高压输电线路对接地阻抗测试结果的影响试验

李小龙 张彦勇 冯鹤 孟震宝

（河北省防雷中心）

高压输电线路对接地阻抗测试结果的影响试验

李小龙 张彦勇 冯鹤 孟震宝

（河北省防雷中心）

接地阻抗是接地装置测试的重要内容之一。在实际测试工作中会遇到测试线路附近有高压输电线路的情况。高压输电线路对测量结果的准确性有很大的影响。本文分析了实地试验取得的测试数据，发现造成测试误差增大的主要因素是高压输电线、测试电流线和测试电压线之间的互感分量增大；测试用线在高压输电线路附近的不同布置方式，对测试结果也有明显的影响，两根测试线都在高压输电线路下方时高压输电线、测试电流线和测试电压线之间的互感分量比只有一根测试线布置在高压输电线下方时要明显增大，测试结果误差也增大；此外，测试电流的频率对测量结果也有明显的影响，要严格按照有关技术标准要求的50Hz的工频频率进行正确的、符合要求的测试。根据试验分析结论，提出了相应的对策。

高压线路；接地阻抗；影响；试验

0 引言

接地装置是防雷装置的重要组成部分，为雷电提供良好的泄放通道。接地装置的接地阻抗是反映接地效果的重要指标之一。目前，在接地阻抗检测中，通常使用三极法进行测试［1］。在土壤电阻率均匀的情况下，三极法使用较多的是直线补偿法（0.618法）。在接地阻抗测试实践中，有时会不可避免地遇到附近高压输电线路影响接地阻抗测量结果准确性的情况。在接地阻抗测试实践中，为避免布置在地面上测试用的电流线和电压线之间的干扰，要使它们之间保持一定的间隔距离，以减少它们之间的互感。那么，当电流线和电压线平行布置在高压输电线路附近时，高压输电线路是如何影响接地阻抗测试结果的准确性的呢？我们进行了试验，对此探讨分析。

1 接地阻抗测试方法

接地阻抗的测量原理是：地网接地阻抗的数值等于地网的对地电压与通过地网流入大地中的交流电流的比值。地网对地电压是指地网与零电位区的电位差，此零电位区在被测地网与测量用电极的连接方向上，在零电位区中，电位梯度接近等于零。此时，用电压表、电流表分别测量地网G与电位极P的电位差U和通过地网流入大地中的电流I，由U和I得到地网的接地阻抗Z，Z =U/I 。

在直线补偿法（0.618法）中，电位极P和电流极C位于同一方向、同一直线上并垂直于地网边缘，电流线距地网边缘的距离DGC一般为地网最大对角线长度D的4～5倍，当远距离放线有困难且地网周围土壤电阻率较均匀时，DGC最小值可以取2D值，电位线距地网边缘的距离DGP为电流线距离DGC的0.618倍，电流线和电位线的间隔距离d在8m以上，布线如图1所示。

图1 直线补偿法（0.618法）布线示意图

2 试验地点

试验地点为石家庄城市轨道交通1号线南村站，位于石家庄市长安区西兆通镇南村，经纬度为N 38°03.6598′、E 114°37.3640′，地网形状为长方形，南北方向长，东西方向短，长211m、宽19.7m，地网对角线长度D为212m，周围为耕田，土壤电阻率如表1所示。

表1 地铁南村站附近的土壤电阻率ρ测试数据

从表1可以看出，地铁南村站附近土壤的电阻率比较均匀。

3 试验仪表

试验仪表为西湖电子XD6230接地装置测试仪和法国CA.6470N型接地电阻测试仪。

西湖电子XD6230接地装置测试仪，其分辨率为0.001Ω，测试电流波形为正弦波，测试电流频率为40～60Hz，输出电流为3～30A，供电电源为交流380V。为避免50Hz的工频干扰，本次试验中此测试仪选择的频率为50±5Hz。

法国CA.6470N型接地电阻测试仪，其分辨率为0.001～10Ω，测试电流波形为正弦波，测试电流频率为41～513Hz，最大输出电流为270mA，镍氢充电电池，支持直流电源充电。为试验测量电流的频率对测试结果的影响，本次试验中此测试仪选择的频率为128Hz。

4 试验环境

根据现场的具体环境，试验选择在石家庄地铁南村站北侧田野中的输电线路附近。

该高压输电线路位于地铁南村站地网西侧，沿着地铁南村站西侧的南北方向架设。输电电压为220kV，三根高压输电线距地面最低高度为7.8m，三根高压输电线的线间距离为5.8m，支撑高压输电线的两根电线杆的间距为7m，如图2所示。

试验使用直线补偿法（0.618法），电流极距地网边缘的距离DGC =2D =424m，电压极距地网边缘的距离DGP = 0.618 DGC = 262 m。

试验小组首先在地铁南村站北门外、东侧的田野中进行了无高压干扰状况试验测试。该测试布置的电流线、电压线在220kV高压输电线路东侧70m以外。

试验小组随后在高压输电线下方地面的不同位置布设电流线和电压线，对电流线和电压线做了4种组合的试验测试。在高压输电线附近测试地网接地阻抗的布线示意图见图3。其中，组合1～3为一根测试线在高压线下方、另一根测试线远离高压线，组合4为两根测试线均在高压线下方。

具体布线情况为：

组合1试验，电流线在西高压电线杆处，电压线在东侧水泥硬化路西边缘；

组合2试验，电流线在两根高压电线杆正中间，电压线在东侧水泥硬化路西边缘；

组合3试验，电流线在东高压电线杆处，电压线在东侧水泥硬化路西边缘；

组合4试验，电流线在西高压电线杆西旁，电压线在东高压线杆东旁。

（a）高压输电线下方田野

图2　高压输电线附近环境图片

图3 高压输电线环境地网测试布线示意图

5 试验数据

无高压干扰状况下试验得到的数据见表2和表3。

组合1～4试验得到的数据见表4～表11。

无高压干扰和组合1～4试验得到的有关平均值汇总见表12～表13。

6 试验结果分析

将测量电流注入被测接地体G后，该电流在接地体和试验用电位极间产生一个电压信号。该电压信号主要包含以下几个部分：

表2 无高压干扰试验中西湖电子XD6230接地装置测试仪的数据

表3 无高压干扰试验中法国CA.6470N型接地电阻测试仪的数据

表4 组合1试验中西湖电子XD6230接地装置测试仪的数据

表5 组合1试验中法国CA.6470N型接地电阻测试仪的数据

表6 组合2试验中西湖电子XD6230接地装置测试仪的数据

表7 组合2试验中法国CA.6470N型接地电阻测试仪的数据

式中，ω=2πf，R为待测接地系统G的接地电阻；Lg为待测接地系统G自身的电感；Cg为待测接地系统G自身的电容；M1为电压线与电流线间的互感；C1为电压线与电流线间的电容；M2为三相高压输电线路与电压线、电流线间的互感；C2为三相高压输电线路与电压线、电流线间的电容。

为了得到相对真实的接地阻抗值，那么就要取得准确的电压值U。

在式（1）中，待测接地装置G自身的接地电阻R，自身的电感Lg，自身的电容Cg是接地装置所固有的，不能消除；测试用的电压线与电流线间的互感M1和线间的电容C1可以通过增大线间距离来消除，当线间距离d在8m以上时，可以有效地降低电流线和电压线之间的互感、电容对测试结果的影响。那么对测试结果产生影响的因素就是式（1）中的分量部分了，即：为三相高压输电线路与电压线、电流线间的互感M2和电容C2。

对表2～表12中数据进行分析，得出以下结论：

1）在无干扰试验和组合1～4的试验中，各组试验中的接地阻抗|Z|、阻性分量R和电抗分量X基本稳定、一致，没有明显的变化。电抗分量X的极性均为正，表明其为感性分量。

2）组合1～4试验的接地阻抗|Z|、阻性分量R和电抗分量X均比无高压输电线路干扰时要高，其中阻性分量R高3%～4.3%，电抗分量X（感性）高0.3%～21.9%，接地阻抗|Z|高3.1%～5.1%。这表明，高压输电线路对接地阻抗的测试结果是有明显影响的，使测试误差增大。造成测试误差增大的主要因素是使得感性分量增大，而使得感性分量增大的原因又是因为高压输电线、测试电流线和测试电压线之间的互感分量增大。

表8 组合3试验中西湖电子XD6230接地装置测试仪的数据

表9 组合3试验中法国CA.6470N型接地电阻测试仪的数据

表10 组合4试验中西湖电子XD6230接地装置测试仪的数据

表11 组合4试验中法国CA.6470N型接地电阻测试仪的数据

表12 无干扰和四种组合试验中西湖电子XD6230接地装置测试仪的数据平均值汇总

表13 无干扰和四种组合试验中不同测试频率的数据平均值汇总

3）组合1～3试验为一根测试线在高压线下方、另一根测试线远离高压线的试验，各组合试验之间的接地阻抗|Z|、阻性分量R和电抗分量X基本稳定、一致，没有明显的变化；组合4试验为两根测试线均在高压线下方的试验，其试验数据与组合1～3试验相比，阻性分量R基本稳定、一致，没有明显的变化，但是电抗分量X（感性）比组合1～3试验高16.2%～21.5%，接地阻抗|Z|高1.1%～1.9%。这表明：测试用线的不同布置方式，对测试结果有明显的影响。电流线和电压线均布置在高压线下方，测试结果误差大；只有一根测试线布置在高压线下方，测试结果误差小。造成误差的主要原因是，两根测试线都在高压输电线路下方时高压输电线、测试电流线和测试电压线之间的互感分量比只有一根测试线布置在高压输电线下方时要明显增大。

对表13中数据进行分析，得出以下结论：

（1）在f=50±5Hz和f=128Hz两种情况下，各组试验测试中得到的接地阻抗|Z|是有明显差异的。f=128Hz情况下的接地阻抗|Z|比f=50±5 Hz情况下的接地阻抗|Z|要高21.01%～25.12%。这说明，测试频率对测量结果有明显的影响。

在接地装置的接地电阻（接地阻抗）测试中，GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》和DL/T 475—2006《接地装置特性参数测量导则》等技术标准要求的是在工频50Hz时的接地电阻（接地阻抗），因此，一定要选择正确的、符合要求的测试电流频率进行测试。

（2）在f=128 Hz情况下，组合1～4试验中的接地阻抗|Z|比无干扰试验中的接地阻抗|Z|要高3.01%～7.64%，而且组合1～3试验中的接地阻抗|Z|基本稳定、吻合，比组合4试验中的接地阻抗|Z|要高4.26%～4.49%，均比f=50±5Hz情况下的误差要高。这从另一方面说明，不同的测试频率对测试结果的准确性有明显的影响，要选择正确的、符合要求的测试电流频率。

7 解决对策

在接地阻抗测试中，遇到附近有高压输电线路时，应注意不要使电流线和电压线布置在高压输电线路附近，应远离高压输电线路。当检测线无法避免在高压输电线路下方或附近布置时，为避免对检测结果的影响，电流线和电压线应使用屏蔽线，并注意保持电流线和电压线的长度比例、间隔距离。

［1］ DL/T475—2006中华人民共和国电力行业标准 接地装置特性参数测量导则［S］.

（2016-08-15）