防雷检测接地电阻分析

防雷检测接地电阻分析（精选8篇）

防雷检测接地电阻分析 第1篇

关键词：防雷,接地,电阻,检测

0 引言

防雷接地系统做得好与否,在安全可靠的运行整个防雷系统、保障人身与设备的安全方面的意义很重要。在接地系统中,接地电阻是主要的技术参数,它也作为一个重要指标来对防雷装置工程质量加以衡量,在理论上讲,泄流速度随接地电阻减小而加快,落雷物体就有越短的高电位保持时间,这样干扰电气安全的幅值越小、时间也越短,接触电压与跨步电压也越小,因此接地电阻越小,防雷接地系统就有相对越好的效果。

1 接地电阻的定义

接地电阻实际指电流从接地装置流向大地然后再流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻分为工频接地电阻与冲击接地电阻。工频接地电阻是把接地体的流经电流作为工频电流从而得到的接地电阻;而冲击接地电阻是把接地体的流经电流作为冲击电流进而得到的接地电阻值,这在有雷电电流流过的情况下非常有研究价值。我们在平时工作中测得的接地电阻值数值为工频接地电阻值,所以通常若没有指明是哪一种接地电阻,都是指的工频接地电阻。我可以通过计算公式来转换接地电阻以衡量其是不是符合规程要求。转换计算公式为:R軒=ARi。

2 几种常用测量仪器的原理、使用范围

2.1 手摇式地阻测量仪手摇式地阻表是比较传统的一种测量仪表,其基本原理是采用三点式电压落差法。

国产传统的ZC-8系列“摇表”是首要是地租表的主要代表,其测量的基本方法为:在测量时,先断开负载和地网引线,在距地网对角线同一方向大约20cm与40cm远处分别打一个辅助地桩,然后两级和仪表相应接柱要用导线连接起来,同时把地网引线和仪表相应接柱连接起来,然后摇动仪表手柄对地阻进行测量。这种仪表与测试方法的缺点是:两个辅助地极线比较长,在很多现场不能满足;仪表精度很低,对高精度地阻值的测量,其无法给予满足;因为是手摇式发电,所以测试时手柄摇动速率会在很大程度上影响测试结果。

2.2 数字式地阻测量仪

数字式接地电阻测量仪采用的是中大规模集成电路的发电方法,是一种先进的工作方法,采用DC/AC变换技术合并起三端钮、四端钮测量两种方式,是一种机型的新型接地电阻测量仪。其工作原理是直流经过机内DC/AC变换器转成交流的低频恒流,经被测物与辅助接地极构成回路,被测物上有交流压降产生,经辅助接地极送人交流放大器进行放大,然后经检波送人表头显示出来。凭借倍率开关,通常能得到不同的几个量限:0~1Ω,0~10Ω,0~100Ω,0~1 000Ω等。

2.3 钳形地阻测量仪

钳形地阻测量仪的测量原理是:钳形接地电阻测试仪钳口内有两个独立线圈,它们的作用分别是产生交流电压;测试回路电流。钳住地线,将电源接通后,可测得回路总电阻R总:R总=RX+RZ=U/I

其中:RX是被测接地体接地电阻值;RZ为辅助测试电极接地电阻值。若RZ已知,则RX=R总-RZ。若RZ≤RX,则RX≈R总。

由测量原理知,测量时有效的闭合回路中必须有一个供电流流过,这样才能依据欧姆定律测出RX的值。闭合回路包括被测接地体,辅助测试电极及钳形表的交流电压发生器与电流表。其实,这个表测得的不是电阻,而是整个回路的阻抗,在多点接地系统中,他们一般相差极小,这个阻值与我们要测的接地网的地阻接近。不过对于已埋设好还没有和设备连接的开路接地网中及单点接地系统中,此表所测数值就和正常的接地电阻值有较大差距了,所以不能用该仪表测量地阻。

3 造成接地电阻真值偏离的主要原因和避免的方法

3.1 造成接地电阻真值偏离的主要原因

主要有五方面因素影响接地电阻的测试结果:(1)检测人员的操作;(2)检测环境;(3)选择使用的检测方法;(4)选择使用的仪器;(5)检测时的天气。

3.2 避免或减小接地电阻值偏离真值的方法

(1)接地电阻值在很大程度上受检测人员的操的影响,在检测时应注意:检测仪的三极要在一条直线上并且与地网垂直;地网测试点和测试仪的连接线长度最好小于5m。若需加长,应把实测接地电阻值与加长线阻值相减,然后填人表格等。(2)接地电阻受检测环境的影响较大,检测时,接地电阻测试仪的接地引线及其他导线应将高、低压供电线路避开,防止造成危险和干扰;若地网带电对检测产生影响,应其原因查明,把带电问题解决后再测量,或者换个检测位置测量;若在测量时因为高频干扰、工频漏流、杂散电流等因素,以至于接地电阻表读数不稳定,可以把地网测试点和测试仪的连线改为屏蔽线,或选用能够改变测试频率、具有窄带滤波器或选频放大器的接地电阻表检测,使其抗干扰的能力得以提高;按DL475-92《接地装置工频物性参数的测量导则》规定,当大型接地装置或地网对角线D≥60m需要采用大电流测量,施加电流极上的工频电流应≥30A,以排除干扰使误差减少。(3)根据实际检测对象对接地电阻的要求精确度选定检测方法。通常可采用三极法,但若有较高的接地电阻精确度的要求,就必须采用四极法,并进行方位、多点测试。(4)在检定合格有效使用期的检测仪器才能使用,测量仪器与测试仪器要符合国家计量法规的规定,检测仪器见《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431—2008附录E。同时检测仪器的选用要依据实际检测对象的接地方式进行,在检测时要注意要测地网是不是单点接地,被测地线与设备是不是已连接,有没有可靠的接地回路,从而选择相应的测量仪器。(5)接地电阻值的检测应在土壤未冻结和非雨天时进行,天气气候条件要能够使正常检测得以进行。

4 结束语

防雷检测接地电阻分析 第2篇

编 码：ZD-17

版 本：2012-01 发布范围：普 发

张家口博德玉龙电力开发有限公司

防雷接地电阻定期检查、整改制度

公司名称：张家口博德玉龙电力开发有限公司 批 准 人：张家口博德玉龙电力开发有限公司总经理 批准依据：《电力安全生产标准化达标评级实施细则(试行)》 发布文号：2012-1 发布日期：2012年11月10日 生效日期：2012年12月01日

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防雷接地电阻定期检查、整改制度

防雷接地电阻定期检查、整改制度 目的

为有效防止或减少因雷击造成的设备、建筑物损坏和人身伤亡，保证风电场安全运行，为此特制定本制度。2 适用范围

本制度适用于张家口博德玉龙电力开发有限公司（以下简称公司）所属风电场防雷接地电阻定期检查、整改工作。3 编制依据

3.1 《风力发电厂安全规程》（DL796）

3.2 《电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分、电力线路部分）》（DL408-1991）4 主要应对的风险

防止或减少因雷击造成的设备、建筑物损坏和人身伤亡。5 职责分工

5.1 场长负责计划的制定。5.2 值长负责计划的执行。

5.3 检修人员配合专业人员进行检测。6 管理要求 6.1 基础工作

6.1.1 运维人员应认真学习防雷知识，做到：熟悉了解风力发电机、电气设备、线路、建筑设施的防雷装置设施，掌握风电场内接地装置、过电压保护器的特性、结构布置及在使用中的情况；了解风电场设备、设施对接地电阻的要求；记录风电场雷击情况并分析其规律。

6.1.2 风力发电机组、电气设备订货时，应向厂商提供风电场雷雨、地质情况，要求设备有可靠的防雷措施。

6.1.3 接地装置工程结束后，应组织专业人员按《电气装置安装工程接地装置

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防雷接地电阻定期检查、整改制度

施工及验收规范》（GBS0169-92）进行验收，不合格部分应督促认真整改，直至符合设计要求为止。6.2 测试、检查要求

6.2.1 防雷装置于每年雷雨季节前委托有资质的单位进行试验检查，试验项目见部颁《电气设备预防性试验规程》（DL/T596-1996）。

6.2.2 接地电阻测量应由有资质的单位在雷雨季节前进行。风力发电机组、箱变、线路杆塔接地电阻每年测试一次，接地电阻值≤4Ω；变电站接地网每三年进行一次全面测试，接地电阻值≤0.5Ω。

6.2.3 运维人员在每年雷雨季节前及雷雨前后对防雷装置增加特巡，对电气设备、引下线、接地线、接地体进行较全面的检查，检查连接处是否可靠、有无腐蚀、生锈、脱焊，接地体有无外露、断裂，深埋是否达到设计要求。6.2.4 测试检查结果和巡视情况应有记录、小结。6.3 防雷接地缺陷的整改要求

6.3.1 风力发电机组、电气设备、变电站及线路杆塔接地电阻值必须满足设计标准，在测量时，如果发现接地电阻值达不到原设计要求，应及时上报公司主管领导，尽快提出解决措施，抓紧落实整改。

6.3.2 在每年季节性检查时，如果发现防雷装置有缺陷，风电场应尽快组织消缺弥补，防止或减少雷击造成的损失。7 附则

7.1 本制度由张家口博德玉龙电力开发有限公司负责解释。7.2 本制度试行一年，通过实践不断修改、完善。7.3 本制度自生效日期起实施。【正文结束】

降低杆塔接地电阻的防雷效果 第3篇

云南电网每年雷击引起的输电线路跳闸数量大, 经济损失严重, 以下根据杆塔降阻实施情况, 对输电线路杆塔降阻改造进行调查分析, 对改造效果进行评估。

2 杆塔降阻实施情况总体情况

根据各供电单位上报数据, 截止至2009年6月, 云南电网全网110kV及以上电压等级输电线路共实施杆塔降阻改造2866基。根据雷电定位系统统计全网110kV及以上电压等级线路杆塔共78452基, 降阻改造杆塔占杆塔总数的3.65%。下按电压等级和改造类型统计的数据图 (总共2866基) , 见图1、图2。

第一类改造:增设接地扁铁类改造, 指为扩大地网面积而增设水平接地体、垂直接地体、复合接地体的改造。

第二类改造, 增设降阻设施类改造, 指为降低接地电阻而在地网上增设接地模块、空腹注水等设施的改造。

第三类改造, 添加降阻剂类改造, 指为降低土壤电阻率而在地网区域内添加降阻剂的改造。

由图1、图2可以看出, 杆塔接地电阻不合格情况在110kV较为突出, 220kV次之, 500kV合格率最高, 另外采用第一类改造占据绝大部分, 二三类改造较少。

3 改造效果分析

现在来看第一类改造后的效果见表1。

从表中我们发现杆塔接地电阻控制在20Ω以内的占改造总数的83.30%, 改造后接地电阻仍大于20Ω的占改造总数的16.70%, 总体改造效果较好。

且为了提高分析的准确度, 对于改造前杆塔接地电阻小于20Ω的杆塔不纳入统计, 仅对改造前接地电阻大于20Ω的杆塔改造效果进行评价, 见表2。

经分析:采用第一类改造 (系指为扩大地网面积而增设水平接地体、垂直接地体、复合接地体的改造) 方式进行改造, 对于杆塔接地电阻大于20Ω的杆塔, 改造后接地电阻小于20Ω的占74.35%, 总体改造效果较好。且改造前接地电阻越小, 其改造合格率越高。对于接地电阻超标, 但超标不明显的杆塔, 可优先采用第一类改造方式进行改造, 并可以取得很好的效果。

采用第二类改造方式进行改造, 杆塔接地电阻控制在20Ω以内的占82.16% (第一类改造为83.30%) , 改造后接地电阻仍大于20Ω的占改造总数的17.84% (第一类改造为16.70%) , 与第一类改造相比, 总体改造效果基本一致。

将改造前接地电阻大于20Ω的杆塔改造效果进行评价, 并分空腹注水和增设接地模块来统计分析。

增设空腹注水式接地装置改造, 对接地电阻大的杆塔 (6级、5级) 降阻效果明显, 而对接地电阻小的杆塔 (4级、3级) 降阻效果较差。该方法适用于杆塔接地电阻很大, 且降阻困难的杆塔。对接地电阻超标, 但超标不严重的杆塔不宜采用该方法。采用接地模块降阻, 对3～5级杆塔降阻效果较好, 但对于接地电阻过大的杆塔 (>100Ω) 效果较差。与第一种改造方法及空腹注水式改造方法形成互补, 配合使用达到理想效果。

一样还是对改造前接地电阻大于20Ω的杆塔改造效果进行评价。

对于杆塔接地电阻大于20Ω的杆塔, 改造后接地电阻小于20Ω的占81.4%, 总体改造效果较好。采用第三类改造方式进行改造, 其效果与改造前杆塔的接地电阻大小关系不大, 改造效果主要受降阻剂型号及施工工艺影响。第三类改造虽短期效果明显, 但与第一、第二类改造相比, 第三类改造会明显加速地网腐蚀。目前对降阻剂中长期效果尚无系统的分析与评估, 对降阻剂的使用还需进一步积累运行经验。

4 降阻措施

4.1 增设接地扁铁

效果稳定、对施工工艺要求不高, 不存在加速腐蚀现象, 改造成本最低。对原接地电阻小于50Ω杆塔降阻效果较好, 改造合格率在80%以上, 接地电阻越小改造合格率越高;缺点:对原接地电阻大于50Ω杆塔, 采用该类方式改造效果较差, 接地电阻越大, 改造合格率越低。

建议:对于杆塔接地电阻虽超标但不明显的杆塔 (接地电阻小于50Ω的杆塔) 宜首选该改造方式。

4.2 增设空腹注水装置

基本不存在加速腐蚀现象。对高接地电阻杆塔改造效果较好, 对改造前接地电阻大于50Ω的杆塔改造合格率在80%以上, 与第一类改造方式具有较好的互补性。

建议:对接地电阻超标严重的杆塔 (接地电阻大于100Ω) , 可考虑采用该方式改造, 但须关注生产厂家的选择并确保施工工艺。合理选择生产厂家、提高施工艺是保证降阻改造效果的关键。

4.3 增设接地模块

基本不存在加速腐蚀现象, 改造效果稳定。对接地电阻在100Ω以内的杆塔改造效果较好, 改造合格率在80%以上。其效果优于第一类改造方式, 且适用范围比第一类改造大。但改造费用很高, 是所有改造中费用最高的。

建议:若杆塔接地电阻为50～100Ω范围内, 且通过增设接地扁铁很难降低接地电阻的, 可考虑采用该方式改造。

4.4 添加降阻剂

降阻效果明显, 无论改造前杆塔接地电阻大小, 均有明显的降阻效果, 适用范围广。虽单基改造费用较高, 但因降阻效果明显, 折算至每下降1级接地电阻所需的费用并不高, 在4种降阻措施中排名第二, 介于增设接地扁铁和空腹注水之间。但其对地网腐蚀严重;降阻效果与降阻剂生产厂家及施工工艺关系较大, 改造效果存在较大分散性。

建议:虽然改造效果明显, 但对地网的加速腐蚀情况严重, 还需对不同厂家生产的降阻剂腐蚀性进行深入研究。在无研究成果前, 可试验性的小范围开展, 但不宜全面铺开。

5 结束语

以上介绍了四种线路杆塔的降阻措施, 通过实际数据分析了各种方法的优缺点, 以提供杆塔接地改造最佳方案。

参考文献

[1]吴薛红, 濮天伟, 聊德利.防雷与接地技术[M].化学工业出版社2008.1

防雷检测接地电阻分析 第4篇

对于检测人员来说, 为了准确检测接地电阻, 除了正确选择检测方法外, 还应正确使用接地电阻检测设备, 目前电梯接地系统的检测方法主要有两种。用ZC-8型接地电阻表测量是其中一种, 也是目前使用最普遍的接地电阻测量仪表, 它是根据电位差计算原理工作的, 为接地电极, P和C分别为电位和电流辅助电极, 被测接地电阻Rx接在E与P之间。测量时手摇发电机输出电流I, 流经电流互感器TA的一次线圈、接地极E、辅助电极C而构成一个闭合回路, 在接地电阻Rx上产生的压降为IRx;同时, 由电流互感器二次线圈产生的电流为nI, n为电流互感器变比, 二次电流经过电位器Rp产生的压降为nIRp, 检流计测量的电压为IRx与nIRp的压降之差。当检流计指针偏转调节为零时, 则有IRx=nIRp, 即Rx=nRp。可见, 被测的接地电阻是由互感器变比n和电位器电阻Rp所决定, 与辅助电极Rp和Rc无关。

值得注意的是在使用ZC-8接地电阻表时, 要将其放置水平位置, 检测前一定要检查检流计表针是否指在中心线上, 可用调节器将表针调整指在中心线上。由于ZC-8主要规格及量程分别是 (0~10) Ω/ (0~100) Ω/ (0~1000) Ω和 (0~1) Ω/ (0~10) Ω/ (0~100) Ω两种, 而电梯的接地电阻按规定不大于4Ω, 所以量程一般应选择在 (0~10) Ω量程比较合适, 否则过大量程会带来测量误差, 过小量程不能满足测量要求。接线时将ZC-8接地电阻表的E端 (如果是四个端钮则将C2P2用短路片联接后再) 与被测接地系统联接, 然后使用电位探针P1和电流探针C1依直线彼此相距20m打入土壤中, 电位探针P1要插在E端和C1端中间。如图1所示:

另外测量时手摇发电机要以约120转/分钟的速度均匀地摇动摇表。当表针偏转时, 随即调节微调拨盘, 直至表针指向中心线为止。读取仪表示值, 乘以量程, 即是被测接地体的接地电阻。例如仪表示值为4.1, 所在量程是1, 则被测接地体的接地电阻是4.1Ω。如所在量程是10, 则是41Ω。为了保证所测接地电阻值的可靠, 应改变方位重新进行复测。取几次测得值的平均值作为接地体的接地电阻。

随着城市的发展, 电梯的周围基本上是水泥, 很难找到合适的土壤打电位探针P1和电流探针C1, 所以有的单位用钳形接地电阻仪检测电梯接地系统的接地电阻, 它测量接地电阻的基本原理是测量回路电阻。钳形接地电阻仪的钳口部分由电压线圈及电流线圈组成, 电压线圈提供激励信号, 并在被测回路上感应一个电势E。在电势E的作用下将在被测回路产生电流I。钳形接地电阻仪对E及I进行测量, 并通过下面的公式即可得到被测电阻R:

用钳形接地电阻仪测量时只须将钳阻表的钳口钳住被测接地线, 即可从液晶屏上读出接地电阻值, 不用辅助电极, 无需将接地体与负载隔离, 实现在线测量。

在使用这类仪器时, 要注意使用前应将钳口铁芯端面清洁干净, 在开机前, 扣压板机一两次, 确保钳口闭合良好, 开机时, 其钳口及手柄不能施加任何外力, 钳口不能张开, 自检过程中, 保持钳形接地电阻测试仪的自然静止状态, 待钳形接地电阻测试仪自检完毕后, 检查电池的电量是否满足检测要求, 再用于测量, 测量时将被测电梯接地系统尽可能置于近似钳口几何中心位置, 并与钳口垂直, 且钳口及手柄不能施加有任何外力。

为了确保检测电梯接地电阻的阻值准确可靠, 使用的接地电阻表除了每年送有资质的计量部门进行检定外, 检测人员还要在检定周期之间进行运行检查。其操作程序是:找一只已知电阻, 每隔一段时间用ZC-8接地表进行一次检测, 接线图如图2所示:

两次测量误差结果的绝对误差不超过接地表的允许误差, 就可以认为该接地表的工作状态是正常的。如果R为已知4Ω, 用1量程 (0~10) Ω的测量范围测量, 第一次测量得4.1Ω, 隔一段时间后再次测量得4.3Ω, 则绝对误差是Δ=|4.1-4.3|=0.2Ω, 根据JJG366-2004接地电阻表检定规程我们得知ZC-8接地电阻表允许误差是用相对引用误差表示的, 在 (0~10) Ω这个测量范围内允许误差时是±3%10=±0.3Ω。故可认为该表的工作状况是正常的, 可确保其检测数据是准确可靠的。

钳形接地电阻仪一般随机配有5.1Ω的测试环, 为了确认钳形接地电阻仪的工作状态, 可以用测试环检验, 只要其显示值与测试环标称值之间的绝对误差不超过该值允许误差就说明钳形接地电阻仪的工作状态是正常的。根据JJG1054-2009钳形接地电阻仪国家检定规程和钳形接地电阻仪使用说明书, 钳形接地电阻仪在测量5.1Ω的允许误差是±0.15Ω, 所以用钳形接地电阻仪测量5.1Ω时, 只要显示值在± (5.1+0.15) Ω范围内, 都可以说明该钳形接地电阻仪的计量性能是正常的, 所检测的电梯接地系统的电阻值是准确可靠的。

摘要：电梯接地保护措施是保障电梯电气安全的一项重要安全技术, 接地系统的检测也是电梯安装工程竣工验收检验和定期检验的重要项目之一, 如何确保电梯接地电阻的检测准确可靠, 对于电梯使用、维护和检验人员的安全有着至关重要的意义。文章对如何确保电梯接地电阻的检测质量进行了分析探讨。

关键词：电梯接地电阻,检测

参考文献

[1]JJG366-2004, 接地电阻表检定规程[S].

工频接地电阻与冲击接地电阻分析 第5篇

接地电阻分为工频、冲击接地电阻。日常用接地电阻测试仪测量出的接地电阻为工频接地电阻, 指工频电流流入接地体中所呈现的电阻值, 可以认为是接地体20m以内土壤的散流电阻, 距离接地体20m以外的大地是电气上的零电位点;冲击接地电阻是在冲击电流或者雷电流沿着接地体入地时呈现的电阻。

2 工频、冲击接地电阻的区别与关系

工频、冲击接地电阻有着一定的区别, 即工频接地电阻是针对工频电流流过接地装置时呈现的电阻, 冲击接地电阻是冲击电流或者雷电流流过接地装置时呈现的电阻。同时两者之间又存在着必然的关系, 依据《建筑物防雷设计规范》2010版附录C, 接地装置冲击接地电阻与工频接地电阻有着一定的换算关系, 即R~=ARi式中R~指接地装置各支线的长度取值小于或等于接地体的有效长度le, 或者有支线大于le而取其等于le时的工频接地电阻;A指换算系数, 其数值按下图确定;Ri指所要求的接地装置冲击接地电阻。流沿着接地体入地时呈现的电阻。2工频、冲击接地电阻的区别与关系工频、冲击接地电阻有着一定的区别, 即工频接地电阻是针对工频电流现的电阻, 冲击接地电阻是冲击电流或者雷电流流过接地装置时呈现的电又存在着必然的关系, 依据《建筑物防雷设计规范》2010版附录C, 接地与工频接地电阻有着一定的换算关系, 即R~=ARi式中R~指接地装置小于或等于接地体的有效长度le, 或者有支线大于le而取其等于le时的换算系数, 其数值按下图确定;Ri指所要求的接地装置冲击接地电阻。

注:l为接地体最长支线的实际长度, 其计量与l e类同;当它大于l e时注:l为接地体最长支线的实际长度, 其计量与l e类同;当它大于l e时, 取其等于l e。如图所述, 工频、冲击接地电阻随着接地体敷设的环境土壤电阻率改变而发生着巨大的变化, 当建筑物防雷装置接地体敷设与陶粘土、砂质粘土等土壤电阻率ρ100Ω的土壤内时, 其工频、冲击接地电阻在数值上是相等的。但当接地体敷设于砂砾、砾石、碎石等高土壤电阻率的环境时, 其工频接地电阻可能达到冲击接地电阻的2~3倍。因此, 在高土壤电阻率的环境下敷设接地体, 用接地电阻测试仪测出的工频接地电阻只要不超过设计要求的冲击接地电阻值2~3倍, 就应该是符合设计要求的, 不需要再采取降阻措施。

3 高山通信基站接地体冲击接地电阻检测

高山通信基站一般情况位于山顶, 很容易成为雷电接闪的对象, 近些年, 随着通信行业的迅速发展, 高山通信基站遍布电阻为工频接内土壤的散流各地。笔者亲身参加过一些高山通信基站防雷地网的验收过程, 大部分情况, 通信基站防雷地网所处的敷设环境都是土壤电阻击电流或者雷过接地装置时率较高的砾石、碎石等。当时通信基站防雷地网冲击接地电阻值要求还是小于等于10Ω, 验收人员按照正常的检测方法, 利用接地电阻测试仪 (摇表) 测量出接地体的接地电阻值为12.5Ω, 随即给出的结论就是接地电阻值偏大, 不符合设计要求, 需增设人工接地体将接地电阻值降至10Ω以下。在随即的验收过程中还有类似的情况发生, 最后的验收结论都是不符合设计要求, 需增设人工接地体。其实通过接地电阻测试仪 (摇表) 测量出接地体的接地电阻为工频接地电阻, 而并非测量出来的直接就是冲击接地电阻, 是需要通过换算才能确定冲击接地电阻是否符合要求的, 如第二点中所述, 当敷设于砂砾、砾石、碎石等高土壤电阻率的环境时, 其工频接地电阻可能达到冲击接地电阻的2~3倍。那么要是通过换算当时测得工频节点电阻12.5Ω应该都是符合设计要求的, 所以这样的验收结论还是值得思考的。

4 结论

日常的防雷检测通常是在土壤电阻率100Ωm的市区, 工频、冲击接地电阻也通常被大部分检测技术人员所混淆, 认为接地电阻测试仪测出的接地电阻值符合《建筑物防雷设计规范》就是符合要求的, 不符合《建筑物防雷设计规范》的就是不符合要求, 需要整改的。当然土壤电阻率100Ωm的市区工频接地电阻和冲击接地电阻值在数值上是相等的, 所以得出的检测结论恰巧是正确的, 这样的情况一定程度上影响了防雷检测技术人员对于工频、冲击接地电阻的深入认识, 一但接地体的环境发生了改变, 最终就容易导致得出错误的结论。同样, 对于防雷技术施工人员能够明晰工频、冲击接地电阻之间的关系也是非常重要的, 有些防雷施工人员不分析接地装置敷设地点的土质、接地环境等条件, 只是通过接地电阻测试仪测其等于l e。量值大于设计要求值, 就盲目的采用降阻措施或增加人工接地体来追求达到设计值, 造成了人力、财力、物力的浪费, 这种现象在现实生活中也是普片存在的。

摘要：工频、冲击接地电阻有着一定的关系, 同时也存在明显的区别, 随着接地装置敷设地点的土质、接地环境的改变, 它们之间的关系也在不断的发生改变, 部分各类工程技术人员不能深入了解两者之间的联系, 使得部分防雷工程的接地装置接地电阻已达到设计的要求, 仍然盲目的采取讲足措施, 增加了防雷工程的造价。

关键词：工频,冲击接地电阻,区别,关系

参考文献

[1]GB50057-94《建筑物防雷设计规范》 (2010版) .

[2]GB50343《建筑物防雷设计规范》.

[3]QX-T106-2009《防雷装置设计技术评价规范》.

防雷检测接地电阻分析 第6篇

发生单相接地时, 小电阻接地配网系统能通过增大故障点电流使电弧稳定燃烧, 加速切除故障线路。据此, 上海电网技术原则规定, 上海市区变电站10 k V系统单段供电母线接地容性电流超过10 A的配电网, 应逐步改用小电阻接地系统。变压器10 k V中性点经5.7Ω电阻接地, 10 k V接地电流理论上最大值为1 k A, 当10 k V系统发生接地故障时, 由继电保护动作, 切除故障线路[1]。

但是, 近年来, 上海配电网在实际应用中发生了多起间歇性接地故障导致的中性点接地电阻烧毁的严重事故。线路发生间歇性接地故障时接地电流较小, 并且具有瞬时性的特点, 对此, 传统的继电保护装置尚未提出针对性措施, 这就造成出线零流保护不动作, 不能快速切除故障线路, 使配电网长期处于故障状态。同时中性点小电阻长期处于工作状态, 会出现发热严重的现象, 甚至被烧毁烧断。有分析显示现场工作的部分电阻由于各种原因发生了损伤, 但在平时未工作的情况下, 并不能检测出电阻故障。一旦发生电阻长期工作发热现象后, 丧失了热稳定性的电阻的电阻值就会升高, 那么此时小电阻抑制间歇性接地过电压的优势就会失去。电阻烧毁后配网甚至会成为不接地系统, 那么由此产生的弧光过电压将对整个电网产生极大危害。

1 间歇性接地故障的原因

1.1 电阻故障

目前在上海电网中使用的接地电阻主要有铸铁电阻、不锈钢电阻以及组合式接地电阻柜。其中, 不锈钢电阻和组合式接地电阻柜近年来在接地电阻中所占比重逐步提高, 特别是1996年以后, 新投运的接地电阻基本都是这2种类型。组合式接地电阻柜是在不锈钢接地电阻的基础上采用了组合方式, 其基本结构与不锈钢电阻大致相同, 但更便于安装。不锈钢接地电阻采用不锈钢合金, 通过在金属中添加不同的化学元素, 使合金具有较低的温度系数, 保证在发热后 (<760℃) , 电阻值变化能控制在一定范围内[2]。

接地电阻如果在运输、安装等过程中发生机械损伤, 在系统发生单向接地的情况下, 损伤可能会扩大, 导致电阻值变化, 使接地电阻发热状况加剧, 极端情况下会导致电阻烧毁。一种情况就是实际接地电阻值变小, 更容易产生间歇性电弧, 从而造成中性点间歇性电流, 同时使得接地电流与系统中保护的设定值不配合, 导致系统总后备保护 (主变零流或者零压保护) 动作, 形成母线失电, 后果严重。另一种情况就是电阻值增大, 甚至成为中性点不接地系统, 这就有可能造成系统内间歇性过电压的产生。

1.2 线路故障

小电阻接地系统在上海10 k V配电网运行已有较长的时间, 随着架空绝缘导线的推广应用, 可能发生当架空绝缘导线断线落地时 (可能是电源侧或负荷侧) , 小电阻接地系统出现较小接地电流的情况。依据现有已经安装的微机继电保护装置的整定设置, 该接地电流无法为运行人员提供准确的报警信号, 致使接地不能及时被发现, 可能造成不必要的人员伤害和设备损坏[3]。

故障产生的零序电流大部分由故障点经故障线路流向电源, 非故障线路的零序电流相对很小。零序电流的大小与故障位置、负荷量和过渡电阻有很大的关系:故障点离电源越远, 零序电流越小;零序电流随着负荷量的减少而减小;过渡电阻越大, 零序电流越小[4]。比如故障点靠近负荷侧, 此时过渡电阻阻值较大, 故障点电流有效值在几安到几十安之间。架空线与周围物体 (例如树枝等) 搭接、电缆对地绝缘降低或是架空线断线落在地面而过渡电阻较大等均属于这类情形。根据DL/T6201997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定:当10 k V系统电容电流大于10 A (钢筋混凝土或金属杆塔的架空线) 、20 A (非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线) 或30 A (电缆) 时, 接地电弧将不能自熄。但该标准对接地电流大于何值时接地电弧能稳定燃烧 (即不发生电弧接地, 类似金属性接地的情况) 并没有说明。这是因为接地电弧的燃弧情况除了与恢复电压有关外, 还与外界气象条件、电弧部位介质等多种因素有关, 实际过程极为复杂。不论接地电弧能否自熄, 实验证明:在接地故障电流为数安至数百安的范围内都可能产生接地电弧过电压。而在中性点经小电阻接地系统中发生单相接地时, 其故障电流也是在几百安左右 (当然不排除接地故障电流有近千安的可能) , 这就有可能发生电弧接地过电压。

2 间歇性接地故障的危害

对于含有一定比例电缆的网络或全电缆网络来说, 电缆线路对地电容的电流比相同长度的架空线路大得多, 约为架空线路电容电流的17倍[5]。当发生单相间歇性电流故障, 而零流保护不动作时, 因单相接地电流较大, 带单相接地故障运行时电弧就不能自熄。电弧反复重燃或稳定燃烧, 会导致瞬间接地发展为永久接地。尤其当接地发生在电缆上时, 因为电力电缆的绝缘裕度比架空线路小得多, 承受过电压的能力较低, 容易引起配网中非故障相电缆第2点或多点击穿, 扩大为相间短路接地, 即出现所谓的电缆“放炮”现象, 扩大事故。

受故障点电弧不稳定的影响, 实际上故障点的间歇性击穿会不断产生暂态零序电流信号, 从而产生间歇性故障电流。在间歇性电弧接地形成的过电压继续运行时, 电弧可能多次重燃、熄灭, 导致线路电容上负荷的多次分配与电感震荡, 使中性点位移电压升高, 从而形成过电压。当间歇性故障持续, 导致中性点电阻烧毁, 配网变成中性点不接地系统后, 更是容易产生间歇性过电压。在单相接地电弧点燃、熄灭的过程中, 因系统电荷积累发生振荡易产生高幅过电压。弧光接地过电压以及谐振过电压可能对电网设备造成极大危害, 导致事故扩大。

3 中性点电阻保护

事实与数据证明, 一旦中性点接地电阻异常, 将给配电网的稳定运行带来极大隐患, 甚至可以造成事故扩散升级。通过理论研究及仿真试验可以看出, 一旦接地电阻大于100Ω就会出现弧光过电压, 而接地电阻烧毁或者从电网中脱离使得电网成为不接地系统, 弧光过电压出现的概率将极大增加。小电阻接地电网开关设备一般绝缘等级不高, 这些设备的损坏会使危害扩散。电网发生单相接地时需要将故障支路成功切除, 而当发生接地电阻故障时就需要停切供电变压器。由于小电阻是否正常工作在电网正常的情况下很难观测, 因此需要在小电阻柜上安装小电阻在线监测装置, 并实时计算当期小电阻阻值, 发现异常立即报警;监测装置还可以测量电阻温度, 防止电阻过热。

4 结语

在中性点经小电阻接地系统中, 当发生间歇性弧光接地故障时, 接地电弧熄弧后, 残余电荷将通过中性点电阻提供的回路释放。如果熄弧到2次燃弧的时间间隔不够长, 那么电荷就不能全部释放, 有可能产生过电压。当发生间歇性弧光接地时, 中性点经小电阻接地可以很好地抑制过电压的产生。但由于接地故障电流在几安至几百安的范围内都有可能发生弧光接地过电压, 并且中性点经小电阻接地系统的保护跳闸时间也有个△t (配合时间) 的考虑而不能迅即响应, 故而较大的接地电流会使电弧稳定燃烧的概率增大, 造成小电阻设备的烧毁。因此, 在接地电阻设备处安装接地电阻在线监测装置或其他相应的保护措施是十分必要的。

中压配电网肩负给用户配电的重责, 单相接地是影响其供电安全的首要因素, 80%的故障是由单相接地引起的。开展中压电网接地电阻故障综合研究, 对于提高供电可靠性意义重大, 为电网的安全经济运行提供了强有力的技术保障, 从而为用户提供了优质可靠的电源, 其社会效益不可估量。

参考文献

[1]施伟斌.基于10kV小电阻接地系统的架空线路接地故障指示器[J].低压电器, 2007 (13) :34～35, 47

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[3]周陶宏.小电阻接地系统断线状况分析[J].供用电, 2008, 25 (2) :30～33

[4]李建华.10kV小电阻接地系统断线接地故障仿真计算[J].上海电力, 2006 (1) :61～63

接地电阻的影响因素分析 第7篇

关键词：接地电阻,影响因素,分析

接地是保障供用电操作人员安全及设备正常运行、降低干扰的必要措施。随着经济的发展和科学技术的进步,信息技术、计算机应用技术发展迅速,各种过程控制和测量技术的自动化程度越来越高,为提高测量设备的稳定性和可靠性,除了提高设备本身的信噪比外,设备的接地电阻也越小越好。但高电阻率地区,降低接地电阻非常困难。下面对接地装置大小(面积)、材质、施工方法及测量方法等影响接地电阻的因素进行了分析。

1 接地电阻的组成

接地装置的接地电阻包括以下三部分:(1)接地极和接地引线的自身电阻;(2)接地极表面与其接触土壤之间的接触电阻;(3)电流经接地极向大地中流散时所遇到的土壤电阻即流散电阻[1]。接地极与接地引线自身的接地电阻取决于接地装置采用的材料,材料电阻率越低其电阻越小。接地体与土壤的接触电阻通常与土壤电阻率、土质密实度、土壤颗粒大小等有关。流散电阻即电流从接地体流向土壤的难易程度,它是由接地体材质、土壤电阻率及接地体与土壤之间的紧密程度等综合因素有关。

2 影响接地电阻的因素

2.1 接地体尺寸的影响

如图1所示,设金属半球的半径为r0,经它向地中流散的电流为I,假设土壤电阻率ρ为均匀半无限大介质。

在离球心O距离为r(r>r0)处的电流密度为:

电场强度为:

以无穷远处为零电位点,则r处的电位为:

则接地极上的电位为:

所以,半球形接地极的接地电阻为:

式中:ρ为土壤电阻率;r0为半球形电极的半径。

设r0到r之间的土壤电阻为R′,那么:

由式(5)、(6)可看出半球形接地体的接地电阻与土壤的电阻率成正比,与半球形接地体的(特征尺寸)半径成反比。即,一旦接地体的位置确定(土壤电阻率确定),决定接地体接地电阻大小的是接地体的尺寸(半径),因此,接地装置应有适当的面积。

由恒定电流场和静电场的相似性,利用静电场中已知的电容公式导出接地电阻的计算公式[2]:

R=Cερ(7)

式中,ε和ρ分别为土壤的介电系数和电阻率,C为接地体对无穷远处的电容。

式(7)还可以看出,增加接地体的尺寸(面积),电容C也相应成比例的增加,从而接地电阻也会成比例的减小,而电容C的增加对高频干扰信号的泄放是有利的,因此,用增大接地体的尺寸的方法降低接地电阻也是改善高频干扰的有效手段。

2.2 土壤电阻率的影响

从式(5)、(6)、(7)可以看出,接地体接地电阻与土壤电阻率成正比。接地体设置位置土壤电阻率的高低直接影响到接地体接地电阻的大小。

2.2.1 土壤电阻率的特性

土壤电阻率因地质条件、温湿度的不同有很大的差别,一般情况下:(1)土壤电阻率随注入电流的增大而减小。电流有使电解质电解的作用,注入电流时,接地体周围土壤中离子数量增多,从而使土壤电阻率降低。(2)含水量大的岩石和土壤的电阻率较低,含水量少的干燥岩石和土壤的电阻率则较高。而当含水量超过75%时,由于溶解物浓度降低而使土壤电阻率升高[3]。(3)常温条件下,温度的变化对土壤电阻率的影响并不大。然而在0℃以下的呈负温趋势,随温度的降低而增大[3]。

土壤电阻率的这些特性在实际进行接地设计时具有指导意义。在设计接地时,应对周围土壤电阻率进行测量;选取土壤电阻率相对低(积水)的位置;尽量深埋接地装置;高电阻率地区通过换土、使用接地降阻剂或利用钢管接地体注水法或深井爆破等改善土壤电阻率降低接地电阻。

2.2.2 接地降阻剂的降阻机理

高土壤电阻率地区,使用降阻剂可以有效降低接地电阻,降阻剂降阻原理如图2所示。

图2中,r为半球形接地体的半径,ρ为大地电阻率,x为接地电阻的影响区域,理论上为无穷大。

假定土壤电阻率是均匀的,不使用降阻剂情况下,如图2 a)接地体的接地电阻如式(5)所示。使用降阻剂后,见图2 b),则半球形接地体的接地电阻为:

式中:ρ1为降阻剂的电阻率;r1为降阻剂层到圆心的距离。

由于降阻剂的电阻率远小于土壤电阻率,即ρ1<<ρ,由式(5)和(8)相比可得:

由此可见,用降阻剂后,相当于增大了半球形接地体的半径,而使接地电阻降低。

根据式(6)得到距接地模型中心距离与总接地电阻的关系,(设接地装置等效半径[1]为r0)如表1所示。

表1距接地体中心的距离与总接地电阻的关系

由表1可以看出:当离开接地体等效半径的2倍距离处的接地电阻为总接地电阻R的50%,当离开接地体等效半径的10倍距离处的接地电阻为总接地电阻的90%。因此,在离开接地体等效半径的2倍距离内用人工换土或添加降阻剂的方法改善高电阻率地区接地体周围的土壤电阻率是有效的方法。

2.3 材料对接地电阻的影响

接地材料一般用钢材、铜材以及非金属材料等,非金属接地材料应用最广泛的是非金属(主要成分为石墨)接地模块和电解质接地系统。

从接地装置的接地电阻的组成看,接地极和接地引线的自身电阻与接地材料有关。梳形接地网见图3,接地引线10 m,10 m10 m间隔1 m的梳形网(接地网和引线用40 mm4 mm的镀锌扁钢或黄铜),按铜材和钢材分别计算接地装置自身的接地电阻。

从计算结果看,对要接地电阻在0.5Ω以上的接地装置来说,使用铜材和钢材对接地电阻的影响不大。

非金属材料的接地模块由于以石墨为主添加了无机盐缓释离子,它的自身接地电阻必定比金属材料的接地电阻要大(石墨的电阻率为:8Ωmm2/m)。铜材料和非金属接地模块的耐腐蚀性较好,如果接地装置为永久性设施从减少维护费用来说,选用铜质接地体或接地模块是比较合理、经济的。

2.4 施工对接地电阻的影响

施工对接地电阻也有较大的影响。如回填不密实,降阻剂没按照说明书的工序拌合添加,回填土夹杂大量石子或沙子等都会影响接地装置的接地电阻。因此,应严格按照回填工艺分层夯实,如果回填土石子太多,应过筛再回填,降阻剂应按照说明书的工艺添加,才能保证接地装置的接地电阻在施工工序上的影响最小。

2.5 测量方法对接地电阻的影响

测量是对接地装置电阻值的检测过程,因此,测量本身不会影响接地电阻。但如果测量方法不当,其阻值会有所不同,影响对接地装置的评价。

在测量接地电阻时,接地装置的电位Vo是以无限远处的“零”电位为参考点[4]。但在接地电阻测量时,不可能将电流辅助电极和电压辅助电极设置在无穷远处,这样也给测量带来误差。

3 接地电阻的测量

接地电阻的测量通常用直线三极法(电位降法)和无辅助极法。

3.1 直线三极法

接地电阻测试原理图见图4。电流I从接地体E流入,从辅助电流极C流出,则接地体的电阻为E的电位与流入辅助电流极C的电流I的比值。经实践和几何计算,当直线布置电压和电流极时,电压极P距接地体的距离(d12)与电流极距接地体的距离(d13)的比为0.618时,可测到接地体实际的接地电阻。

3.2 无辅助极法(钳型法)测量原理

图5为钳型法测量示意图。当磁环1在电压V的作用下产生一个交变电流,根据法拉第电磁感应定理,在闭合接地装置S内将产生一个交变电流I;同时在环路2内将产生一个感应电压Vi和感应电流i,通过表内检流计比较、运算,计算出接地装置环路S的接地电阻R=k(V/i)。在实际测量时,如图6所示,在整个并联接地网中,设Rx为被测接地电阻,此时,其他各支路的接地电阻并联R=R1//R2//R3////Rn。若在被测支路中加一个感应电压,然后测出被测接地极中的电流I,则RE=U/I=Rx+R≈Rx。当n较大时,R<

4 结语

影响接地电阻的因素很多,但主要影响因素是接地装置所处位置的土壤电阻率、接地装置的尺寸及施工方法。在接地设计时,应先实地勘察土壤电阻率,根据土壤电阻率估算所需接地电阻值的接地装置尺寸,同时在施工时排除不利于降低接地电阻的因素,就能使接地电阻达到较理想的数值。

参考文献

[1]戴瑜兴,黄铁兵,梁志超.民用建筑电气设计手册[G].2版.北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2]川濑太郎.接地技术与接地系统[M].冯允平,译.北京:科学出版社,2001.

[3]李景禄.接地装置的运行与改造[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

防雷检测接地电阻分析 第8篇

随着电力负荷的快速增长,为了应对供电走廊和供电用地紧张带来的挑战,提高电网容载比和供配电能力,供电部门把目光投向了20 kV电压等级。20 kV/0.4 kV的供电方式可以降低工程投资,降低损耗,尤其是在负荷密度大、线路较长的情况下,经济效益十分显著[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。

国内20 kV电压等级的主要使用情况为:①苏州供电公司从1996年开始采用20 kV电压等级,20 kV侧采用中性点经小电阻接地方式。②辽宁本溪市2004年对南芬变电站从66 kV/10 kV升压为66 kV/20 kV,20 kV侧中性点采用经消弧线圈接地,全架空出线。③从2008年开始,部分省电力公司大力推广应用20 kV供电系统,中性点采用小电阻接地方式,并逐步实施10 kV升压至20 kV的改造工程。中性点采用经小电阻接地方式,主要原因是:为了让保护可靠跳开故障线路;降低设备的耐绝缘水平,节省电缆出线投资;为了满足10 kV中性点非有效接地系统直接升压到20 kV的需要,尽量继续使用升压前的相应电力一次设备。

苏州20 kV侧主要采用电缆出线,发生高阻接地的可能性非常小。随着20 kV供电系统的大力推广应用,很多地方会出现架空线,或者电缆、架空混合线路,这就必须考虑单相高阻接地对线路保护动作行为的影响。

本文针对中性点经小电阻接地系统,给出了国内20 kV线路保护配置情况,结合现场试验结果,阐述了单相高阻接地时保护可能发生拒动作现象。在理论和仿真分析的基础上,提出了解决单相高阻接地保护拒动作的措施。

120 kV线路保护配置现状

目前,20 kV中性点经小电阻接地系统的线路保护主要配置如下:

1)过电流保护:包括电流瞬时速断、限时电流速断和定时限过电流保护,相电流超过定值且延时大于整定值,装置即出口跳闸。

2)零序过流保护:包括零序过流Ⅰ段和零序过流Ⅱ段,当接入装置的计算零序电流超过定值且延时大于整定值,装置即出口跳闸。

3)零序功率方向保护:零序电流大于较小的整定值,且零序功率方向元件动作,则经过一定的延时后保护跳闸。

上述保护功能均可以根据需要投退,两段式零序过流保护和零序功率方向保护两者选其一。以江苏某20 kV出线为例,保护主要配置和整定值如表1所示。

2 单相高阻接地问题

对于中性点有效接地系统,线路保护装置采用零序过流或零序功率方向保护来跳开经过渡电阻单相接地故障的出线。目前国内10 kV和35 kV系统绝大部分采用中性点非有效接地方式,由小电流接地选线保护来选择故障出线;少数地区为中电阻接地方式,线路采用零序功率方向保护,如南京地区的部分10 kV系统;国内20 kV系统一般采用小电阻接地方式,线路采用零序过流保护。下面的分析和仿真,均针对中性点经小电阻接地系统。

2.1 整定值选取原则

电缆、架空线路零序过流保护的定值一般按下列原则选取:

1)对于电缆出线,发生的故障基本为低阻接地,故障电流较大,定值的灵敏度一般没有问题,考虑定值主要的出发点是区外单相接地时躲过被保护线路的电容电流。

2)对架空线路或者电缆、架空混合线路,由于施工、刮碰等原因会导致架空线碰断后掉到地面,发生单相高阻接地的可能性较大,考虑定值主要的出发点是尽可能保证高阻接地时的灵敏度。

单相高阻接地时,由零序过流保护或零序功率方向保护来实现保护跳闸。如果采用零序过流保护,零序Ⅱ段过流定值选择为:按可靠躲过本线路电容电流整定。如果采用零序功率方向保护,则零序电流定值选择为:按躲正常负荷的最大不平衡电流整定。

零序过流保护和零序方向保护的性能比较如表2所示。

表2中零序过流保护的缺点“某些情况不能适用”,指的是该保护在下面2种情况可能存在问题:一是环网线路;二是某条出线电缆很长,而其他出线均比较短,若按躲本线路电容电流整定,则定值难以选取。

2.2 整定值差异

1)被保护线路电容电流值的估算

不管是电缆出线还是混合出线,系统接地时电容电流较大,单一断路器所带电缆总长一般限制在15 km以下,假设采用导体截面积为3630 mm2的电缆,对应单位长度电容值为0.416 μF/km。这样,计算出电容电流不超过22.6 A。

2)最大不平衡电流整定值的估算

按照相应的规程[10,11,12,13,14],“正常最大不平衡电流,一般可整定为电流互感器额定电流的0.05倍～0.1倍”,假设采用变比为600 A/5 A的电流互感器,一次额定电流为600 A,不平衡电流整定值选取为30 A～60 A。

根据上面的估算结果,如果出线电缆总长度不是特别长,线路单相电流互感器一次额定电流比较大,则零序过流保护Ⅱ段和零序功率方向保护的零流定值基本相同。反之,则零序过流保护Ⅱ段整定值会大于零序功率方向保护的零流定值。

2.3 极性校验原则

零序功率方向保护存在的问题是接入保护零序电压、电流极性的正确性必须经过严格的校验。校验方法如下:

1)保护装置单体极性校验:分别给A,B,C相加57.7 V电压,观察保护装置面板显示的相电压和零序电压;分别给A,B,C相加1.0 A电流,观察面板显示的相电流和零序电流;按照最大灵敏角分别给A,B,C相加上述电压和电流,观察零序方向保护是否动作,并查找动作边界。

2)带回路检查:如果负荷电流大于零序功率方向元件中零序电流的判别值,可以做带负荷试验来校验零序电压与零序电流之间的极性是否正确。如果某条出线的负荷电流小于零序电流判别值,则需要等出线负荷增大后再补做相应的试验,在补做试验前,线路保护存在零序极性接错导致保护不正常工作的隐患。在某些特殊情况下,可以通过人工接地试验来验证极性,但工作量比较大,也存在一定的风险。

2.4 存在的问题

由于整定值基本相同,加上零序电流、电压的极性校验比较困难,部分省份推广的20 kV系统,保护装置均采用零序过流保护,而不采用零序功率方向保护。

为了验证架空线路从10 kV升压到20 kV后的适应性,开展了升压运行的人工单相接地试验研究,考核系统在各种工况下可能出现的过电压情况(包括投切空载线路过电压、接触电压和跨步电压等)以及继电保护动作的正确性。试验项目包括经沙土、柏油路面、树木和水泥板单相接地。表3给出了本次试验部分测量数据和保护动作情况,试验中接地相均为A相。

从表3可以看出,高阻接地时接地点电流比较小,零序过流保护会拒动作。

3 仿真分析

3.1 仿真计算

以国内某20 kV供电系统为例进行分析仿真计算,变压器采用220 kV/21 kV的YN,yn接线,20 kV侧中性点经过19.92 Ω小电阻接地,变压器高压侧与低压侧之间的电抗为31 Ω,计算得到从20 kV侧看过去的变压器电抗约为0.28 Ω。

在仿真计算前,先计算20 kV侧短路电流,相对于中性点电阻而言,变压器和电缆的阻抗可以忽略。因此,20 kV出线电缆发生单相金属性接地故障时,短路电流(单位A)约为:

${\rm I}=\frac{U{}_{\text{e}}}{\sqrt{3}R}=\frac{2110{}^3}{\sqrt{3}19.92}=608.7$

式中:Ue为相间电压;R为中性点电阻。

经过仿真,电缆出线不同整定值下发生单相接地,可以计算出不同的耐过渡电阻能力,仿真结果如表4所示。

3.2 结果分析

参考表1和表4,同样以某20 kV出线保护实际配置和整定值为例来分析。针对单相高阻接地,如果采用零序过流Ⅱ段,选用150.0 A的定值,保护耐高阻能力仅仅为57.1 Ω;如果采用零序功率方向保护,选用表2中的定值,不平衡电流整定值选取为30 A,保护耐高阻能力提高到365.0 Ω,故障相母线电压下降5.2%,能可靠用于判断零序功率方向。

根据表4,进一步估算零序功率方向保护的最大耐过渡电阻能力。如果一次零序电流整定值选为15 A,存在2个隐患:①零序电流整定值偏小,可能小于正常运行时的最大不平衡电流;②故障相母线电压仅下降2.6%,用于判别方向的零序电压幅值较小,计算得到的零序功率方向会有较大的偏差。

根据上面的分析可见,中性点经19.92 Ω电阻接地的20 kV系统,如果采用稳态量判断故障,出线保护耐过渡电阻能力一般不超过365.0 Ω。

4 改进思路和效果分析

4.1 改进思路

根据上面对整定值和仿真计算结果的分析,无论采用零序过流保护还是零序功率方向保护,经较大过渡电阻单相接地、但危害配电网一次设备或人身安全时,保护存在拒动作的可能。为此,提出如下改进思路:

1)采用高精度的零序电流互感器,在零序电流较小时能提高其测量精度。

2)根据负荷电流不平衡情况,装置自适应调整零序电流整定值。

3)采用电流、电压暂态量信息判断单相高阻接地故障,甚至可同时采集附近各出线的零序电流,利用基于暂态量的群体比幅比相原理判断单相高阻接地线路。

4)按照国家电网公司智能化规划和相关标准内容,智能变电站的站控层包含站域控制子系统,在站域控制中可以配置单相高阻接地判别逻辑。

4.2 效果分析

针对上述改进思路,分别分析其效果如下:

1)发生高阻接地时,小电阻接地系统具有非有效接地系统类似的故障特征,即零序电流比较小。法国提出的小电流接地选线“PDTR”方法,利用测量精度能达到满量程0.5%的零序电流互感器,大大提高了中性点非有效接地系统故障选线技术的耐高阻能力[15]。同样的技术原因,小电阻接地系统采用高精度零序电流互感器,也能提高配电网线路保护的单相接地耐高阻能力。

2)文献[10]中规定的最大不平衡电流,是综合考虑所有不利因素后最保守的结果。如果能根据负荷不平衡情况实时估算并由装置自适应调整整定值[16,17],能降低零序电流整定值,提高装置耐单相高阻接地能力。降低零序电流整定值后线路保护耐单相高阻接地的效果如表4所示。

3)在单相经较大过渡电阻接地时,现有的保护装置难以满足灵敏度要求,其原因是仅采用本线路零序电流稳态量信息。参考近年来电网中应用效果较好的小电流接地选线技术,故障时利用附近各出线中丰富的暂态量信息,可明显提高小电阻接地系统配电线路保护的耐高阻能力[18,19]。

4)按照国家电网公司对智能变电站的设计和建设要求[20],站控层可以采集到母线电压、所有出线三相电流和零序电流、中性点电流,以及网络拓扑信息,充分利用全变电站内各种模拟量和开关量信息,除了实现常规保护测控功能外,能提高出线保护耐单相高阻接地能力。

5 结语

本文针对国内小电阻接地配电系统线路保护现状,结合国内某次人工接地试验结果,阐述了线路保护存在单相高阻接地时的拒动作问题。在对仿真计算和试验结果分析的基础上,提出了采用高精度互感器、自适应调整电流整定值、利用暂态量信息和变电站站域信息进行高阻接地故障判断的改进思路,并定性分析了改进思路的效果。

本文提出了目前配电网小电阻接地系统线路保护存在的问题,以求抛砖引玉,促进提高线路保护耐单相高阻接地故障的能力。