接地特性测试

接地装置测试
一、概述
接地装置的特性参数
接地装置的电气完整性、接地阻抗、场区地表电位梯度、接触电位差、跨步电位差、转移电位等参数或指标。

除了电气完整性，其他参数为工频特性参数。

在GB50150-2006中规定电气设备和防雷设施的接地装置的试验项目应包括下列内容：
1、接地网电气完整性测试；
2、接地阻抗；
在DLT475-2006接地装置特性参数测量导则中规定：大型接地装置的特性参数测试应该包含以下内容：电气完整性测试，接地阻抗测试，场区地表电位梯度测试，接触电位差、跨步电位差及转移电位的测试。

在其他接地装置的特性参数测试中应尽量包含以上内容。

柳树颧要求测量场区地表电位梯度。

在此重点介绍电气完整性测试、接地阻抗测试及场区地表电位梯度测试，其他内容简要介绍。

二、名词解释
接地极
埋入地中并直接与大地接触的金属导体。

接地线
电力设备应接地的部位与地下接地极之间的金属导体，也称为接地引下线。

接地装置
接地极与接地线的总和。

大型接地装置
110kV及以上电压等级变电所的接地装置，装机容量在200MW以上的火电厂和水电厂的接地装置，或者等效面积在5000m2以上的接地装置。

接地网
由垂直和水平接地极组成的，供发电厂、变电所使用的，兼有泄流和均压作用的水平网状接地装置。

接地装置的电气完整性
接地装置中应该接地的各种电气设备之间，接地装置的各部分及与各设备之间的电气连接性，即直流电阻值，也称为电气导通性。

在GB50150-2006中规定，直流电阻值不应大于0.2Ω。

接地阻抗
接地装置对远方电位零点的阻抗。

数值上为接地装置与远方电位零点间的电位差，与通过接地装置流入地中的电流的比值。

按冲击电流求得的接地阻抗称为冲击接地阻抗；按工频电流求得的接地阻抗称为工频接地阻抗。

场区地表电位梯度
当接地短路电流或试验电流流过接地装置时，被试接地装置所在的场区地表面形成的电位梯
度。

跨步电位差
当接地短路电流流过接地装置时，地面上水平距离为1.0m的两点间的电位差。

接触电位差
当接地短路电流流过接地装置时，在地面上距设备水平距离1.0m处与沿设备外壳、架构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处两点间电位差。

电流极
为形成测试接地装置的接地阻抗、场区地表电位梯度等特性参数的电流回路，而在远方布置的接地极。

电位极
在测试接地装置的特性参数时，为测试所选的参考电位而布置的接地极。

三极法
由接地装置、电流极和电位极组成的三个电极测试接地装置接地阻抗的方法。

三、接地装置特性参数测试的基本要求
1、测试时间
接地装置的特性参数大都与土壤的潮湿程度密切相关，因此接地装置的状况评估和验收测试应尽量在干燥季节和土壤未冻结时进行；不应在雷、雨、雪中或雨、雪后立即进行。

2、测试周期
大型接地装置的交接试验应进行各项特性参数的测试；电气完整性测试宜每年进行一次；接地阻抗、场区地表电位梯度、跨步电位差、接触电位差、转移电位等参数，正常情况下宜每5-6年测试一次；遇有接地装置改造或其他必要时，应进行针对性测试。

3、测试结果的评估
进行接地装置的状况评估和工程验收时应根据特性参数测试的各项结果，并结合当地情况和以往的运行经验综合判断，不应不计代价地片面强调某一项指标。

总体上应把握以下几个特性参数：接地装置的电气完整性、场区地表电位梯度分布、接地阻抗。

四、接地装置的电气完整性测试
1、方法
首先选定一个很可能与主地网连接良好的设备的接地引下线为参考点，再测试周围电气设备接地部分与参考点之间的直流电阻。

如果开始即有很多设备测试结果不良，宜考虑更换参考点。

2、测试的范围
a) 变电所的接地装置：各个电压等级的场区之间;各高压和低压设备，包括构架、分线箱、汇控箱、电源箱等；主控及内部各接地干线，场区内和附近的通信及内部各接地干线；独立避雷针及微波塔与主地网之间；其他必要部分与主地网之间。

b) 电厂的接地装置：除变电所部分按a)进行外，还应测试其他局部地网与主地网之间；厂房与主地网之间；各发电机单元与主地网之间；每个单元内部各重要设备及部分；避雷针，油库，水电厂的大坝；其他必要的部分与主地网之间。

3、测试中应注意的问题
测试中应注意减小接触电阻的影响。

当发现测试值在50mΩ以上时，应反复测试验证。

4、测试仪器
测试宜选用专门仪器，仪器的分辨率为1mn，准确度不低于1.0级。

也可借鉴直流电桥的原理，在被试电气设备的接地部分与参考点之间加恒定直流电流，再用高内阻电压表测试由该电流在参考点通过接地装置到被试设备的接地部分这段金属导体上产生的电压降，并换算到电阻值。

采用其他方法时应注意扣除测试引线的电阻。

仪器：LEW-GEOPX接地导通测试仪。

5、测试结果的判断和处理
a) 状况良好的设备测试值应在50mQ以下；
b) 50mΩ-200mΩ的设备状况尚可，宜在以后例行测试中重点关注其变化，重要的设备宜在适当时候检查处理；
c) 200mΩ-1Ω的设备状况不佳，对重要的设备应尽快检查处理，其他设备宜在适当时候检查处理；
d) 1Ω以上的设备与主地网未连接，应尽快检查处理；
e) 独立避雷针的测试值应在500mΩ以上；
f) 测试中相对值明显高于其他设备，而绝对值又不大的，按状况尚可对待。

五、接地装置工频特性参数的测试
1、基本要求
1.1 试验电源的选择
a) 推荐采用异频电流法测试大型接地装置的工频特性参数，试验电流宜在3A-20A，频率宜在40 Hz - 60 Hz范围，异于工频又尽量接近工频。

设备：HVJE/5A异频接地电阻测试仪。

b) 如果采用工频电流测试大型接地装置的工频特性参数，则应采用独立电源或经隔离变压器供电，并尽可能加大试验电流，试验电流不宜小于50A，并要特别注意试验的安全问题，如电流极和试验回路的看护。

现基本已经不采用。

1.2 测试回路的布置
测试接地装置工频特性参数的电流极应布置得尽量远，通常电流极与被试接地装置边缘的距离dc G应为被试接地装置最大对角线长度D的4-5倍；对超大型的接地装置的测试，可利用架空线路作电流线和电位测试线；当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区dc G可取2D，在土壤电阻率不均匀地区可取3D。

测试回路应尽量避开河流、湖泊；尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路，避免与之长段并行，与之交叉时垂直跨越;注意减小电流线与电位线之间的互感的影响。

1.3 电流极和电位极
a) 电流极的电阻值应尽量小，以保证整个电流回路阻抗足够小，设备输出的试验电流足够大。

b) 可采用人工接地极或利用高压输电线路的铁塔作为电流极，但应注意避雷线分流的影响。

c) 如电流极电阻偏高，可尝试采用多个电流极并联或向其周围泼水的方式降阻。

d) 电位极应紧密而不松动地插入土壤中20cm以上。

1.4 试验电流的注入
大型接地装置工频特性参数测试时，试验电流的注入点宜选择单相接地短路电流大的场区里，电气导通测试中结果良好的设备接地引下线处。

小型接地装置的测试可根据具体情况参照进行。

1.5 试验的安全
试验期间电流线严禁断开，电流线全程和电流极处要有专人看护。

2 接地阻抗的测试
2.1 测试方法
2.1.1 电流-电压表三极法
a) 直线法：
电流线和电位线同方向(同路径)放设称为三极法中的直线法，示意图见图2。

d CG应为被试接地装置最大对角线长度D的4-5倍，d PG通常为(0.5-0.6) d CG。

电位极P应在被测接地装置G 与电流极C连线方向移动三次，每次移动的距离为d CG的5%左右，当三次测试的结果误差在5%以内即可。

大型接地装置一般不宜采用直线法测试。

如果条件所限而必须采用时，应注意使电流线和电位线保持尽量远的距离，以减小互感祸合对测试结果的影响。

b) 夹角法：
只要条件允许，大型接地装置接地阻抗的测试都采用电流-电位线夹角布置的方式。

d CG一般为4D-5D，对超大型接地装置则尽量远；d PG的长度与d CG相近。

接地阻抗可用公式(2)修正。

此时修正系数k≈1。

表1 某110kV变电站接地网接地电阻异频电流30°夹角法测量结果
电流注入点电流频率
（Hz）测试电流（A）电压（V）接地电阻计
算值（Ω）
接地电阻修
正值（Ω）
1号主变压器接地引下线47 5.0 2.12 0.424 0.424 53 5.0 2.18 0.436 0.436 47Hz和53Hz测试结果的算术平均值0.430 0.430 48 5.0 2.14 0.428 0.428 52 5.0 2.17 0.434 0.434 48Hz和52Hz测试结果的算术平均值0.431 0.431
2.1.2 接地阻抗测试仪法
接地装置较小时，可采用接地阻抗测试仪（接地摇表）测接地阻抗，接线图如图3所示。

图3中的仪表是四端子式，有些仪表是三端子式，即C2和P2合并为一，测试原理和方法均相同，与三极法类似，布线的要求也参照三极法执行。

3 场区地表电位梯度测试
场区地表电位梯度是一个重要的表征接地装置状况的参数，大型接地装置的状况评估和验收试验应测试接地装置所在场区的电位梯度分布曲线，中小型接地装置则应视具体情况尽量测试，某些重点关注的部分也可测试。

3.1 测试方法
接地装置按照1.1的有关要求施加试验电流后，将被试场区合理划分，场区电位分布用若干条曲线来表述，例参见下图A.2。

曲线根据设备数量、重要性等因素布置，一般情况下曲线
的间距不大30m。

在曲线路径上中部选择一条与主网连接良好的设备接地引下线为参考点，从曲线的起点，等间距(间距d通常为1m或2m）测试地表与参考点之间的电位梯度U，直至终点，测试示意图见图4绘制各条U-x曲线，即场区地表电位梯度分布曲线。

曲线根据设备数量、重要性等因素布置，一般情况下曲线的间距不大30m。

在曲线路径上中部选择一条与主网连接良好的设备接地引下线为参考点，从曲线的起点，等间距(间距d 通常为1m或2m）测试地表与参考点之间的电位梯度U，直至终点，测试示意图见图4绘制各条U-x曲线，即场区地表电位梯度分布曲线。

3.2 测试结果的判定
状况良好的接地装置的电位梯度分布曲线表现比较平坦，通常曲线两端有些抬高;有剧烈起伏或突变通常说明接地装置状况不良。

图A.3中的四条曲线为大型接地装置场区地表电位梯度典型实测曲线，曲线1表明电位梯度分布较均匀，地下接地装置状况较好;曲线2的尾部明显快速抬高，曲线3起伏很大，均表明接地装置状况可能不良;曲线4有两处异常剧烈凸起，尾部急速抬高，地下接地装置很可能有较严重的缺陷。

4 跨步电位差、跨步电压、接触电位差、接触电压和转移电位测试及结果判断
跨步电位差、跨步电压、接触电位差、接触电压和转移电位测试时，接地装置按照1.1的有关要求施加试验电流。

图5所示为跨步电压（右侧部分）和接触电压（左侧部分）测量原理示意图，并接在高输入阻抗电压表PV两端的电阻Rm（1000-1500Ω）等效人体电阻。

去下Rm，电压表PV分别测量出通过接地网的电流I对应的接触电势和跨步电势；并接Rm，则电压表PV分别测量通过接地网的测试电流I对应的接触电压值和跨步电压值。

跨步电位差数值上即单位场区地表电位梯度，可直接在场区地表电位梯度曲线上量取折算，也可根据定义（见图5）在所关心的区域，如场区边缘测试。

如图5所示，根据定义可测试设备的接触电位差，重点是场区边缘的和运行人员常接触的设备，如隔离开关、接地开关、构架等。

跨步电位差和接触电位差的安全界定值参见DL/T 621-1997。

当该接地装置所在的变电所的有效接地系统的最大单相接地短路电流不超过35kA时，跨步电位差一般不宜大于80V；一个设备的接触电位差不宜明显大于其他设备，一般不宜超过85V；转移电位一般不宜超过110V。

当该接地装置所在变电所的有效接地系统的最大单相接地短路电流超过35kA时，参照以上原则判断测试结果。