CN111880010A - 一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，通过对接地极冲击接地电阻测试，以及根据所得冲击电压响应判断接地极有效长度，通过计算接地体暂态阻抗并判断其波尾阻抗与冲击接地电阻得大小关系判断接地极是否达到有效长度。本发明的方法计算简便且具有明确得物理意义，不但可以检测接地体有效长度，还可通过接地体得阻抗关系分析其冲击特性，有利于接地装置安全性能的评估并为其结构的改造优化提供依据。

Description

一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法
技术领域
本发明属于电力系统过电压领域，尤其涉及一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法。
背景技术
随着输电线路电压等级的逐步提高，输电线路遭受雷击而产生的事故也日益增多。当雷电波击中杆塔或避雷线时，大部分雷电流会通过接地装置流入大地。若接地电阻过高，雷电流会在塔顶产生极高的过电压，造成绝缘子闪络，引起线路跳间。因此，输电线路的防雷性能与接地装置的冲击接地电阻有关。单根或多根水平长导体是杆塔接地的主要形式，在工程中对土壤电阻率较高的地区常采用延长水平接地体或接地装置射线的长度的方法进行降阻。就防雷保护而言，接地装置冲击特性与其工频特性具有较大的差异。冲击电流作用下的接地体将呈现明显的电感效应，阻碍电流向接地体远端流动。尽管增加埋设接地体长度可有效降低接地体工频接地电阻，但水平接地体到达一定长度后再增加接地体长度其冲击接地电阻不会降低，接地体达到有效长度。因此，准确判别水平接地极的有效长度，对于合理选择接地装置的降租措施、优化接地装置结构、降低输电线路雷电反击跳闽率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于通过分析接地体暂态阻抗与冲击接地电阻的关系提供一种判别输电线路杆塔接地体有效长度的方法，从而用于检验输电线路接地装置是否满足安全要求和指导接地网工程设计和运行维护。
为此，本发明提供了一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法。
本发明的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：拆除输电线路杆塔接地装置与接地引下线的连接螺杆，打下电流极和电压测量极；其中电流极布置在接地装置的反向延长线上；电压测量极与接地装置的连线垂直于电流极与接地装置的连线，电压测量极到接地装置的距离为40m。
步骤2：将冲击接地阻抗测试仪串联冲击电流采样电阻R，再与接地装置的一端相连，参照DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则对被测接地装置进行冲击试验。
步骤3：采用示波器测量接地装置的冲击电压响应U(t)，并通过采样电阻R上采集的电压信号UR(t)根据下式计算得到冲击电流信号I(t)。
Figure BDA0002625356840000021
步骤4：通过下式计算得到该杆塔接地装置的暂态阻抗Z(t)和冲击接地电阻Rch；通过暂态阻抗Z(t)可得到注入阻抗Z0和波尾阻抗Z1；
Figure BDA0002625356840000022
Figure BDA0002625356840000023
步骤5：比较步骤4的计算结果，当Z0＝Z1时，接地体长度等于临界长度；当Rch＝Z1时，接地体的长度即为有效长度。
进一步的，采样电阻R选择阻值为10Ω的无感电阻。保证输入与输出信号延时不大于10ns。
进一步的，示波器用其他电压电流波形测量记录装置代替，代替用的测量记录装置的采样频率不低于1MHz。
进一步的，为减轻噪声信号对采集冲击电流信号的影响，电流极采用多跟探针，各探针等间隔布置并采用导线连接，并在电流极上注入盐水。
进一步的，探针为3根，间隔为30cm。
进一步的，电流极和电压测量极据接地装置的距离最短为2D，D为待测接地装置等效直径，根据已埋设接地装置的形状确定电流极和电压测量极距离接地装置的距离。
进一步的，在步骤2中，可根据IEEE Std.81-1983标准选择合适的测量方法进行测量。
进一步的，在步骤4中，使用阻抗平均值计算波尾阻抗，采样时间应视注入接地体的电流波形而定，对冲击接地阻抗测试仪的输出波形选取12μs后阻抗平均值进行计算，保证所得波尾阻抗得值与直流稳态阻抗之间得误差小于5％。
本发明与现有技术相比的有益技术效果为：
本发明的方法计算简便且具有明确得物理意义，不但可以检测接地体有效长度，还可通过接地体得阻抗关系分析其冲击特性，有利于接地装置安全性能的评估并为其结构的改造优化提供依据。
附图说明
图1为水平接地体冲击散流过程示意图(图中：1为冲击电流注入点、i为沿接地体纵向传播的冲击电流)。
图2为不同长度水平接地体注入阻抗波尾阻抗和冲击接地电阻值对比关系图。
图3为不同长度水平接地体冲击电压响应波形图。
图4为真型杆塔冲击响应及暂态阻抗图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
输电线路杆塔水平接地体的冲击散流过程示意图如附图1所示，点1为冲击电流注入接地体的位置，图中阴影区域表示散流区域。图一可以看出从冲击电流注入时刻开始，水平接地体在电流注入点处电流密度最大，由于导体的电感作用向大地散流的区域主要集中在电流注入点附近。随着冲击电流的纵向传播接地体参与向土壤散流的部分在不断增加，直到整段导体都参与对地散流时电流流散进入直流稳态过程。因此当冲击散流进入稳态阶段后接地体的暂态阻抗(波尾阻抗)即为直流稳态阻抗，在过渡过程时导体参与对地散流的部分越多暂态阻抗越接近直流稳态阻抗。
不同长度接地体的冲击试验结果如图2、3所示。由图2可以看出，不同长度接地体的注入阻抗为固定值，波尾阻抗随长度的增加不断减小，而冲击接地电阻在随长度的增加减小到一稳定值后不再减小。由实验结果可以看出当接地体的冲击接地电阻大于波尾阻抗时其达到冲击有效长度。同时将注入阻抗和尾部阻抗相等时接地电极的长度定义为临界长度。结合图3可以得到，当接地电极的长度小于或等于临界长度时，电压响应的峰值由波尾过程决定，并且不同长度的接地体波头时间的电压不同。当接地体大于临界长度且小于有效长度时，电压响应的上升沿的幅值，但其峰值仍由波尾过程确定。当长度大于或等于有效长度时，电压响应的峰值由波头过程确定，并且电压峰值和冲击接地电阻不再随长度而变化。
通过上述论证可以看到，当接地体达到有效长度后，再增加接地体的长度不能降低冲击接地电阻，可以通过接地体暂态阻抗和冲击接地电阻的关系判别接地体是否达到有效长度。
实施案例；
选择某地区输电线路杆塔接地装置进行冲击试验，采用本专利方法检测其是否达到冲击电流下的有效长度。
第一步，拆除接地设备与接地引下线的连接螺杆，为了使引线互感影响最小，保持电压参考极-接地体引线与电流极-接地体引线垂直，其中电压参考极-接地体引线垂直接地体布置，电流极位于接地体反向延长线上，电压参考极和电流极据接地装置的距离均为40m；
第二步，将冲击接地测试仪通过串联阻值为10Ω的冲击电流采样电阻(3)与水平接地装置的一端相连,参照DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则对被测接地装置进行冲击试验；
第三步，采用Tektronix 2024C型示波器测量接地装置的冲击电压响应U(t)并通过采样电阻上采集的电压信号UR(t)根据下式计算得到冲击电流信号I(t)，测得数据如附图4所示；
Figure BDA0002625356840000041
第四步，通过下式计算得到该杆塔接地装置的暂态阻抗Z(t)和冲击接地电阻Rch；通过暂态阻抗Z(t)可得到注入阻抗Z0＝19Ω和波尾阻抗Z1＝1.21Ω；
Figure BDA0002625356840000042
Figure BDA0002625356840000043
第五步，比较第四步的计算结果可以得知，Z0>Z1且Rch>Z1，因此，本例中选择的杆塔接地体的临界长度和有效长度。此后再延长接地体将只能降低波尾电压幅值，其冲击接地电阻不会减小且其波头电压的幅值不会减小。

Claims (8)

1.一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：拆除输电线路杆塔接地装置与接地引下线的连接螺杆，打下电流极和电压测量极；其中电流极布置在接地装置的反向延长线上；电压测量极与接地装置的连线垂直于电流极与接地装置的连线，电压测量极到接地装置的距离为40m；
步骤2：将冲击接地阻抗测试仪串联冲击电流采样电阻R，再与接地装置的一端相连，参照DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则对被测接地装置进行冲击试验；
步骤3：采用示波器测量接地装置的冲击电压响应U(t)，并通过采样电阻R上采集的电压信号UR(t)根据下式计算得到冲击电流信号I(t)；
Figure FDA0002625356830000011
步骤4：通过下式计算得到该杆塔接地装置的暂态阻抗Z(t)和冲击接地电阻Rch；通过暂态阻抗Z(t)可得到注入阻抗Z0和波尾阻抗Z1；
Figure FDA0002625356830000012
Figure FDA0002625356830000013
步骤5：比较步骤4的计算结果，当Z0＝Z1时，接地体长度等于临界长度；当Rch＝Z1时，接地体的长度即为有效长度。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述采样电阻R选择阻值为10Ω的无感电阻。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述示波器用其他电压电流波形测量记录装置代替，代替用的测量记录装置的采样频率不低于1MHz。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述电流极采用多跟探针，各探针等间隔布置并采用导线连接，并在电流极上注入盐水。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述探针为3根，间隔为30cm。
6.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述电流极和电压测量极据接地装置的距离最短为2D，D为待测接地装置等效直径，根据已埋设接地装置的形状确定电流极和电压测量极距离接地装置的距离。
7.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述步骤2中，可根据IEEE Std.81-1983标准选择合适的测量方法进行测量。
8.根据权利要求1所述的一种输电线路杆塔接地极冲击有效长度的检测方法，其特征在于，所述步骤4中，使用阻抗平均值计算波尾阻抗，采样时间应视注入接地体的电流波形而定，对冲击接地阻抗测试仪的输出波形选取12μs后阻抗平均值进行计算，保证所得波尾阻抗得值与直流稳态阻抗之间得误差小于5％。
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