流极与接地网边缘的距离，D 为被测试接地网最大对角线距离。现场采用夹角法测量接地阻抗时一般设置 兹=30毅，并且电压极与电流极同等长度设置1。综上所述，电位降法测试方法繁琐，测试工作量较大，一般不建议采用电位降法进行接地阻抗测量；直线法测量时，测试方法较简便，线路宜布置，但电流线和电压线同向放置，平行线间存在互感影响，对试验测试带来了干扰；夹角法由于电压线与电流线呈一定夹角布置，极大减小了线间的互感耦合，因此一般大型发电厂接地网采用夹角法进行测量，但在接地网所处环境地形复杂时（如山路），电压极与电流极按一定角度布置存在难度，此时应考虑如何采用直线法进行接地网接地阻抗测试，并尽量减小线间耦合互感的影响。3测试实例及分析以某大型山地风电场为例，其接地网的最大对角线长度约为 600 m，由于风电场山路较多地形复杂，采用夹角法无法合适布置电压极合电流极，因此采用电压电流直线法测量该接地网接地阻抗，电流线布置有效长度mUZIGPdGCdGCdGPdGCd0.618GPGCddGCdGPdGCd187-科学技术创新 2023.23大约为 3 000 m，电压线布置有效长度大约为1 854 m，电流注入点分别选取#1 主变接地引下线和#1 主变高压侧避雷器接地引下线。3.1接地电阻与接地阻抗对比采用异频法进行测试，使用自动抗干扰接地电阻测试仪，实测现场数据如表 1 所示，测得此发电厂接地网的接地电阻值为 0.180 赘。使用接地装置接地阻抗测试仪，实测现场数据如表2所示，测得此风电场接地网的接地阻抗模值为0.207 赘。对比两种设备的测试结果可以看出，两种设备测试的接地电阻值偏差较小，但是采用接地装置接地阻抗测试仪测试的接地网接地阻抗中的电感值较大，不可忽略不计，使得接地网接地阻抗模值与接地电阻值存在一定程度的偏差。因此在测量大地网接地阻抗时，应采用接地装置接地阻抗测试仪，以保证接地阻抗的准确性2。3.2线间距对测试结果影响直线法测量接地网接地阻抗，在测试回路布置中，通过改变电压线和电流线之间的间隔距离，确定线间距对测试结果的影响。表 3 给出了不同线间距下接地阻抗测试结果。通过表 3 可以看出，当线间距变化时，接地阻抗中的电阻值基本保持不变，但接地阻抗中的电感值会随着线间距的增大而明显减小，当电流线电压线线间距为 0时，即两线交叉时，测试电感值最大，对测试结果影响非常大，当电流线电压线线间距为 0.5 m 及以上时，测试结果中电感值基本不在变化，此时可以忽略线间互感因素对于测试结果的影响。由于电流线和电压线之间存在的互感耦合，在实际测试中，电流线和电压线距离越近，线间互感分量越大，线间互感耦合对接地阻抗测试结果中感性分量造成较大误差。因此，为确保测量结果的准确性，用直线法测量接地网接地阻抗时，尽量使电压线和电流线保持一定的线间距，线间距保持在 0.5 m 及以上即可。3.3电流线长度对测试结果影响直线法测量接地网接地阻抗，DL/T475-2006接地装置特性参数测量导则 规定：电流极与被试接地网边缘的距离应为被试接地装置最大对角线长度 D 的 45倍，电压线长度取电流线长度的 0.618 倍。表 4 给出了不同电流线长度下接地网接地阻抗测试结果。根据表 4 的结果可知，当电流线的长度为被试接地网最大对角线长度 46 倍时（即 4D6D），接地网的接地阻抗模值基本保持不变，可以认为 4D6D 处的测试结果即为接地网接地阻抗模值。因为随着电流线的长度增加，电位降曲线中接地极与电流极之间的零电位区域愈加平坦，能够更加准确确定电压极位置（即零电位点），从而降低因电压极位置选择不准确造成的测试结果偏差。但是，在测试中增加电流线铺设长度会大大加重测试的工作量，另外，还会大大增加电流线与电压线之间的互感分量，因此不能盲目布置过长的电流线。当电流线的长度为 1D 时，测量结果较 5D 处的测试结果偏差明显较大，偏差为 98%。因为电流线长度过短，导致电位曲线平滑段极小甚至没有，从而在布置电表 1接地电阻测试仪测试接地电阻值表 2接地阻抗测试仪测试接地阻抗值表 3不同线间距接地阻抗测试结果表 4不同电流线长度下接地网接地阻抗测试结果注入点 频率/Hz 电流/A 电压/V 异频电阻值/工频电阻值/45 2.67 0.475 0.178#1 主变接地引下线 55 2.83 0.509 0.180 0.179 45 2.69 0.481 0.179#1主变高压侧避雷器接地引下线 55 2.81 0.511 0.182 0.181 注入点 频率/Hz 电流/A 电压/V 阻抗复数值/阻抗模值/工频阻抗模值/45 4.03 0.814 0.181+j0.089 0.202#1 主变接地引下线 55 4.07 0.863 0.183+j0.108 0.212 0.207 45 4.02 0.796 0.176+j0.091 0.198#1 主变高压侧避雷器接地引下线 55 4.06 0.877 0.185+j0.112 0.216 0.207 线间距/m 0 0.1 0.3 0.5 0.7 1 电阻值/0.181 0.183 0.180 0.179 0.180 0.182 电感模值/0.168 0.139 0.116 0.106 0.103 0.103 电流线长度/m 600 1200 1800 2400 3000 3600 对角线倍数 1 2 3 4 5 6 阻抗复数值/0.412+j0.081 0.203+j0.099 0.194+j0.102 0.186+j0.104 0.183+j0.108 0.181+j0.109 阻抗模值/0.420 0.226 0.219 0.213 0.212 0.211 188-2023.23 科学技术创新压极的过程中准确确定零电位点，给测量结果带来较大误差。当电流线的长度为 2D 倍时，测量结果较 5D 处的测量结果偏差较小，偏差为 6%；当电流线的长度为距离被试接地装置 3 倍时，测量结果较 5D 处的测量结果偏差较小，偏差为 3%。综上，在进行接地阻抗测试时，综合考虑测试结果准确性和测试工作量，电流线长度尽量设置为被试接地装置最大对角线长度 45 倍（即 4D5D）；在接地网较大，接地装置最大对角线长度较大，电压线电流线放线较困难时，在保证电压线长度为电流线长度 0.618 倍时，可以选择设置电流线长度为被试接地装置最大对角线长度 23 倍（即 2D3D）。3.4电流极的接地电阻值对测试结果影响在接地网接地阻抗测量中，应尽可能减小电流极的接地电阻值，确保电流极电流回路电阻较小，设备输出的试验电流较大。通过多次接地网接地阻抗的测试工作，发现如果电流极的接地电阻值偏大，则回路电阻偏大，以致实际输出的电流值无法达到测试装置设置的电流值，将影响测量的灵敏度，从而导致实际测试结果偏差较大。在接地网接地阻抗的测试过程中，由于土壤中沙石较多，在电流极打桩时，只勉强打到地下 10 cm 左右，电流极的接地电阻偏大，达到 18.5 赘，测试装置设置的输出电流为 5 A，但是测试装置输出的测试电流只有2.1 A。经过多次定位，最终将电流极定位到一处土壤疏松。沙砾较少，易于打桩的地方，采用多个电流极并联的方式布置电流极，并在电流极处适当浇水，大大减小了电流极的电阻值，电流极的接地电阻减小到 4 赘，仪表实际输出的电流达到 4.02 A，确保测试结果的准确性3。4结论本文结合现场直线法测量接地网接地阻抗的过程，发现接地网接地阻抗测量结果中电感值越来越大，在接地阻抗中所占比重也越来越大，已不可忽略，因此，在大型接地网接地阻抗测试中必须考虑接地网的感性分量。并通过现场试验数据，分析了多种因素对测试结果的影响，给出了各影响因素的优化控制措施。通过以上有效措施，确保接地网接地阻抗测量的准确性，以正确判断接地网的腐蚀情况，避免因接地阻抗测试不准间接导致的接地网事故。参考文献1国家能源局.DLT475-2006，接地装置特性参数测量导则S.北京：中国电力出版社，2006.2端木林楠，赵习静，蔡巍，等.变电站地网接地阻抗测量中互感消除方法研究J.高压电器，2015（11）:140-145.3叶平，郑键雄，刘艳玲，等.异频法测量大型地网接地阻抗问题探讨J.现代建筑电气,2013,4(10):15-18.Analysis of Ground Impedance of PowerPlant Grounding NetworkChen Songwei(Datang Huaxian Wind Power Generation Co.,Ltd.,Anyang,China)Abstract：This paper introduces the testing principles,advantages and disadvantages of three groundingimpedance testing methods.Combined with the testing results of grounding impedance of large mountain windfarms,it is explained that the inductive component of grounding impedance has become an important part ofthe grounding impedance of large grounding networks,and analyzes and discusses the influencing factors inthe grounding impedance measurement process.Corresponding optimal control measures are given for each in原fluencing factor.Key words：ground impedance;inductive component;influencing factor;optimization measure189-