钳型地线电阻测试仪在高铁电特性测试中的运用

桓建栋 中国铁路上海局集团有限公司上海高铁基础设施段

1 高铁综合接地系统接地电阻测量现状

高铁综合接地系统接地电阻的测量方法，目前苏州北高铁车间都采用ZC一8型接地电阻测量仪（以下简称摇表）进行测量。2019年下发了新型的UT270型钳型接地电阻测量仪（以下简称钳型表），目前车间在落实高铁综合接地系统2020年上、下半年平推检测工作中进行了运用与测量。现对两种型号的仪表使用进行分析

2 接地电阻测量方法及原理

2.1 摇表测量方法

摇表测量方法见图1，测量时摇表的E端连接一条与设备的接地引下线，P和C端与电流及电位探针相连。设计要求P端连接于垂直线路方向2.5倍设备接地射线长的电位探针，C端连接于垂直线路方向4倍设备接地射线长的电流探针。如果P和C端连接线少于设计要求值，那么测量的电阻值就会比实际值小，测量值不准确。

图1 摇表测量方法示意图

2.2 测量原理

摇表测量是通过手摇发电机以每分钟120转的速度转动，产生一个交流电流，此电流从发电机经过电流互感器一次绕组、设备接地引下线、大地和电流探针返回到发电机形成回路，在电流互感器二次绕组上产生一个电流，通过可调电阻，感应电流带动指针偏转，使其达到平衡，从而测出一个电阻值。此电阻值为设备接地网的接地电阻值、探针连接线的电阻值、地网与大地的接触电阻值三者之和。由于探针连接线是采用大于1.5 mm2的多股软铜线，其电阻值小于1Ω，地网与大地的接触电阻值通常也是小于Ω，所以摇表测量出的电阻值可以近似认为就是设备的接地电阻值。

3 钳型表测量方法及原理

3.1 测量原理

钳型地线电阻测试仪测量接地电阻的基本原理是测量回路电阻，如图2所示。钳口部分由电压线圈及电流线圈组成，电压线圈提供激励信号并在被测回路上感应一个电势E，在电势E的作用下被测回路将产生电流I，钳型地线电阻测试仪对E及I进行测量，即可得到被测电阻R（R=E／I）。

图2 钳型地线电阻测试仪测量原理图

钳型地线电阻测试仪测试特点：①必须形成回路，不能直接测量单点接地系统或悬空的地线；②直接测量结果为接地体电阻和接地引线电阻的综合值，即环路上所有接地体和接地引线的电阻值之和。

3.2 测量方法

对信号机械室、室外连接贯通地线的设备阻值进行测量时，用钳形表测量接地电阻值，可通过辅助点拉辅助线构成一个回路或多个回路进行测量，即：二点测量法和三点测量法。

3.2.1 二点测量法

二点测量法就是通过在单点附近找到另一辅助点，如图3所示，假设将图中的RA作为地线母线排，RB为需测试的接地设备。

图3 二点测量法示意图

当用地阻测试线将2个点连接起来时，用钳型表测得的值就是地线母排至UPS机柜的两点串联阻值。此方法不能直接测量出单点阻值，但是如果测量出的数值小于地阻测试值要求，那么这个单点接地体就是合格的。

3.2.2 三点测量法

如图4所示，假设R1点为地线母线排，R2点为接地设备1，R3点为接地设备2。如果要求精准测得R1点的阻值，或者因二点测量法测出的R1值大于标准值而需要重新测量时，可以利用三点测量法进行测试。分别连接2个接地点，并用钳形表测量出串联数，即测量R1至R2间的R①值，R2至R3间的R②值，R1至R3间R③的值。通过串联数据，使其组成为三角形的闭环回路，就可以算出每个点的单独接地电阻值。因此，R①的值就是R1+R2，R②的值就是R2+R3，R③的值就是R3+R1。则R1=(R①+R③一R②)/2。可以简要概括为用被测点分别至2个辅助点的值和，减去2个辅助点之间的值再除以2，可以得出被测点的值。

图4 三点测量法示意图

4 实际测量和分析

2020年苏州北车间在落实高铁综合接地系统2020年上、下半年平推检测工作中取得了实际的效果。以苏州北站为例，2个待测试设备之间拉一根7×0.52的测试软线，以图3的二点测量法进行测试，实际测试软线一般在0.3Ω~0.8Ω之间，除于2后可近似为单点接地阻值，符合高铁综合接地电阻小于1Ω的要求。基本上2个人一个天窗就能完成站内设备测试工作，大大提高了测试效率和完成的质量。区间设备测试方法一样，但区间测试设备较少，但跑路时间较长，按高铁240min夜间天窗计算，一个天窗基本只能测试2个通道6 km。而使用摇表测量，1个区间天窗3 km都测试完成不了。室内机房测试，因为高铁与车站站房是一体的统一站房，造成摇表测试的探针根本无法与大地连接，所有无法测试。但使用钳型表就不存在此问题了。

对两种测试结果分析，测量接地电阻存在：

（1）摇表测量的特点是测量方法烦琐，工作量大且劳动强度高，测量值与测试人员技能水平有关。同时，对无砟高铁运用难度较大。但精度较高。

（2）用钳型表测量设备接地电阻，测量时用钳型表钳口卡住设备与接地线的短接探针就可以从表的显示屏上直接读出接地电阻值，操作方便快捷，测量读数直观，效率高。具体分析如表1。

表1 钳型表和摇表测量过程及效果比较表

5 结论

在对信号机械室和室外接地设备进行检修、施工作业期间，可以考虑先使用钳型表二点测量法对该机房的接地网和室外设备进行测试，若数值≤1Ω，则说明接地点电阻良好。如果该机房的接地点阻值不合格，使用三点测量法对该机房的接地网进行测试，得出具体电阻值。但在实际使用中，考虑到测试的精度和准确值，还需要进行0.1Ω或1Ω的校核检查，保证钳型表在使用时性能良好。

因此为在各站地线测试工作中得到广泛的推广，建议每站配备1块，适用高铁维修新模式的发展。