CN109782071B - 一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法，通过带有电源激励线圈的环形铁芯在输电杆塔接地引线上感应激励电流，并同时以带有电流接收线圈的环形铁芯测量通过接地引线的电流，利用大地表面离接地体较远处的电位分布关系得到土壤的电阻率，从而可以测量计算得到接地体电压，并最终测得接地电阻值。本发明充分结合了钳表法无需断开接地引下线和传统三极法测量精度高的测量优点，避免了现有传统测量方法测量精度不高，布极距离较远的缺陷，极大地提高了接地电阻的测量效率和测量精度，为杆塔接地电阻的测量提供了一种切实可行的测量方法。

Description

一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法。

背景技术

接地电阻测量是对杆塔接地体进行腐蚀诊断，校核接地装置是否达到规程要求的一种必要手段。准确测量接地电阻可以验证接地系统的安全性，及时发现接地系统的变化或缺陷，避免由于接地不合格而可能造成的经济损失或事故。

在传统的接地电阻测量方法中，主要以断开接地引下线的三极法测量和不断开接地引下线的钳表法为主。三极法具有测量精度高的优点，但三极法存在的最大缺陷即是需要布置较长的电流引线(工程上一般要求电压极达到2.5倍的水平接地体散射长度，相应的电流极距离则需达到4倍的散射水平接地体长度)，而山区线路的接地装置由于土壤电阻率高的原因往往需要较长的接地体射线长度，伸展范围大，地形复杂，因此需要较长的电流引线布极距离。这使得三极法在山区的杆塔接地电阻测量中难以运用，且需要断开接地引下线，影响接地电阻的测量效率。钳表法虽然不需要断开接地引下线，测量效率较高，但钳表法所测接地电阻值为被测杆塔接地电阻与其他相邻杆塔并联接地电阻值进行串联所得接地电阻，这就需要较多的相邻杆塔才能保证其测量结果的准确性，且测量结果偏大，易造成正常服役接地杆塔的误诊断，浪费输电线路的检修费用。传统接地电阻测量方法普遍存在适用性较差的缺点，这为复杂条件下杆塔接地电阻测量带来了技术困难。

目前测量接地电阻主要有以下几种方法：①电位降法，其原理是测量接地体和电压极之间的电位降曲线，将曲线中趋于饱和的一段作为无穷远处电位，由此计算出接地电阻值。该方法需反复测量绘制一定数量的电位降曲线，测量效率低下，工作量大，现场操作困难；②三极法，作为目前广泛运用的接地电阻测量方法，其优点主要在于测量精度高，适用范围广。但三极法测量时必须断开杆塔的所有接地引线，且布极容易受到杆塔所在地形的限制，布极距离要求较长；③高频并联法，实现了不断开接地引线下杆塔接地电阻值测量，但该方法在模型建立时，仅仅考虑了杆塔接地电阻的阻值，而在高土壤电阻率的情况或者是注入高频电流的情况下，需考虑其电感效应，测量误差较大；④钳表法，其最大的优点是测量时无需布置电极，只要将钳表夹在接地引线上便能进行测量，但该方法测量精度低，很难满足工程实际要求。

现有的接地电阻测量方法中，只有布极测量方法精度较高，而已有的布极测量接地电阻方法都存在需要在塔基外或接地网外布设较长距离的测量引线的巨大缺陷，多极法虽然一定程度上减小了布极距离，但测量引线长度尚不能满足工程要求，且布极数量较多，这些测量方法在诸如山地、城市等布极受限地区是难以开展使用的，同时需要断开接地引下线，人工费用大。而若采用不断开接地引下线的测量方法，所测接地电阻又很难满足测量精度要求。因此，亟需一种布极距离较短且无需断开接地引下线的布极测量方法，以提高测量方法的测量精度和测量效率，同时解决长测量引线测量方法受地形限制的难题。

发明内容

本发明目的是提出一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法。本方法通过分析现有不断开接地引下线方法存在误差的理论基础，结合布极测量方法测量原理，通过带激励线圈的环形铁芯在接地引下线上感应出电压激励，并以带电流接收信号线圈的环形铁芯测量流经接地引下线和大地的电流，从而研究在该电流作用下大地表面的电位分布，理论分析得到大地表面各点电压的相关关系，提出一种通过测量大地表面电压值来反映杆塔接地电阻的测量方法。

本发明提出一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法，采用如下步骤实现：

(1)接地引下线电流的产生

把带有激励线圈的环形铁芯夹在杆塔接地引下线周围，在环形铁芯的激励线圈上施加交流电压，被测杆塔接地引下线、输电线路、相邻杆塔接地引下线和大地之间的封闭回路上将形成感应电动势，从而形成接地引下线上的感应电流并泄入大地；环形铁芯一侧缠绕有激励线圈，从而形成了一个以线圈侧为一次侧，以接地引下线侧为二次侧的降压变压器。

(2)接地引下线通过电流的测量

把带有电流接收线圈的环形铁芯夹在杆塔接地引下线周围，在环形铁芯上缠绕有接收线圈可测试线圈电流，形成一个以接地引下线为一次侧，接收线圈为二次侧的升压变压器，用电流表测量接收线圈电流，通过下式计算接地引下线的感应电流，

I＝kI'

式中，I为接地引下线上通过的感应电流，I'为接收线圈上通过的电流，k为接收线圈的匝数。

(3)接地电阻的计算

在大地表面布上两个测试电压极，即电压极1和电压极2，用电压表测量电压极1与电压极2两端间的电压U₁₂，并同时测量接地体相对电压极1或电压极2的电压，通过以下公式计算得到接地电阻；

当测量的是接地体相对电压极1的电压时，则接地电阻计算公式为：

当测量的是接地体相对电压极2的电压时，则接地电阻计算公式为：

U为接地体电位，U₀₁为接地体相对电压极1的电压，U₀₂为接地体相对电压极2的电压，U₁₂为电压极1与电压极2之间的电压，r₁为电压极1与接地体间的距离，r₂为电压极2与接地体间的距离，且r₁＜r₂。

该方法避免了现有传统测量方法测量精度不高，布极距离较远的缺陷，极大地缩短了电极的布极距离，并且在无需断开接地引下线的同时保证了接地电阻的测量精度，这种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法大大减小了工作人员的测量工作量，提高了接地电阻的测量效率和测量精度。为杆塔接地电阻的测量提供了一种切实可行的测量方法。

附图说明

图1是环形电源激励铁芯的原理示意图；

图2是环形电流接收铁芯的原理示意图；

图3是地表电位分布及测量布极原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

(1)参见图1：接地引下线电流的产生

把带有激励线圈的环形铁芯夹在杆塔接地引下线周围，从而匝链接地引下线，被测杆塔接地引下线、输电线路、相邻杆塔接地引下线和大地之间可形成一封闭回路。而环形铁芯一侧缠绕有激励线圈，从而形成了一个以线圈侧为一次侧，以接地引下线侧为二次侧的降压变压器。当在环形铁芯的激励线圈两端施加交流电压时，被测杆塔接地引下线、输电线路、相邻杆塔接地引下线和大地之间的封闭回路上将形成感应电动势，从而形成接地引下线上的感应电流并泄入大地。

(2)参见图2：接地引下线通过电流的测量

把带有电流接收线圈的环形铁芯夹在接地引下线周围，在环形铁芯上缠绕有接收线圈可测试线圈电流，形成一个以接地引下线为一次侧，接收线圈为二次侧的升压变压器，并且可通过电流表对接收线圈电流的测量得到接地引下线上通过的电流：

I＝kI'

式中，I为接地引下线上通过的感应电流，I'为接收线圈上通过的电流，k为接收线圈的匝数。

可以通过测量接收线圈上的交流电流得到流经接地引下线上的感应电流。

(3)接地电阻的计算

接地电阻是电流I经接地电极流入大地时接地电极的电位U和I的比值。如不考虑大地回流的影响，则当一定的直流或工频电流经接地电极流入大地时，接地电极的电位即为接地电极与无穷远零位面之间的电位差，此时接地电阻也可定义为由接地电极到无穷远处的土壤的总电阻。接地电阻的定义式为：

式中，U为杆塔接地体的电位，I为流经接地引下线的电流，R为接地电阻值。

(4)参见图3：地表电位分布

本发明提出的接地电阻测量方法是基于大地是均质土壤的假设前提下形成的。当有电流从接地引下线流入大地时，则在离接地体一定范围以外(工程上一般认为在离接地体2.5倍的散射水平接地体长度以外)可将接地体和大地看作为均质半球形模型，在进行电流溢散分析时认为电流在该区域内是均匀溢散的，从而可以计算得到离接地体2.5倍散射接地体长度外的大地电位。当杆塔接地引下线上通过的感应电流I流入大地时，在离接地体较远处(工程上一般认为在离接地体2.5倍的水平接地体射线长度以外)大地表面将形成一定规律的电位分布，其电势计算式可表达为：

式中，I为流经杆塔接地引下线上的电流值，ρ为土壤电阻率，r为地表被计算点离杆塔接地体的距离，V为大地表面距杆塔接地体r处的电势。

(5)参见图3：土壤电阻率的测量

在离杆塔接地体2.5倍散射状接地体长度外的大地表面布上两个测试电压极，即电压极1和电压极2，其中，电压极1相对电压极2距离接地体较近，则可以得到电压极1与电压极2两端间的电压为：

其中，U₁₂为电压极1与电压极2之间的电压，r₁为电压极1与接地体间的距离，r₂为电压极2与接地体间的距离，且r₁＜r₂。若测得电压极1和电压极2两端的电压，则土壤电阻率可表达为：

在离杆塔接地体2.5倍散射接地体长度以外的较近范围内布置两个不等距的电压极可以测得土壤电阻率，这样的布极距离相对于传统三极法的4倍散射接地体长度缩短了很多，提高了测量效率。

(6)参见图3：接地电阻的测量

用电压表测量接地体相对电压极1的电压或接地体相对电压极2的电压，从而可以得到接地体的电位为：

当测量的是接地体相对电压极1的电压时：

当测量的是接地体相对电压极2的电压时：

式中，U为接地体电位，U₀₁为接地体相对电压极1的电压，U₀₂为接地体相对电压极2的电压。

故接地电阻为：

或

通过对杆塔接地引线上电流I、接地体和电压极1两端电压U₀₁或接地体和电压极2两端电压U₀₂，以及电压极1和电压极2两端电压U₁₂的测量，得到了被测杆塔的接地电阻值，实现了在不断开接地引下线情况下杆塔接地电阻的短距离布极测量。

Claims (3)

1.一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)接地引下线电流的产生

把带有激励线圈的环形铁芯夹在杆塔接地引下线周围，在环形铁芯的激励线圈上施加交流电压；

(2)接地引下线通过电流的测量

把带有电流接收线圈的环形铁芯夹在杆塔接地引下线周围，并用电流表测量接收线圈电流，通过下式计算接地引下线的感应电流，

I＝kI'

式中，I为接地引下线上的感应电流，I'为接收线圈上通过的电流，k为接收线圈的匝数；

(3)接地电阻的计算

在大地表面布上两个测试电压极，即电压极1和电压极2，电压极1和电压极2设置在离杆塔接地体2.5倍散射状水平接地体长度外的大地表面，用电压表测量电压极1与电压极2两端间的电压U₁₂，并同时测量接地体相对电压极1或电压极2的电压，通过以下公式计算得到接地电阻；

当测量的是接地体相对电压极1的电压时，则接地电阻计算公式为：

当测量的是接地体相对电压极2的电压时，则接地电阻计算公式为：

U为接地体电位，U₀₁为接地体相对电压极1的电压，U₀₂为接地体相对电压极2的电压，U₁₂为电压极1与电压极2之间的电压，r₁为电压极1与接地体间的距离，r₂为电压极2与接地体间的距离，且r₁＜r₂。

2.根据权利要求1所述一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法，其特征在于：步骤(1)所述带有激励线圈的环形铁芯夹与杆塔接地引下线构成一个以激励线圈侧为一次侧，以接地引下线侧为二次侧的降压变压器。

3.根据权利要求1所述一种基于大地表面电压的杆塔接地电阻测量方法，其特征在于：步骤(2)所述带有电流接收线圈的环形铁芯与杆塔接地引下线构成一个以接地引下线为一次侧，接收线圈为二次侧的升压变压器。

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