不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法

柴守江，潘文霞

（河海大学能源与电气学院，江苏南京　210098）



不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法

柴守江，潘文霞

（河海大学能源与电气学院，江苏南京210098）

摘要：目前钳表法测杆塔接地电阻已经得到了广泛的应用，其优点之一是无需拆卸接地线就可测得杆塔的接地电阻，但当杆塔有多根接地线时，使用钳表法测量时应只保留一根接地线与杆塔塔身相连，其余接地线均要与杆塔塔身断开，并没有解决完全不需要断开接地线这个问题。有时候断开接地线是很麻烦的事情，因此提供一种完全不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法，使用的装置是在钳表法的接地电阻测量仪上改装而来，原理是通过同一个供电电源给多个电压钳口供电，每个钳口夹在每根接地线上，使每根接地线上所产生的感应电压完全相等，再应用钳表法原理即可测出杆塔接地电阻。该方法简单方便，省去了操作人员拆卸接地线的工作量，有很好的应用前景。

关键词：钳表法；测量；接地电阻；接地线

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接地电阻的测量是校验接地装置是否达到了规程要求的必要手段，钳表法是近十几年出现的新方法[1-4]，它不用断开接地线，无需外加电源，只需要钳表的钳口夹住接地线即可。然而这种方法在应用的十几年中，只是钳型表得到了改进，出现了双钳口接地电阻测量仪[5-8]，但当杆塔存在多根接地线，测量时只能保留一根接地线，其他接地线都拆掉的现象依然没有改变[9-14]。所以现在急需一种在测量时所有接地线都不需要拆卸的接地电阻测量方法。

1　钳表法测杆塔接地电阻原理

钳表法测杆塔接地电阻示意图和等效原理图为图1与图2所示。

图中：Rj为被测杆塔的接地电阻；R1，R2，…，Rn为通过避雷线连接的各基杆塔的接地电阻；U为钳形接地电阻测试仪输出的激励电压；I为钳形接地电阻测试仪感应的回路电流。

钳型表通过电压钳口在接地线上产生一个感应电压U，并且通过电流钳口感应测出流过接地电阻的电流I。通过图1、图2可以看出，电压与电流的比值U/I并非接地电阻Rj的阻值，而是接地电阻Rj与其他杆塔的接地电阻并联值之和，其他杆塔接地电阻并联值为R1//R2//…//Rn，根据电力行业标准，当满足表1要求时，其他杆塔并联值远小于待测接地电阻值，可以忽略，即Rj=U/I，这就是钳表法测接地电阻原理。

图1　钳表法测量杆塔接地电阻示意图Fig. 1 Diagram of tower grounding resistance measurement by the clamp method

图2　钳表法测量杆塔接地电阻的等效原理图Fig. 2 The equivalent drawing of tower grounding resistance measurement by the clamp method

表1　测量所在线路区段中直接接地的避雷线上并联杆塔数量的要求Tab. 1 The number of direct grounding lightning lines parallel tower requirements

2　不拆接地线的杆塔接地电阻测量原理

不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量原理是通过同一个供电电源给多个电压钳口供电，每个钳口夹在每根接地线上，使每根接地线上所产生的感应电压完全相等，在保证每根接地线电阻值相等的前提下，每根接地线中的电流也是完全相等。假设杆塔存在2根接地线时，这种方法测量示意图与原理图为图3与图4所示。

图3　不拆接地线测量杆塔接地电阻示意图Fig. 3 Diagram of measurement of the tower grounding resistance without removing ground wire

图3中2根接地线上产生的感应电压来自同一个供电电源，完全相同，保证接地线电阻相等时，每根接地线上产生的电流也完全相同，因此只需测其中一根中的电流即可。图3中的上导线与下导线的作用很重要，作用是减小每根接地线因内阻的不同而影响测出的结果，每根接地线在限定的区域可以认为两段导体内阻相等。

图4　不拆接地线测量杆塔接地电阻的等效原理图Fig. 4 The equivalent principle diagram of the method of tower grounding resistance measurement without removing ground wire

通过图4可以看出，在满足表1所要求的并联杆塔数量的要求下，本方法与钳表法相比，电压U是相等的，但是电流I是钳表法的1/2，则所得到的接地电阻值U/I是钳表法的2倍。因此，当存在n根接地线时，使用本方法测量接地电阻，接地电阻值Rj=U/（nI）。

本方法所用设备需要在钳型表的基础上改装一下，由以前的一个电压钳口变为现在多个，并保证这多个电压钳口相互并联，即钳表中流过的电流相等，从而使每根接地线上产生的感应电压完全相同，其电流钳口保持不变，钳型表的主机则会计算出U/I的值，因此只要将这个值除以接地线的根数n，则可求出待测接地线的阻值。这就是不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量原理，完全不用拆卸接地线。

3　matlab仿真分析

根据图2与图4的原理图，搭建matlab的simulink仿真模型。取钳表在接地线上输出的感应正弦电压波峰值为1 V，频率1 500 Hz。搭建的钳表法仿真模型如图5所示，本文所示方法的仿真模型如图6所示。其中在满足表1要求时，其他杆塔并联值远小于待测接地电阻值，可以忽略。

图5　钳表法仿真模型Fig. 5 Simulation model of the clamp meter method

图6　不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量原理仿真模型Fig. 6 Simulation model of the method of tower grounding resistance measurement without removing ground wire

3.1钳表法仿真分析

图5中，R1为接地线内阻，设其值设为0.01 Ω，Rj为杆塔接地电阻，设其为10 Ω，示波器1测的等效电压源1，其参数为幅值1 V，频率1 500 Hz，初相为0的正弦波。示波器2测的是回路中的电流。图7、图8分别为示波器1与示波器2的显示结果。

图7　示波器1电压波形图Fig. 7 Voltage waveform of oscilloscope 1

从示波器1与示波器2显示的结果可以看出，钳表法的电压U与电流I的比值即可算出杆塔接地电阻的阻值。通过示波器显示的结果可以计算出U/I= 10 Ω，与预先设置的接地电阻Rj阻值相同，所以钳表法可以正确测出接地电阻。

图8　示波器2电流波形图Fig. 8 Current waveform of oscilloscope 2

3.2不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量原理仿真分析

如图6所示，以有2根接地线的杆塔为例，本方法仿真模型中2个等效电压源与3.1节钳表法中的等效电压源完全相同，R2与R3为2根接地线的内阻，R2= R3=R1=0.01 Ω，Rj=10 Ω为杆塔接地电阻。示波器3与示波器4显示分别为图9图10所示。

图9　示波器3电压波形图Fig. 9 Voltage waveform of oscilloscope 3

图10　示波器4电流波形图Fig. 10 Current waveform of oscilloscope 4

从图10中可以看出，2根接地线中的电流是一样的，可以计算出U/I=20 Ω，根据上一章理论，用所得的电阻值除以接地线根数2，即可得到真实的接地电阻阻值10 Ω。

不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法与钳表法所得到的接地电阻阻值完全相等，也就是说在同等条件下，不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法所测的结果完全可以和钳表法相媲美，并且完全不需要拆卸接地线。

3.3不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法对精度要求的仿真

对图6的仿真模型，在保持所有数据不变的情况下，第一个电压源幅值为1 V，改变第二个电压源，使其与第一个电压源相差千分之一，其值为0.999 V，仿真出来示波器4输出的结果如图11所示。

图11　示波器4电流波形图Fig. 11 Current waveform of oscilloscope 4

由图11的示波器4输出可以看出，两电压源幅值相差千分之一，但两根接地线中的电流相差巨大，无法计算出杆塔接地电阻。

保持所有数据不变，第一个电压源幅值为1 V，改变第二个电压源，使其与第一个电压源相差万分之一，其值为0.999 9 V，仿真出来示波器4输出的结果如图12所示。

图12　示波器4电流波形图Fig. 12 Current waveform of oscilloscope 4

由图12可以看出，当电压源幅值相差万分之一的时候，两根接地线中的电流基本一致，用本文所提出的方法是可以准确测出杆塔接地电阻的。

4　结语

通过理论与仿真分析，本文所提出的不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法在不拆接地线的情况下可以测出杆塔接地电阻，所得结果可以和钳表法所测结果媲美，对于具有多根接地线的杆塔，本方法具有明显优势，完全不用拆卸接地线。本文所提方法所用设备只需在原有的接地电阻测量仪上改装而来。通过仿真分析，不拆接地线的杆塔接地电阻测量方法对精度要求较高，但随着设备制造水平的提高，可以达到本方法所要求的精度要求。因此本文所提出的这种不拆卸接地线的杆塔接地电阻测量方法是一种非常有用的新方法，应用前景广阔。

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柴守江（1990—），男，硕士研究生，主要研究方向为高电压技术；

潘文霞（1961—），女，博士，主要从事高电压和可再生能源发电技术的教学与研究工作。

（编辑冯露）

A Method of Tower Grounding Resistance Measurement without Removing Ground Wire

CHAI Shoujiang，PAN Wenxia
（College of Energy and Electrical Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，Jiangsu，China）

ABSTRACT：The clamp meter method is widely used to measure the grounding resistance of tower at present. One of the method’s advantages is that there is no need to remove the grounding wire when measuring the tower grounding resistance. But when the tower has many ground wires，the clamp meter method requires that only one ground wire be connected with the tower and all the other ground wires disconnected. As disconnecting the ground wire is sometimes very troublesome，thus the need for tower grounding resistance measurement without removing any ground wires. To this end，this paper provides such a method. The device used is actually converted from the clamp meter. The principle is that the same power supply voltage is applied to a plurality of voltage clamps while each clamp is clamped to each grounding wire so that the induced voltage on each grounding wire is exactly the same，and then the clamp meter principle is used to measure the grounding resistance of the tower. This method is simple and convenient and there is no need for operating staff to remove the grounding wire，so it has very good application prospect.

KEY WORDS：clamp meter；measurement；grounding resistance；ground wire

作者简介：

收稿日期：2015-04-28。

基金项目：国家自然科学基金项目（51377047）。

文章编号：1674- 3814（2016）03- 0045- 05

中图分类号：TM934.1

文献标志码：A