摘要：近年来，建筑工程施工的数量在不断的上升。在建筑工程的施工中，维持电力系统运行安全是施工重点内容之一。就目前而言，在工程施工中采用的都是接地电阻测试仪测量实现对接地电阻的测量，但是此方法在大型的工程中，就很不合用，采取新的方法是人们一直思考的问题。文章通过对大型接地网接地电阻测试内容进行研究，了解大型接地网接地电阻测试的目前状况，改善大型接地网接地电阻测试方法，使得大型工程接地电阻的测试工作能够拥有好的成效。
关键词：大型接地网；接地电阻；分析
接地电阻的测试内容在很多的工程施工中都必须进行，这是保证工程施工顺利进行的关键内容，同时也是保证工程电力系统能够正常运转的重点。在目前的接地电阻测试中运用的都是接地网的形式，但是小型的接地网的测试方式对于大型接地网来说还存在着一些不足之处，因此，需要加强接地电阻测试原理的了解，以便实现大型接地网电阻测试效果的提升。
1.测量接地电阻的现状分析
很多从事电气施工的工作人员都错误的认为接地电阻的测量是没有任何问题的，原因较为简单，只需要有接地电阻的测试仪就能正常开展测量工作。产生该看法的原因主要包括：一方面，很多地区的土壤电阻率普遍较低，所以采用单组接地线或者是二组接地极就可以让接地电阻达到四欧尼一下，所以选择一般性的电阻接地测试仪测量接地电阻就可以了；另一方面，很多的生产接地电阻测试仪的厂家在说明书中并没有将测试仪的使用范围写清楚，导致了错误继续的发展下去，未及时纠正。
接地电阻是接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和，其数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值，它与土壤的特性及接地极的几何尺寸等因素有关。接地电阻值是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合规程要求的重要指标。接地电阻的测量与其它对象的测量有很大的不同。首先，根据接地电阻的定义，接地电阻应该是从接地极到无穷远处的土壤的总电阻。然而在实际测量时，测量引线不可能设置在真正的无穷远处，而且测量回路的存在必然导致辅助电极的存在，而辅助电极的引入必然会使地中的电流场发生畸变从而影响到地面电位的分布。所以在测量过程中，必须考虑到辅助电极的影响。显然，辅助电极对地网外地面电位的影响与其和接地网的距离有直接的关系。为了尽量减小电流极的影响，要求电流极与接地网的距离越远越好。
根据接地电阻的定义，最初人们对接地电阻的测量是使用伏安两点法（即用电流表、电压表测定），试验非常原始，就是简单的在距离地网较远的位置布置一个电极，直接将辅助电极与地网两端电压和电流的比值作为地网接地电阻值。在测定电阻时须先估计电流的大小，选出适当截面的绝缘导线，‘在预备试验时可利用可变电阻R调整电流，当正式测定时，则将可变电阻短路，由安培计和伏特计所得的数值可以算出接地电阻。伏安法测量接地电阻有明显不足之处：麻烦、繁琐、工作量大，而且没有考虑引入辅助电极对地面电位分布的影响。另外受外界干扰影响极大，在强电压区域内有时简直无法测量。从工程使用效果来看，这种方法测量误差很大，测量可靠性和重复性都非常差。目前在发、变电站地网的测量中基本不使用这种方法。
为了消除干扰影响，研究人员在三极补偿法基础上发展出了四极法、倒相法、大电流法等测量方法。四极法即在电位降法的基础上再增加一个电极，在被测电极附近地中插入一个辅助电压极的测量方法。倒相法即通过改变电流极性进行两次测量来抑制干扰。大电流法即测试电流不小于30A，通过注入大测试电流提高信噪比，增加测量准确性。从消除电流、电压引线间互感影响的角度来看，四极法是一种比较理想的方法，能有效地消除电压测量线上的互感影响，并且通过倒相消除地中干扰电流的影响，从而得到真实的接地电阻值。应用四极法测量接地电阻也存在一些问题，例如测量时间受到线路停电时间的限制：对于大型地网，现场测量实现起来比较困难，在土壤电阻率比较高的变电站很难达到所需的测量电流等。而且四极法和倒相法都需要分阶段测量多个电压值和多个电流值，而实际上，地中干扰信号大一多数情况下时是一个随机量，两次或多次测量，很难保证干扰信号的同一性，这必然影响到最后的测量值。而大电流法的使用必然导致测量电源装置的庞大和笨重，现场测量工作时使用极为不便。
2.做好大型接地网接地电阻测试的重要意义
在施工环节，每一栋建筑物都需要进行接地电阻的测试，这是因为接地电阻值的大小一方面和建筑物的安全有关，另一方面会影响到电力系统的正常工作以及人们的生命安全，现在的设计更多的是采用了接地网的形式。小型的接地网的测试工作可以按书上或者是仪表的实际要求来测试；大型的接地网的测试如果仍然是按照书本或者是仪表上要求的来测试，那么电流计和被测接地网之间的距离是接地网最大对角线长度的四倍到五倍，电压极和被测接地网之间距离大概是电流级和接地网的距离0．5到0．6倍，这就有很大的难度，按照这个计算方法，工程中电流极和建筑物之间的距离应该是1700米，电压计和建筑物之间的距离是850米，这样的长度，在实际的测量中是不可能的，首先建筑物出去的几公里，场地要么是其他的单位，要么会是街道，是不会让你去测量的；其次，线路较长，测试选用的导线也存在很大的误差，测量出来的电阻值并不真实。
3.大型接地网接地电阻的方法分析
3.1传统的电阻测量存在的偏差分析
相关资料显示，传统的电阻测量摇表实际的测量范围相对较小，如果大型的接地网的电阻测试仍然选用传统的电阻测试的摇表，还是会存在有较大的误差。原因是测量过程中可能会受到多方面的影响：首先，存在着像是泄漏电流和无线电干扰电流这种散杂的电流；其次，电流中的三相的不均衡的电流是直接通过工作接地的形式注到大地中的；再次，接地网相邻近的电路管线和架空线的零序分量进到被测的接地网；最后，测量回路中的电流、电压的引线有着互感干扰的电势。
3.2测量原理分析和选用的仪表
按照国家电力行业的标准的相关规定，接地电阻的测量工作可以按照相关导则执行，测量的原理也是根据按照相关的测量标准，最后确认出来的接地装置的工频接地电的数值是和接地装置中对地的电压以及接地装置流进的工频电流的比值是相等的。采用三极法将超大型接地网的工频接地电阻进行及时测量，这其中大型的接地网的接地电阻的测点位置应该是放在几何的中心位置。仪表的选择是按照导则的要求选择相应的电流表和电压表，电压表的输入阻是不小于100千姆的，量程为100伏。选择的数字电压表的分辨率要小于1%，电流表的量程最佳的状态是20安培。
3.3异频测量法
地网接地电阻测量中的干扰主要是工频地电流干扰和引线间干扰。消除工频地电流干扰最直接的方法是停电测量，但现场难以实现，目前采用加大测量电流法以提高信噪比来减小测量误差。但如前述，增大电流后，引线间干扰也增大，且此法设备笨重，消除干扰的效果并不理想，还有其它多种处理方法，均不适于现场使用。
工频电流测试法的局限性，工频电流测试法是传统方法，在我国接地系统测试中沿用了数十年，至性>仍在使用，特别是电力行业新建变电站或发电厂的接地网测试项目，由于外界工频电磁十扰并不是特别强，再加上新建工程条件下的布线比较容易实施。但对于运行中的变电站和发电厂，采用工频电流法测试过程中的误差问题就显得格外突出，主要原因是：外界工频电磁场以及地中零序性质的电流等所产生效果与工频试验电流所产生效果相比，己达到无法忽略又无法剔除的程度。例如，实测中即使在施加试验电流为零的情况下，较长的电压线上以工频为主要成分的外界十扰电压己达到数伏，若地网接地电阻为0.20SZ的话，20A信号试验电流所产生的信号电压降也仅。倒相法、三相电流测试法等抗十扰措施在理论上可以消除外界工频十扰的影响，但长期实践经验表明，其效果并不理想，测试数据的复现性差，难以得到满意的测试结果。
以半球形接地电极为例，测试电路如图3所示。当测试电流从C流回电源，而不是向无穷远处流散时，地面电位发生了畸变，地网相对于无穷远处地电压有所降低，如图4所示。图中曲线1为只有被测电极单独存在并有电流I经过电极向地中散流时的电位分布曲线，也就是理想的无穷远处测量时的地面电位分布，其中U，。为只有被测电极单独存在时电极与无穷远处的电位差；曲线2为只有辅助电流极存在并有电流从地流回电极的电位分布曲线，其中Ul。为在辅助电流极的影响下被测电极与无穷远处的电位差；曲线3是被测电极和辅助电极同时存在的电位分布，即曲线1和曲线2的代数和。
4.变电站接地网接地电阻近距离测量方法
电压极、电流极和接地网在一条直线上时（见图5，不同电压极位置下Rg的测量值见图2。
由图6可见，电压极位于P2时，无论离接地网多远，测量值都比真实值小，距离越远，误差越小。这种测量方式的好处是电流、电压极引线间不存在互阻抗，但弊端是所需引线太长，测量过程需耗费大量人力物力。电压极位于P1时，存在一点能测得Rg的真实值，但此时lu较长，既增加了布线难度，又增大了外界对电压极引线的干扰。电压极位于P（电流极和接地极之间）时，电压极放置在某点上能测得Rg的真实值，该点即为电压极的正确位置（称为补偿点）。均匀土壤中半球形接地体中心到补偿点的距离为到电流极距离的0.618倍。但补偿点的位置并不固定，它随地网形状和土壤结构的变化而变。补偿点的求取可分两步：①计算无电流回流极时接地网电流注入点E的电位升U1；②计算有电流回流极时电流注入点E与EC连线上各点的电位差，电位差等于U1的点即为补偿点。近距离测量的基本原理就是在电流极位置给定时，根据地网的具体结构形状及土壤的具体模型参数，利用变电站接地网数值分析软件找到补偿点的位置。测量Rg时可用异频测量法避开工频干扰，且只需较小的注入电流（一般0.5～2A）。近距离测量的主要过程为：①测量背景干扰信号，在其频谱中找出50Hz附近而干扰又较小的几个频点；②在选定的频点下用等距四极法测得土壤的表面视在电阻率，并反演得到土壤电阻率ρ的模型。③接地网电流注入点和电流极位置给定时算得补偿点的位置。④在选定的频点下测量Rg，最后由插值得到工频下的结果。
5.硬件系统的可靠性设计
5.1硬件系统可靠性设计原则
（1）首选数字系统：充分利用数字系统的高噪声容限和易处理的特点；
（2）器件的降额使用：电压安全系数取2-3，电流安全系数取1.5-2；高速数字器件要保证充分的时序裕量；功率器件要降额使用；
（3）时钟信号的处理：时钟源到负载的连线尽量短，线应较宽；同时要避免时钟与其它信号之间的干扰，尽量避免几种信号线的平行布线：
（4）简化和优化系统结构：选用集成度高的芯片，这样就可减少系统中元器件数量，从而减小系统面积和体积。如采用内含采样、保持和参考电压，高集成度的DSP芯片。
5.2电路系统的可靠性设计
（1）滤波与屏蔽：为防止时钟信号线对其它信号的干扰，时钟线两边用地线来隔离；
（2）阻抗匹配：高频信号线的阻抗匹配，防止信号的多次反射。如在高速运放的输出端，或在ADC的输入端加接30100欧的电阻，来消除反射现象；
（3）可靠的驱动：器件之间的驱动要保证电压匹配及电流可靠的驱动；器件尽量选用压控型器件，如异频电源选用IGBT作为开关控制。
5.3软件可靠性设计
系统运行过程中，会因干扰引起程序的不正常运行，也可能使程序陷入“死循环”，这时程序必须能够自动恢复正常运行。利用TMS320F2812内部集成的“看门狗”定时器可使系统从故障中恢复过来：估计主程序可能运行的最长时间，将“看门狗”的定时时间设成略长于该时间，在主程序每次循环时都清除“看门狗”一次。如果主程序在执行某个任务时出现了错误，不能正常返回，超过“看门狗”的定时时间，则DSP会自动复位。但工业应用当中，严重的干扰有时会破坏中断控制字，导致中断关闭，这时硬件“看门狗”就无能为力。这时可以将硬件“看门狗”和软件“看门狗”结合起来对程序进行监控，具体操作方法是：以A/D中断为例，设A为中断A/D的中断运行状态观测器。进入A/D中断一次，寄存器A加1。由于主程序有时没有任务执行，它循环一次可能不足以使A/D发生中断，选择循环次数N，让主程序在N次循环时间内确保一定有A/D中断发生。设B为暂存单元，在主程序进入N次循环前将A保存在B中，那么主程序N次循环后比较B和A单元中的值，如果两者相等，则说明在规定的时间内，应该产生的A/D中断没有产生，就要进行出错处理。
6.测量与结果分析
在了解了接地电阻测试的原理后，进行实测分析。在进行电阻测量时，首先需要确定电压的值，测定电流值，这样才能够计算出电阻值的大小。在实际的测量操作中，会选择电压为60V的变压器作为电源，对工程大楼接地网的接地电阻实行测量。在经过不同位置的接地电阻的测量后，得出了接地网不同位置电阻的值。我们发现，接地网中间位置的电阻值要比接地网边缘位置的电阻值大，随着接地网面积的不断扩大，接地电阻值也在不断的减小。因此，在进行接地网电阻的测量时，需要选择接地网的几何中心位置进行测量。在测量过程中，如果使用的是大电流的测试方法，则所得到的结果会比一般电流测量方法得到的更为准确。在使用一般的接地电阻测量仪在大型接地网的接地电阻测量时，会使得误差比较，没有办法得出合理化的结果。
结论
随着电网的日益发展与壮大，以及大量自动化设备在变电所的广泛应用，对变电所接地网的接地电阻和接地安全的要求越来越高。如何简便、准确地测量接地系统，尤其是大型地网的真实接地电阻是长期困扰电力工作者的一大难题。基于此，本文主要研究了发变电所大型地网接地电阻的测量问题。总而言之，加强大型接地网接地电阻的测试工作，能够高效实现接地电阻测试效果的提升。接地电阻的检测工作在工程施工中是必须进行的内容，不论是对施工人员的人生安全而言，还是从电力系统的稳定运行来说都具有非常重要的意义。加强接地电阻测试内容的了解，能够使得接地电阻检测在实际运用中发挥更好的效果，利于工程的施工的顺利进行。（论文来源于“广东电网有限责任公司职工创新项目”项目名称：地网导通仪改进）
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论文作者:吴卓,王云龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/24
标签：电阻论文; 测量论文; 电流论文; 测试论文; 电压论文; 电极论文; 干扰论文; 《防护工程》2019年第1期论文;