关于变电站接地引下线缺陷筛查方法探讨邱小号

关于变电站接地引下线缺陷筛查方法探讨邱小号
发布时间：2022-04-10T00:10:50.414Z 来源：《探索科学》2022年1月上作者：邱小号
[导读] 变电站内的各种电气设备及避雷针或避雷带通常通过接地引下线与水平接地网连接。

新疆开拓工程设计咨询有限公司邱小号
摘要：变电站内的各种电气设备及避雷针或避雷带通常通过接地引下线与水平接地网连接。

早期对于接地网故障点的检测方法通常是停电抽样开挖检查，这种方法具有盲目性、工作量大、速度慢，还会受到现场运行条件的限制，往往并不能准确地判断导体断点和腐蚀程度。

关键词：接地引下线；缺陷；互阻抗；检测
1变电站接地引下线缺陷筛查方法概述
电化学分析法通过测量接地网的极化电阻，获得相关电化学参数，计算分析得到接地网的腐蚀速率、腐蚀深度等腐蚀状态参数。

该方法可分析的项目少，只能获得局部的腐蚀数据，仍需要深入的理论研究与试验，尚有很多问题需要解决。

探地雷达方法用于接地网导体的检测，还存在分辨率不足的问题。

对于电位分析法，在实际工程中，当接地网导体局部腐蚀或出现小断口时，地表电位的变化往往不足以反映接地网导体的实际状态。

节点互阻抗方法具有一定的代表性，有许多学者基于互阻抗和网络分析方法展开接地网检测的研究，这种方法的基本思路是通常在两接地引下线之间施加直流电流源，忽略分布电容和分布电感，将整个接地网等效为纯电阻网络，将测量得到的电压数据与理论数值比较，建立故障诊断方程，求解得出各支路电阻的最优解，进而判断接地网导体的缺陷情况。

由于需要精准的接地网图纸，需要跟踪监测对比，且易受天气、土壤条件等因素的影响，易出现检测失灵的问题。

电磁场检测方法是通过直接向接地网注入抽出一定频率的正弦波电流，依据地表磁感应强度的分布实现接地网导体状态的检测。

2接地引下线阻抗与互阻抗
2.1引下线导体阻抗
我国早期的变电站接地网导体通常采用镀锌扁钢或圆钢，近些年来开始使用镀铜扁钢，接地引下线与接地网导体规格一致，其长度一般在几米以内。

在接地网架构和导体材质确定后，一般情况下，在测试信号频率不变时，电阻和内电感与导体等效半径成反比；在导体半径不变时，电阻随测试信号频率的增加而增加，内电感随测试频率的增加而减小。

2.2引下线间的互阻抗
两个可触及节点间的互阻抗包括两条下引线自身的阻抗和接地网两个接点间的网络导体阻抗。

当在两根接地引下线之间注入正弦波电流时，将包含引下线在内的接地网络分割为n段支路、m个节点的网络。

阻抗矩阵与导体间的相对位置、导体的电导率、相对磁导率、等效半径、电流频率有关，在接地网架构和导体材质确定后，能够影响其阻抗矩阵的仍然只有导体的等效半径和电流频率两个主要参数。

2仿真计算
为了研究引下线导体腐蚀程度、引下线间互阻抗与测试信号频率之间的变化特征和规律，基于上节的分析作如下仿真计算。

接地网模型结构如图1所示，假设接地网埋深1m，导体采用截面积为40×6mm2的镀锌扁钢，电导率为5.62×106S/m，相对磁导率为200，接地网网格间距20m，面积为100m×100m，所有引下线长2m。

现以四根接地引下线为例，编号分别设为1、2、3、4号，且5、6、7号导体为水平接地导体，设两引下线间所通电流幅值为20A。

在同一频率下的节点间互阻抗随着节点间相互位置间距的增加而增大；相同节点间互阻抗随信号频率的增加而增加。

虽然信号频率越高，节点间互阻抗越大，越容易测量互阻抗，但实际中要综合考虑测试电源的成本和易实现性，以及测试信号是否易于识别与提取，进而确定测试电源的工作频率和电流强度等参数。

另外，低频时不同引下线间互阻抗较为接近，随着频率的升高，各引下线间互阻抗随之增大，且不同引下线间互阻抗差距越来越大。

为了分析引下线导体腐蚀状态与互阻抗变化的特征和规律，现以1、4号引下线间互阻抗为例，当引下线1号单位长导体半径腐蚀变细后，两根接地引下线间互阻抗记为Z1，接地装置完好时互阻抗记为Z2。

无论导体腐蚀程度如何，随着频率的增加，导体腐蚀前后的互阻抗差值也随之增加，并且导体腐蚀越严重，在同一频率下互阻抗差值变化越明显。

在同一频率下，导体腐蚀越严重，互阻抗越大。

例如，1号单位长导体半径腐蚀50%，在1kHz时，1、4节点间的互阻抗与正常时的差值约为15mΩ，而在2kHz时约为30mΩ。

当腐蚀程度达到90%时，相应互阻抗在1kHz时差值约为170mΩ，2kHz时这一差值约250mΩ。

为了分析引下线导体和水平网格导体发生腐蚀分别会对互阻抗造成怎样的影响，现分别假设腐蚀发生在1、5、6和7号导体处，腐蚀长度2m。

发现，只有1号引下线导体发生腐蚀变细缺陷时，对与其之间的互阻抗影响明显，互阻抗随着该导体变细程度越严重而越高，当1号导体腐蚀50%时，1、4引下线间的互阻抗在2kHz频率下约为1200mΩ，半径腐蚀90%时，这一互阻抗约为1400mΩ。

5、6、7号网格导体发生腐蚀
时，无论腐蚀程度如何，互阻抗均无明显变化。

因此，一旦引下线发生较严重腐蚀，会对与其之间的互阻抗产生明显的影响。

这表明通过测量互阻抗筛选有缺陷的接地引下线是可行的。

3测量方法与筛查策略
3.1互阻抗测量方法
互阻抗测量方法如图5所示，随机选择一条接地引下线作为参考，为方便起见编号为n0，利用一条长约15m、截面积为35mm2的电焊机专用多股铜芯焊把线作为地表引流线，将参考引下线与正弦波电源负极连接。

另一条长约95m的相同焊把线，一段接于电源输出端口的正极，另一端连接于相邻的引下线n1，测量n0、n1引下线间的互阻抗并存储。

然后，依次测量其他相邻的引下线间的互阻抗。

3.2引下线缺陷筛查策略
当接地网引下线间导体长度约为40～80m、频率为2kHz时，节点间的互阻抗理论值约在879～1283mΩ范围内；通过在不同电压等级、不同面积的接地网现场测试，类似条件下互阻抗测量值基本在1375～1650mΩ之间；测量值比理论值偏大，可能是土壤漏电流和端口接触电阻等因素造成的。

另外，相邻节点间距离的差异、测量误差等不确定因素，都会对测量结果产生影响，因此，以现有测量值最大值作为参考，并设互阻抗参考阈值略大于这一值，取为Zb=1700mΩ。

实际检测时，一般应结合引下线间距和所采用的工作频率重新设定互阻抗参考阈值。

通常情况下，对引下线通断测试的传统方法，测试电流为毫安级，只能初步判断引下线地表裸露部分是否与接地网连通，并不能得到引下线地下部分的缺陷状态。

为此，采用几安、几十安的测试电流，必要时甚至有针对性地采用近百安的电流，不仅能测试引下线的通断，还能在一定程度上检验引下线的通流能力。

在实际工程中，接地引下线的保护作用比水平接地网导体更重要，一旦存在缺陷，其危害往往更大。

为了评估接地引下线的缺陷状态，采用相邻引下线间互阻抗相互比对，再与设定的参考阈值进行比较的引下线缺陷筛查策略。

对于面积较大的接地网，可以采用分片筛查的检测方法，遵循先粗略筛查，再细致确诊的原则。

参考文献
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