CN107843784A - 一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，包括：在地网上选择电流注入点和电流回流点的位置，电流注入点连接高频电源的正极，电流回流点连接高频电源的负极；在电流注入点和电流回流点的连线上选择电压参考点；使用高压探头测量高频电流注入地网时，电流注入点与电压参考点之间的电位差，读取电位差的有效值，即为注入点的地电位升；使用电流探头测量高频电流的有效值，比较电流与地电位升之间的相位差；根据地电位升、电流和相位差计算某一频率下地网的高频接地阻抗；改变高频电源的频率，重复上述步骤得到接地网频率‑阻抗特性。

Description

一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，尤其涉及一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法。

背景技术

在电力系统中为了工作和安全的需要，常需将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。变电站为保证可靠接地，需要在变电站地下埋设接地网，接地网的大小可以与变电站的面积相当。

目前，考核接地网性能的主要指标为接地网的工频接地电阻，相关检测方法已经非常完善，实际中需要对新建成地网及使用一段时间的接地网进行工频接地电阻测量，根据工频接地电阻的大小评价接地网的性能。

对地短路故障及雷击是电力系统中常见的事故，雷击时注入接地网中的一般为高频成分为主的冲击电流。接地网的冲击特性与工频特性有较大差别，冲击下，由于接地导体的电感效应，冲击电流难以在地网上均匀散流，而是集中在电流注入点附近的接地导体上散流，散流的有效面积较小。因此，在冲击电流注入下，注入点与接地网其它区域之间出现极大的暂态电位差。目前新建的特高压变电站接地网对角线长度一般可达到数百米，如此大面积的接地网工频接地电阻往往很小。然而，由于冲击电流散流存在有效面积的问题，即使接地网的工频接地电阻很小，冲击电流注入下，仍然可能造成危险的冲击暂态地电位升。因此，十分有必要考核接地网的冲击特性。然而，目前工程上很少对接地网的冲击特性进行考察，这无疑留下了较大的安全隐患。

冲击电流以高频成分为主，接地网的冲击特性与高频特性有较高的相似度，因此可以通过考察接地网的高频特性间接考察接地网的冲击特性。

传统的接地网测试方法为三极法，如图1所示，电流回流极应距离地网边缘2～3D(D为接地装置最大对角线长度)。小型接地装置对角线长度较小，较容易满足该要求。但特高压变电站接地网对角线长度可达数百米，满足要求的回流点位置往往会在一公里甚至数公里外，长距离布置电流引线较为困难，现场工作量巨大。且过长的引线存在较大的电感，对高频电流有较大的阻碍。同时，铺设的回流极由于现场条件限制只能简单布置，接地电阻很大。长引线的电感和回流极的接地电阻导致整个回路阻抗较大，由于高频电源一般功率较小，导致电流无法输出的情况。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法。

为实现上述目的，本发明提供一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，包括：

步骤1、在地网上选择电流注入点和电流回流点的位置，电流注入点连接高频电源的正极，电流回流点连接高频电源的负极；

步骤2、在电流注入点和电流回流点的连线上选择电压参考点；

步骤3、使用高压探头测量高频电流注入地网时，电流注入点与电压参考点之间的电位差，读取电位差的有效值，即为注入点的地电位升；

步骤4、使用电流探头测量高频电流的有效值，比较电流与地电位升之间的相位差；

步骤5、根据地电位升、电流和相位差计算某一频率下地网的高频接地阻抗；

步骤6、改变高频电源的频率，重复上述步骤得到接地网频率-阻抗特性。

作为本发明的进一步改进，在步骤1中，所述电流注入点和电流回流点为接地引下线，所述电流注入点与电流回流点之间的距离大于100m，所述高频电源产生频率范围1-50kHz的高频电流。

作为本发明的进一步改进，在步骤2中，所述电流注入点和电流回流点的距离为L，所述电流注入点和电压参考点之间的距离为0.618L。

作为本发明的进一步改进，在步骤3中，所述高压探头正端接电流注入点，所述高压探头负端通过金属导线接电压参考点，高压探头的数据接头接示波器或数据采集卡以记录该电位差的波形，读取电位差的有效值Um，即为注入点的地电位升。

作为本发明的进一步改进，在步骤4中，使用电流探头测量高频电流的有效值Im；电流探头与电压探头接在同一示波器之上，根据示波器显示的电压、电流波形，比较电流与地电位升之间的相位差，设电压领先电流的相角为ψ；

在步骤5中，高频接地阻抗Z_f的计算公式为：

作为本发明的进一步改进，还包括：电流注入点附近的地电位升的测量；

测量时，高压探头正端接在注入点附近的接地引下线上，高压探头负端通过金属导线接电压参考点。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明将电流回流极布置在待测地网之上，无需在待测地网外重新铺设电流回流极，减小回路的阻抗，便于进行接地网高频特性检测；

本发明提出的接地网高频特性检测方法仅需铺设约100m的电流引线，大大减小测量工作量，方便于大型接地网高频特性检测的开展；

本分明提出的方法无需在地网外重新铺设回流极，减小回路的阻抗，便于输出高频电流；

本发明通过合理选择回流点位置可以补偿回流点的影响，测量得到结果准确。

附图说明

图1为现有三极法的示意图；

图2为本发明一种实施例公开的利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法的流程图；

图3为本发明一种实施例公开的电流注入点和电流回流点在地网上的布置图；

图4为本发明一种实施例公开的电压参考点的布置图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实际上，高频电流注入地网时，高频电流集中于注入点及附近区域散流。从注入点往外，地网地电位升迅速衰减，这点与于低频时有很大的不同，因此，对于特大型接地网，回流点并不需要标准里推荐的这么远。合理的回流点位置甚至可以在待测的地网内，此时，由于高频下接地网纵向感抗较大，绝大部分电流散流入地，而不是通过地网导体流回电源。根据该思路，本发明提出一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法。

如图2所示，本发明提供一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，将电流注入点和电流回流点同时布置在待测地网中；具体包括：

S101、如图3所示，在待测地网(图3所示的网格)上选择电流注入点和电流回流点的位置，电流注入点一般为重要设备或避雷针的接地引下线，电流回流点选择与电流注入点有一定距离(100m以上)的接地引下线；电流注入点和电流回流点的位置选定后，将高频电源的正极连接电流注入点接地引下线，高频电源的负极连接电流回流点接地引下线，通过高频电源产生高频电流，高频电流的频率范围为1-50kHz。

S102、如图4所示，在电流注入点和电流回流点的连线上选择电压参考点；电流注入点和电流回流点的距离为L，电流注入点和电压参考点之间的距离为0.618L。

S103、使用高压探头测量高频电流注入地网时，电流注入点与电压参考点之间的电位差；高压探头正端接电流注入点，高压探头负端通过金属导线接电压参考点，高压探头的数据接头接示波器或数据采集卡以记录该电位差的波形，读取电位差的有效值Um，即为注入点的地电位升。

S104、使用电流探头测量高频电流的有效值Im；同时比较电流与地电位升之间的相位差；具体为：电流探头与电压探头接在同一示波器之上，根据示波器显示的电压、电流波形，比较电流与地电位升之间的相位差，设电压领先电流的相角为ψ。

S105、根据地电位升Um、电流Im和相角ψ计算某一频率下地网的高频接地阻抗Z_f；Z_f为一复数，计算公式如下：

S106、改变高频电源的频率，重复上述步骤得到1-50kHz接地网频率-阻抗特性。

本发明同样可以使用高压探头测量注入点附近的地电位升；测量时，高压探头正端接在注入点附近的接地引下线上，高压探头负端通过金属导线接电压参考点。

不同于传统的三极法需要在待测地网外重新铺设电流回流极，本发明将电流回流极布置在待测地网之上，无需在待测地网外重新铺设电流回流极，减小回路的阻抗，便于进行接地网高频特性检测；本发明提出的接地网高频特性检测方法仅需铺设约100m的电流引线，大大减小测量工作量，方便于大型接地网高频特性检测的开展；本分明提出的方法无需在地网外重新铺设回流极，减小回路的阻抗，便于输出高频电流；本发明通过合理选择回流点位置可以补偿回流点的影响，测量得到结果准确。

针对超大型接地网，也可在接地网外较近处铺设回流极，但回流极的位置无需同标准里要求的距离地网边缘2～3D这么远，甚至可以在接地网边缘处铺设回流极。

实例应用：

某次试验中，选择某避雷针引下线作为电流注入点，选择105m外的一根接地引下线作为回流点。试验测量了注入点在1-50kHz下的频率-阻抗特性如表1。

表1

频率(kHz)	阻抗(Ω)
		10	5.2
20	7.8
		30	9.8
40	12.3
		50	16.5

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，其特征在于，包括：

步骤1、在地网上选择电流注入点和电流回流点的位置，电流注入点连接高频电源的正极，电流回流点连接高频电源的负极；

步骤2、在电流注入点和电流回流点的连线上选择电压参考点；

步骤3、使用高压探头测量高频电流注入地网时，电流注入点与电压参考点之间的电位差，读取电位差的有效值，即为注入点的地电位升；

步骤4、使用电流探头测量高频电流的有效值，比较电流与地电位升之间的相位差；

步骤5、根据地电位升、电流和相位差计算某一频率下地网的高频接地阻抗；

步骤6、改变高频电源的频率，重复上述步骤得到接地网频率-阻抗特性。

2.如权利要求1所述的利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，其特征在于，在步骤1中，所述电流注入点和电流回流点为接地引下线，所述电流注入点与电流回流点之间的距离大于100m，所述高频电源产生频率范围1-50kHz的高频电流。

3.如权利要求1所述的利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，其特征在于，在步骤2中，所述电流注入点和电流回流点的距离为L，所述电流注入点和电压参考点之间的距离为0.618L。

4.如权利要求1所述的利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，其特征在于，在步骤3中，所述高压探头正端接电流注入点，所述高压探头负端通过金属导线接电压参考点，高压探头的数据接头接示波器或数据采集卡以记录该电位差的波形，读取电位差的有效值Um，即为注入点的地电位升。

5.如权利要求4所述的利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，其特征在于，在步骤4中，使用电流探头测量高频电流的有效值Im；电流探头与电压探头接在同一示波器之上，根据示波器显示的电压、电流波形，比较电流与地电位升之间的相位差，设电压领先电流的相角为ψ；

在步骤5中，高频接地阻抗Z_f的计算公式为：

<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>U</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>I</mi> <mi>m</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;angle;</mo> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>.</mo> </mrow>

6.如权利要求1所述的利用地网回流的大型接地网高频特性测试方法，其特征在于，还包括：电流注入点附近的地电位升的测量；

测量时，高压探头正端接在注入点附近的接地引下线上，高压探头负端通过金属导线接电压参考点。