变电站接地网特性参数测量之地电位升高测试

张瑞平

摘  要：变电站接地网对保障一、二次设备和人员的安全具有重要作用。目前很多地方对变电站接地网的安全评价仍仅用接地阻抗一个标准，地电位升高作为一项重要的安全指标在现行接地装置特性参数测量导则中却未被提及。因此，本文通过分析论证着重阐述地电位升高测试的重要性，提出地电位升高测试方法，对于接地网安全性评价具有重要意义。

关键词：地电位升高;接地阻抗;优化方案

1导言

变电站接地网作为变电站重要组成部分，在系统发生接地故障时能够快速有效地泄放故障电流，改善场区地表地电位分布，保障一、二次设备和人员的安全。现行标准《接地装置特性参数测量导则》DL/T475-2017规定了变电站特性参数的测试项目有电气完整性测试、接地阻抗测试、场区地表电位梯度分布测试以及接触电位差和跨步电位差的测试。而地电位升高作为接地网安全指标的重要参数，规范却对其并未提及，且目前很多地方对变电站接地网的安全评价仍仅用接地阻抗一个标准。因此，本文通过分析论证着重阐述地电位升高测试的重要性，提出地电位升高测试方法，对于接地网安全性评价具有重要意义。

2地电位升高的影响

地电位升高即变电站接地故障电流经接地网流入大地时，接地网与大地零电位点之间的电位差。当变电站发生接地短路故障时，利用接地网对其泄放、分流以此控制故障点地电位的升高，因此，接地网是否安全起决定性作用的是电位而不是阻抗。

变电站接地网的地电位升高与二次系统的安全性直接相关。系统发生接地故障时接地网中流动的电流，将在二次电缆的芯线一屏蔽层之间，或二次设备的信号线或电源线与地之间产生电位差。当电位差超过二次电缆或二次设备绝缘的工频耐受电压时，二次电缆或设备将会发生绝缘破坏。因此，必须将地电位升高控制在二次系统安全值内。

清华大学中对二次电缆和二次设备的工频伏秒特性的试验中被测试电缆的3s绝缘耐受电压均高于8.5kV而微机保护装置的实际耐受电压约为2100V。因此，从安全角度出发，二次系统的绝缘耐受电压可取2kV。

二次系统在短路时承受的地电位升高，不仅取决于入地短路电流和接地阻抗，还决定于二次电缆的接地方式。当二次电缆的屏蔽层采用单端接地时，接地故障时电缆屏蔽层中没有电流流过，二次电缆芯线上的感应电位很小，地电位升高即为二次电缆和二次设备承受的电位差。当二次电缆屏蔽层采用双端接地时，接地故障电流注入接地网时会有部分电流从电缆的屏蔽层中流过，将会在二次电缆的芯线上感应出较高的电位，使作用在二次电缆的芯—屏蔽层和二次设备上的电位差减小。

大量的计算表明，对于不同布置方式的二次电缆及不同位置接地故障点，双端接地电缆上感应的芯—皮电位通常不到地网电位升高的20%。甚至对于土壤电阻率为500Ω·m，边长大于100m的接地网，即使在二次电缆屏蔽层接地点附近发生接地故障时，芯—皮电位小于地网电位升高的40%。目前，變电站已经实现保护在一次设备区就近设置，变电站内的二次电缆大大缩短，如果二次电缆的长度小于接地网边长的一半，那么即使在最严酷的条件下，芯—屏蔽层电位差也小于40%，甚至更小。因此，采用二次电缆屏蔽层双端接地，可以将地电位升高放宽至2/0.4kV即5kV。虽然当发生短路时地电位升高达到5kV，但真正作用在二次电缆的芯—屏蔽层之间和二次设备上的电位差只有2kV，满足二次系统安全性的要求。

现行设计规范规定，变电站接地阻抗Z≤2000/I，式中I为计算用的流经接地装置的入地短路电流。现实情况是，对于接地阻抗一味守旧以0.5Ω为指标，只要不满足就进行降阻，这样势必造成人力、物力、财力和时间上的浪费，而对于站外大面积的扩网降阻，在实际运行时并未起到应有的作用，反而给日后接地网的运行维护带来不利的影响。把地电位升高作为接地网安全性评价的参考指标，将使运行人员对接地网的安全性心知肚明，势必对盲目降阻起到有效遏制。

3地电位升高的测试方法

地电位升高测试法即对系统注入异频电流，模拟接地故障，通过测量二次电缆芯线与屏蔽层的电位差来判断接地网安全性的方法。可在变电站全站停电检修试验期间进行，且在试验前应先断开主变压器中低压侧开关，具体测试方法如下：

（1）按下图将异频测试电流源一个接线端子接主变压器高压侧套管A（或B、C）相，另一端接主变压器中性点接地引下线，确保接线牢固可靠;

（2）利用接地线挂接主变高压侧A（或B、C）相导线，人为设置站内接地故障，确保接地良好;

（3）选取距离设置故障点最近的二次接线端子箱内电源线和信号线，将选频电压表两端子分别于二次电缆屏蔽层和二次电缆芯线紧密可靠连接（电源线和信号线分别测试一次）;

（4）启动异频升流装置，施加电流I试频率宜在40Hz-60Hz，电流值宜在10A-20A。分别读取电源线和信号线芯-皮电压;

（5）利用接地线挂接主变高压侧A（或B、C）相导线，人为设置站外接地故障，确保接地良好，重复（3）、（4）步;

（6）取以上4组测试电压最大值U试max，则最大单相接地故障电流Imax引起的最大地电位升高U升max=U试max（Imax/I试）;

（7）当二次电缆屏蔽层采用单端接地时，最大地电位升高应满足U升max≤2000V;当二次电缆屏蔽层采用双端接地时，最大地电位升高应满足U升max≤5000V。

参考文献

[1].国家能源局.DL/T475-2017.接地装置特性参数测量导则[S].王东烨，李谦，2017.

[2]电力工业部信息研究所等.GB/T17949.1-2000.接地系统的土壤电阻率、接地电抗和地面电位测量导则[S].戴耀基，孟庆波，陈淑芳，2000.

[3]于刚，何金良，曾嵘等.二次电缆的工频电压耐受特性，二次设备的工频电压耐受特性[C].中国电机工程学会2006无线电干扰和变电站电磁兼容研讨会，2006：92-99.