接地网评估技术规范.doc

变电所接地装置安全性评估 技术规范

变电所接地装置
安全性评估

技 术 规 范

2013年1月

目 　　录

一、 概况 2
二、 评估工作流程及依据 3
三、 具体评估内容 4
四、 接地系统的安全限值 5
1、入地故障电流 5
2、接地电阻限值 6
3、接触电压和跨步电压限值 7
五、 接地电阻精确测量方法 7
六、 跨步电压和接触电压的测量 9
七、 场区地表电位梯度测试 10
八、 独立避雷针接地电阻测试 12
九、 土壤电阻率测量及土壤模型分析（可选） 12
十、 接地网腐蚀评估方法 15
1、 接地网导体连通性测试 15
2、 接地网开挖检查 17
十一、 接地系统的安全性综合评估 17
十二、 测试步骤 17

一、 概况
变电站的接地网是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员安全的重要措施。一方面通过降低接地电阻，减小地电位升来确保设备安全，另一方面，通过均衡地表电位，减小接触电压和跨步电压来确保人身安全。
因此，如何对投入运行的变电站接地网开展状态评估具有非常重要的意义，是确保接地网具有良好状态，确保电力系统安全稳定运行的关键。变电站接地系统状态评估包括三方面的内容。一是变电站接地电阻、接触电压、跨步电压、电位梯度的测量；二是接地系统腐蚀及断点的诊断；三是接地系统安全性的评估。

二、 评估工作流程及依据
根据电业局要求，在现场实际测试的基础上结合开挖检查，对变电所接地装置进行全面试验和评估。
变电所接地装置的试验依据的标准和资料如下：
（1）DL/T621-1997《交流电气装置的接地》
（2）DL475-2006《接地装置的工频特性参数的测量导则》
（3）DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》
（4）GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
（5）变电所最大入地短路电流数据

流程如下图所示：

三、 具体评估内容
变电所接地装置安全性评估内容如下：
1. 接地装置特性参数试验：测量接地电阻，接触电压、跨步电压、电位梯度分布；测量独立避雷针接地电阻；
2. 确定入地故障电流，计算接地系统的安全限值，包括接地电阻、接触电压和跨步电压；
3. 测量接地系统的连通性及诊断接地网的腐蚀情况，判断接地网的腐蚀状况；
4. 根据测量结果，采用数值计算方法分析接地系统的安全性。

四、 接地系统的安全限值
接地系统的安全指标包括接地电阻、接触电压和跨步电压。
1、入地故障电流
入地故障电流是分析接地系统安全指标的基础。电力系统发生短路时，只有一部分短路电流经接地网流入大地，其余部分经变压器中性点、于地网相连的架空地线、电力电缆的屏蔽层流回系统。入地故障电流为：
I = （Imax - In）(1 - Kel)，式中I为接地短路电流，即通过接地网进行散流的电流。
Imax为接地短路时的最大接地短路电流，上述公式仅适用于有效接地系统，该值可向运行部门或继电保护部门索取。
In 为发生最大接地短路时，流往变电所主变压器中性点的短路电流。当所内主变压器中性点不接地时，In = 0，此是上述可简化为 I = Imax（1 - Kel）；当变压器只有1个中性点，发生所内接地时， In =30%Imax有2个中性点时，In约等于50% Imax，实际值应以继电保护部门计算和实测为准。
Kel为短路时，与变电所接地网相连的所有避雷线的分流系数，据专家分析，Kel应由避雷线的出线回路数确定，出线为1路时，取0.15，2路时取0.28，3路时取0.38，4路时取0.47，5路以上时取0.5~0.58，且应根据出线所跨走廊的分流效果做出相应的增减。
  取值时，要考虑10年以上的发展规划，需乘以1.2~1.5的发展系数。

2、接地电阻限值
我国电力行业接地规程DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中既规定了对接地电阻的要求，也规定了对接触电压和跨步电压的要求。DL/T621-1997 规定“有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电站的接地装置的接地电阻R 一般情况下应满足R≤ 2000/I”，即允许地电位升不大于2000V，这里I 为最大入地短路电流。当接地装置的接地电阻不符合R≤ 2000/I 时，可通过技术经济比较来增大接地电阻，但接地电阻值不得大于5Ω，且要满足接触电压和跨步电压的要求。
为了确保电力系统二次系统的安全，当入地故障电流较大时，一般很难满足IR≤2000 的要求，如果按满足接触电压和跨步电压的要求来校核，则接地电位升有时会升得很高，可能导致二次系统的破坏。因此仍应规定一个地电位升的限值，以确保二次系统的安全。目前，一般将地电位升的允许值提高到IR≤5kV，但要求二次电缆的屏蔽层双端接地，另外在变电站电缆沟里应与二次电缆平行敷设一根铜接地导体，铜接地导体两端接地，二次电缆两端与铜导体相连，以防止过大的电流流过二次电缆的屏蔽层而烧毁二次电缆。

3、接触电压和跨步电压限值
结合IEEE 标准和我国的电力行业标准，110kV及以上有效接地系统和6~35kV低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，发变电站接地装置的接触电压UT和跨步电压US允许值不应超过

其中，Cs为表层衰减因数，地表无高阻层时，Cs值取1；rs为地表铺设层的电阻率；hs为地表铺设层的厚度；p 为地表铺设层下面的电阻率。这两个计算公式对应于体重为50kg的人体。
五、 接地电阻精确测量方法
实测变电所主接地网接地电阻。测量采用异频法。原理接线如图

虑到变电所已经运行，采用异频法消除工频干扰电压的影响，并调节测试电流在5A以上，输出电流频率为45Hz~55Hz。
变电所接地网最大对角线长度为D。沿适当方向拉线，电流极C距离地网（4-5）D，电压极P与电流极呈30-45度方向，从距离接地网边缘，电流极长度的40%开始，每隔5%测试一个点，一直到距离电流极长度75%左右，测量电压极P与接地装置G之间的电压。地网测量点、电流极、电压极三点成一30-45度角的边线上。电压极打2-4根左右地桩，电流极打815根左右地桩，每根地桩打入地下约1m。各根地桩之间距离2m左右。电流极引线采用4mm2 多股软铜线，电压极采用2.5mm2多股软铜线。
流过被试接地装置G和电流极C的电流I使地面电位变化，每测试一次P与G之间的电位差U,绘出U与x的变化曲线，曲线平坦处即为电位零点，与曲线起点间的电位差即为在试验电流下被试接地装置的电位升高Um，接地装置的接地阻抗Z为:
Z=Um/I
如果电位测试线与电流线呈角度放设确实困难，可与之同路径放设，但要保持尽量远的距离。

六、 跨步电压和接触电压的测量
实测跨步电压、接触电压。原理接线如图。

图2 跨步电压、接触电压测量
我们采用异频法测量接触电压和跨步电压。频率选用45Hz。dGC为电流极离接地网的距离。
在变电所中工作人员常出现的电力设备或构架附近测量接触电压（主变、主变开关、母联开关、旁路开关、接地闸刀等）；在接地装置的边缘测量跨步电压（大门口、线路避雷器附近、接地网四周区域、主控楼附近区域、就地继保室附近区域、配电装置楼附近区域、断路器附近区域、所内道路及人员经常走动区域）。
接触电压是当接地短路电流流过接地装置时，在地面上离电力设备的水平距离为1m处，沿设备外壳、构架或墙壁离地的垂直距离为1.8m 处的两点之间的电位差。跨步电压是指当接地短路电流流过接地装置时，在地面上水平距离为1m的两点之间的电位差
在测量接触电压时，测试电流从构架或电气设备外壳离地面高度2m处注入接地装置；在测量跨步电压时，测试电流从主变接地处注入。
图中，模拟人的两脚的金属板用0.125m×0.25m的长方板。为了使金属板与地面接触良好，把地面平整，撒一点水，并在每一块金属板上放置15kg重的物体。Rm为模拟人体的电阻，约1.5kΩ。电压表V1和V2的测量值分别为与通过接地装置的测试电流对应的接触电压值和跨步电压值。
变电所内的接触电压和跨步电压与通过接地装置流入土壤中的电流值成正比。当通过接地装置入地的最大短路电流值为Imax时，对应的接触电压和跨步电压的最大值分别为：
Ujmax= UjImax/I
Ukmax= UkImax /I
式中I、Uj和Uk—— 测量时通过接地装置的测试电流以及对应的接触电压和跨步电压的实测值。

七、 场区地表电位梯度测试
场区地表电位梯度是一个重要的表征接地装置状况的参数，大型接地装置的状况评估和验收试验应测试接地装置所在场区的电位梯度分布曲线，中小型接地装置则应视具体情况尽量测试，某些重点关注的部分也可测试。
接地装置按有关要求施加试验电流后，将被试场区合理划分，场区电位分布用若干条曲线来表述。曲线根据设备数量、重要性等因素布置，一般情况下曲线的间距不大于30m。在曲线路径上中部选择一条与主网连接良好的设备接地引下线为参考点，从曲线的起点，等间距间距d通常为lm或2m)测试地表与参考点之间的电位梯度U，直至终点，测试示意图见下图，绘制各条U-x曲线，即场区地表电位梯度分布曲线。

当间距 d 为lm时，场区地表电位梯度曲线上相邻两点之间的电位差U手按下式折算，得到实际系统故障时的单位场区地表电位梯度UT。

式 中 :
Im — 注入地网中的测试电流；
Is — 被测接地装置内系统单相接地故障电流。
电位极P可采用铁钎，如果场区是水泥路面，可采用包裹湿抹布的直径20cm的金属圆盘，并压上重物。
测试结果的判定：
状况良好的接地装置的电位梯度分布曲线表现比较平坦，通常曲线两端有些抬高；有剧烈起伏或突变通常说明接地装置状况不良。当该接地装置所在的变电所的有效接地系统的最大单相接地短路电流不超过35kA时，折算后得到的单位场区地表电位梯度通常在20V以下，一般不宜超过60V，如果接近或超过80V则应尽快查明原因予以处理解决。

八、 独立避雷针接地电阻测试
实测方法和主网的测试方法基本相同。但需考虑主接地网对它的的影响。由于独立避雷针接地装置面积较小，可用ZC29B接地电阻测试仪测量。

九、 接地网腐蚀评估方法
1、 接地网导体连通性测试
检查所有设备接地引下线截面尺寸是否符合设计要求。
检查有二次回路的设备接地引下线根数是否符合反措的要求。
验算设备接地引下线截面积的热稳定能否满足。
设备接地引下线的导通性除逐根检查其连接位置及焊接质量外，采用毫欧表，逐根进行导通测试。测试原理如图5所示。

被测环路中可能具有焊接不良、生锈、接触不良等接头，这类接头上具有的这些故障就是他们可以充当原电池，其电阻取决于测试电压极性。这就是规程要求测试仪表支持测试电压反方向的原因，由于具有两种测试电压极性，因此可以获得两种结果如下：
测试结果（+）=U/I=RX（+） 开关在接通线路位置（实线位置）
测试结果（-）=U/I=RX（-） 开关在中断线路位置（虚线位置）
其中：U——由电压表在未知电阻RX上测得的电压降。
I ——由电流表测得的测试电流。
测试结果应符合以下条件：
RPE≤U/I
RPE ——所测的接地体电阻。
首先选定一个很可能与主地网连接良好的设备的接地引下线为参考点，再测试周围电气设备接地部分与参考点之间的直流电阻。如果开始即有很多设备测试结果不良，宜考虑更换参考点。
测试结果的判断和处理：
a) 状况良好的设备测试值应在50mΩ以下；
b) 50mΩ-200mΩ的设备状况尚可，宜在以后例行测试中重点关注其变化，重要的设备宜在适当时候检查处理；
c) 2 0 0mΩ - 1Ω 的设备状况不佳，对重要的设备应尽快检查处理，其他设备宜在适当时候检查处理；
d) 1Ω以上的设备与主地网未连接，应尽快检查处理；
e) 独立避雷针的测试值应在500mΩ以上；
f) 测试中相对值明显高于其他设备，而绝对值又不大的，按状况尚可对待。
2、 接地网开挖检查
对需要开挖检查的变电所，接地体的腐蚀程度不同开挖的点数不同。一般选取6-8个点作开挖检查，其中4点检查引下线与主接地网连接的情况，2-4点检查主接地网直线连接和交叉连接的情况。对开挖点采用游标卡尺测量接地体数据规格，并进行拍照。

十、 接地系统的安全性综合评估
通过对各接地装置各项特性参数的测量，依据判断规则，综合评估变电站接地装置的安全性。

十一、 测试步骤
（1）现场总负责人开具工作票。
（2）现场总负责人通知试验负责人，工作票已开出，主接地网接地电阻测量工作已经许可。
（3）试验负责人通知有关人员按照《试验方案》中的接线，把电流电压测量引线放到电流极位置和电压极位置。引线可靠连接，并用绝缘胶布包裹与大地绝缘，放在干燥地方。
（4）电流极和电压极派专人看守。
（5）试验人员按试验要求连接所有接线，检查和记录测量表计型号、倍率、频率，经试验负责人复核均正确无误后方可进行试验。
（6）各工作点测试准备工作完成后，试验负责人向现场总负责人报告试验工作准备完毕。
（7）由现场总负责人发令指示试验负责人开始进行主接地网接地电阻测量，并通知电流极、电压极工作点的负责人。主接地网接地电阻测试完成后，收起电压极测试线，进行跨步电压、接触电势、电位梯度的测试。
（8）跨步电压及其最大值测量：
（8.1）试验负责人通知操作人员采用变频电源，并把电源频率调到45Hz，保持变频电源装置输出电压、电流不变。
（8.2）在变电所工作人员经常走动的地方、所内接地网边缘测量跨步电压，在原始记录表上填写位置、跨步电压及最大值。
（8.3）跨步电压测量工作结束后，断开试验电源总开关。
（9）接触电压及其最大值的测量：
（9.1）试验负责人应与局方人员充分协商确定测试电流注入点及测量点的位置，测试电流注入点的位置离地面高度1.9m-2.0m。
（9.2）测试电流注入点连接完毕后，试验负责人通知操作人员把电源频率调到45Hz，使变频电源装置输出电压、电流和频率保持不变。
（9.3）在测试电流注入点的设备四周测量接触电压及其最大值，并做记录。
（9.4）每当一台设备的接触电压及其最大值测量完毕后，须停运试验电源装置、断开试验电源总开关，才能变更测试电流注入点的位置。
（9.5）在安全监护人的监护下改变测试电流注入点的位置。
（9.6）接触电压测试工作结束后，断开试验电源总开关。
（9）经试验负责人会同有关人员检查测试结果无误后，由现场总负责人发出试验结束命令。
（10）现场总负责人指示试验负责人、电流极现场负责人及有关员拆除测试接线、收线、清理和恢复现场等工作。
（11）现场清理恢复完毕，试验负责人向现场总负责人报告，办理结束工作票。
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