浙江省接地装置工频特性参数测量规范讨论稿.docx
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浙江省接地装置工频特性参数测量规范讨论稿
CCS××.×××
×××
QB
备案号:
××××
浙江省电力工业局企业标准
QB×××-2004
浙江省接地装置工频特性参数
测量规范
CodeforMeasuringtheCharacteristicsofthePowerFrequencyofEarthedDeviceinProvinceofZhejiang
2004-××-××发布2004-××-××实施
浙江省电力工业局发布
QB×××-2004
目次
前言………………………………………………………………………………
Ⅱ
1
范围…………………………………………………………………………………
1
2
规范性引用文件……………………………………………………………………
1
3
术语和定义…………………………………………………………………………
1
4
接地装置工频特性参数测量的基本要求…………………………………………
2
5
发电厂和变电所接地装置的工频接地阻抗、接触电压、跨步电压和地表电位分布的测量…………………………………………………………………………
2
5.1
发电厂和变电所接地装置的工频接地阻抗的测量………………………………
2
5.1.1
测量原理……………………………………………………………………………
2
5.1.2
测量工频接地阻抗的三极法………………………………………………………
3
5.1.3
测量工频接地阻抗的四极法………………………………………………………
5
5.1.4
测量工频接地阻抗的电位降法……………………………………………………
6
5.1.5
测试电源和仪器的要求……………………………………………………………
7
5.1.5.1
变频测试电源和仪器的要求………………………………………………………
7
5.1.5.2
接地阻抗测试仪的要求……………………………………………………………
7
5.1.6
对测量仪表的要求…………………………………………………………………
7
5.1.7
影响工频接地阻抗实测值的因素和消除其影响的方法…………………………
7
5.2
接触电势、跨步电势、接触电压和跨步电压的测量……………………………
8
5.3
地表电位分布的测量………………………………………………………………
9
6
接地装置的电气完整性测试………………………………………………………
11
7
输电线路杆塔接地装置的工频接地阻抗测量……………………………………
11
8
土壤电阻率的测量…………………………………………………………………
12
8.1
单极法………………………………………………………………………………
12
8.2
四极法………………………………………………………………………………
13
8.3
注意事项……………………………………………………………………………
13
附录A
接地装置的季节系数Ψ值…………………………………………………………
14
附录B
土壤及水的电阻率的参考值………………………………………………………
14
附录C
接地装置工频特性参数测量工作程序……………………………………………
15
附录D
接地装置工频特性参数测量工作流程……………………………………………
16
附录E
测量方案编写内容和格式要求……………………………………………………
17
附录F
测量报告编写内容和格式要求……………………………………………………
17
附录G
普通试验报告编写内容和格式要求………………………………………………
18
附录H
测量原始数据记录表格……………………………………………………………
18
QB×××-2004
前言
本规范根据浙江省电力工业局的安排,由浙江省电力试验研究所负责制订。
2004年3月组建本规范的编写组并开始编写工作,在认真总结我省接地装置工频特性参数测量经验的基础上、并在广泛听取各地区(市)电力局和各发电厂的意见的基础上进行了收集资料和调研。
于同年7月形成初稿。
同年8月召开统稿会,形成征求意见稿。
在收集到反馈意见后进行修改。
同年9月召开审稿会,并形成报批稿。
本规范的正文内容共八章,主要内容包括:
范围,规范性引用文件,术语和定义,接地装置工频特性参数测量的基本要求,发电厂、变电所接地装置的工频接地阻抗、接触电压、跨步电压和地表电位分布的测量,接地装置的电气完整性测试,输电线路杆塔接地装置工频接地阻抗测量,土壤电阻率的测量。
本标准的附录A、附录B为资料性附录。
本标准的附录C、附录D、附录E、附录F、附录G、附录H为规范性附录。
本标准由浙江省电力试验研究所提出。
本标准由浙江省电力公司科技信息部、生产部和基本建设部归口解释。
本标准由浙江省电力试验研究所负责解释。
本标准主要起草单位:
浙江省电力试验研究所。
本标准主要起草人:
XXX。
本标准首次发布时间:
2004年8月30日。
浙江省接地装置工频特性参数测量规范
1范围
本规范规定了浙江省接地装置工频特性参数的测量一般要求、内容、方法以及减小或消除某些因素对测量结果影响的方法。
本规范适用于浙江省范围内发电厂、变电所和输电线路杆塔等接地装置工频特性参数的测量以及接地装置的电气完整性测试,拟建发电厂、变电所和杆塔的场地土壤电阻率的测量。
本规范也适用于避雷针、微波塔和建筑物等其它接地装置工频特性参数的测量。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注明日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注明日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
DL/T621-1997交流电气装置的接地
DL475-92接地装置工频特性参数的测量导则
GB/T17949.1-2000接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则(第1部分:
常规测量)
GB50169-92电气装置安装工程接地装置施工及验收规范
GB/T2900.57-2002电工术语发电、输电及配电运行
3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1接地极
埋入地中并直接与大地接触的金属导体,称为接地极。
兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混泥土建(构)筑物的基础、金属管道和设备等称为自然接地极。
3.2接地
将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分,经接地线连接至接地极。
3.3接地线
电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。
3.4接地装置
接地线和接地极的总和,称为接地装置。
3.5接地网
由垂直和水平接地极组成的供发电厂、变电所使用的兼有泄流和均压作用的较大型的水平网状接地装置。
3.6接地阻抗
接地装置对远方电位零点的阻抗称为接地阻抗。
接地阻抗数值上为接地装置与电位零点间的电位差与通过接地装置流入地中的电流的比值。
按通过接地装置流入地中的冲击电流得到的接地阻抗称为冲击接地阻抗;按通过接地装置流入地中工频电流求得的接地阻抗称为工频接地阻抗。
凡本规范未标明为冲击接地阻抗的,都是指工频接地阻抗。
3.7地表电位分布
当接地短路电流流过接地装置时,大地表面的电位分布。
3.8接地装置对地电位
电流经接地装置的接地极流入大地时,接地装置与大地零电位点之间的电位差。
3.9接触电势和接触电压
接触电势是当接地短路电流流过接地装置时,在地面上离电力设备的水平距离为1.0m处与沿设备外壳、构架或墙壁离地的垂直距离为1.8m处的两点之间的电位差;接触电压是指人体接触上述两点时所承受的电压。
3.10跨步电势和跨步电压
跨步电势是指当接地短路电流流过接地装置时,在地面上水平距离为1.0m的两点之间的电位差;跨步电压是人体的两脚接触上述两点时所承受的电压。
3.11转移电位
接地短路(故障)电流流过接地装置时,由一端与接地装置连接的金属导体传递的接地装置对地电位。
4接地装置工频特性参数测量的基本要求
4.1须由具备质检测试资质的第三方(仲裁方)或业主负责验收测试新建、扩建或降阻改造前后的发电厂、220kV及以上电压等级变电所接地装置的工频特性参数,本工程的设计方或施工方不能负责验收测试。
4.2在一般情况下尽量优先采用本规范中推荐的测量方法测量接地装置的工频特性参数。
4.3发电厂、变电所和杆塔等接地装置的工频特性参数与土壤的潮湿程度密切相关,尽量在干燥季节测量,而不应在雨、雪后立即进行测量,应在连续天晴至少2天后进行测量。
4.4通常应采用两种或两种以上电极布置方式(包括改变电极布置的方向)测量接地装置的接地阻抗。
有时,还需要采用不同的方法测量,以互相验证,提高测量结果的可信度。
4.5测量用的电流极和电压极分别采用5根~10根1.5m长┗50×50×5角钢,角钢打入地中深度1.0m、相距1.0m~2.0m,角钢间用裸铜线或导线用螺丝拧紧、并联连接后分别与电流测试线和电压测试线可靠连接。
电流极也可采用已有的无分流作用的其它接地装置。
测试期间电流极、电压极应有专人看护。
电流极接地电阻不大于8Ω,电压极接地电阻不大于100Ω。
4.6发电厂、变电所等大型接地装置的接地阻抗测量应采用变频法或工频大电流电流表-电压表法,小型接地装置的接地阻抗测量可采用接地阻抗测试仪。
优先推荐采用变频法测量大型接地装置的工频特性参数。
4.7接地装置的等效中心、电流极和电压极的位置须用GPS经纬仪准确定位,详细记录它们的经纬度,并在接地装置的工频特性参数的测量方案和测量报告中加以体现。
5发电厂和变电所接地装置的工频接地阻抗、接触电压、跨步电压和地表电位分布的测量
5.1发电厂和变电所接地装置的工频接地阻抗的测量
5.1.1测量原理
图1是测量接地装置的工频接地阻抗的电极布置和电位分布的示意图,图上点P是实际零电位区中的一点,实际零电位区是指沿被测接地装置与测量用的电流极C之间连线方向上电位梯度接近于零的区域。
实际零电位区范围的大小,与测量用的电流极离被测接地装置的距离dGC的大小、通过被测接地装置流人地中测试电流的大小以及测量用的电压表的分辨率等因素有关。
用电压表和电流表分别测量接地装置G与电压极P之间的电位差UG和通过接地装置流入地中的测试电流I,由UG和I得到接地装置的工频接地阻抗ZG
(1)
5.1.2测量工频接地阻抗的三极法
三极法的三极是指图2上的被测接地装置G、测量用的电压极P和电流极C。
图2上的三极是布置在同一条直线上,简称直线三极法或直线0.618法。
测量用的电流极C和电压极P离被测接地装置的等效中心的距离为dGC=(3~5)D和dGP=(0.5~0.618)dGC,D为被测接地装置的最大对角线长度,点P可以认为是处在实际的零电位区内。
如果想较准确地找到实
图1测量接地装置的工频接地阻抗的电极布置和电位分布示意图
G-被测接地装置;P-测量用的电压极;C-测量
用的电流极;D-被测接地装置的最大对角线长度
图2三极法的原理接线图
(a)电极布置图;(b)原理接线图
G—被测接地装置;P—测量用的电压极;C—测量用的电流极;A—电流表;
V—电压表;D—被测接地装置的最大对角线长度
际零电位区,可以把电压极沿测量用电流极C与被测接地装置G之间连线方向移动三次,每次移动的距离约为dGC的5%,测量电压极P与接地装置G之间的电压。
如果电压表的三次指示值之间的相对误差不超过5%,则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。
把电压表和电流表的指示值UG和I代入式
(1)中去,得到被测接地装置的工频接地阻抗ZG。
当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时,为了得到较可信的测试结果,建议把电流极离被测接地装置的距离增大,例如增大到5km~10km,同时电压极离被测接地装置的距离也相应地增大。
如果在测量工频接地阻抗时,dGC取(3~5)D值有困难,那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时,dGC可以取2D值,而dGP取D值;当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时,dGC可以取3D值,dGP取1.7D值。
如果接地装置周围的土壤电阻率较均匀,也可以用图3的三角形布置电极的方式测量工频接地阻抗。
被测接地装置的工频接地阻抗值ZG由下式决定
(2)
式中:
UGP—电压极与被测接地装置之间的电压(V);
I—通过接地装置流入地中的测试电流(A);
—被测接地装置等效球半径(m);
DGP,DGC-电压极和电流极离被测接地装置的等效中心的距离(m);
θ—电压极和接地装置等效中心的连线与电流极和接地装置等效中心的连线之间的夹角。
一般取dGP≈dGC=2D,θ≈30º。
当电压测试线与电流测试线放线方向之间的夹角θ为29º~30º时,简称夹角30º法。
当电压测试线与电流测试线放线方向相反时,即夹角θ为180º时,简称反向法。
电压极离接地装置等效中心的直线距离及电流极离接地装置等效中心的直线距离分别为(5~7)D,且接地装置接地阻抗值应为按照公式
(2)的计算结果除以0.85进行修正。
当接地装置的最大对角线长度较小,且工频接地阻抗值大于0.5Ω时,也可以用接地阻抗测试仪测量接地阻抗,但其电压极和电流极应按前面提到的要求布置。
(a)
(b)
图3测量接地装置工频接地阻抗的三角形布置电极方式
(a)电极布置图;(b)原理接线图
G—被测接地装置;P—测量用的电压极;C—测量用的电流极;
A—电流表;V—电压表;D—被测接地装置的最大对角线长度
5.1.3测量工频接地阻抗的四极法
当被测接地装置的最大对角线长度D较大或在某些地区(山区或城区)按要求布置电流极和电压极有困难时可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线,另外一相导线作为电压线。
由于电压线与电流线之间的距离较小,电压线与电流线之间的互感会引起测量误差。
图4是消除电压线与电流线之间互感影响的四极法的原理接线图。
图4的四极是指被测接地装置G、测量用的电压极P、电流极C和辅助电极S。
辅助电极S离被测接地网的边缘距离为30~100m。
用高输入阻抗电压表测量点2与点3、点3与点4以及点4与点2之间的电压U23、U34和U42以及通过接地装置流入地中的电流I,得到被测接地装置的工频接地阻抗
(3)
图4四极法测量接地阻抗的原理接线图
(a)电极布置图;(b)原理接线图
G—被测接地装置;P—测量用电压极;C—测量用电流极;S—辅助电极;
用电流表、电压表测量电流、电压;D—被测接地装置的最大对角线长度
5.1.4测量工频接地阻抗的电位降法
测量工频接地阻抗的电位降法是画出比值ZG(ZG=V/I)随测量的电压极离被测接地装置等效中心之间的距离X变化的关系曲线,电压极从待测接地装置边缘开始逐点向外移动,每移动一点测出一个阻抗值ZG。
该曲线转入水平阶段的欧姆值,即当作待测接地装置的接地阻抗值。
利用短极间距(电流极与被测接地装置等效中心之间的距离取3D时的)方式进行测量是可以的,即测量精度可以满足工程要求,当然采用远距离法布线测量则更好。
接地阻抗电位降法测试示意图,如图5所示。
图5接地阻抗电位降法测试示意图
G—被测接地装置;P—测量用电压极;C—测量用电流极;A-电流表;
V-电压表;X-电压极离被测接地装置等效中心的距离;d-电压极的
移动间距;D—被测接地装置的最大对角线长度
当注入接地装置的测试电流为I时,电压极P从接地装置G的边缘开始沿与电流测试线放线方向呈30°~45°的方向向外移动,每间隔一定距离d(50m或100m)测量一次电压值V和电流值I,计算比值ZG=V/I,绘出接地阻抗ZG与X的关系曲线,如图6所示。
曲线平坦处的欧姆值,即当作待测接地装置的接地阻抗值。
图6电位降法接地阻抗ZG与X的关系曲线
如果电压极与电流测试线放线方向呈一定角度移动确实有困难,电压极可与电流测试线放线方向同方向移动,但电压测试线与电流测试线两者之间要保持足够的距离,减少测试线间互感对测量结果的影响。
电压极的布置要求与前面提到的接地阻抗的测量要求相同。
5.1.5测试电源和仪器的要求
5.1.5.1变频测试电源和仪器的要求
变频法测量接地装置接地阻抗采用的电压极和电流极应按前面提到的要求布置。
变频法试验电源采用变频电源,电源容量要求不高,输出电流能达到3A~20A,频率在40Hz~60Hz范围内可调,用具有选频特性的电压表和电流表测量某一特定频率下的电压UG和电流I,用公式
(1)计算该特定频率下接地装置的接地阻抗ZG。
如果电力系统的工频频率为50Hz,则从40Hz开始测量,每隔1Hz测量一个点,一直测到60Hz。
通过曲线拟合或线性逼近的方法计算接地装置在电力系统的工频频率50Hz下的接地阻抗值。
变频法最大的优点是可以消除杂散的工频电磁场干扰的影响,可以消除电力系统中零序电压、零序电流分量的影响,也可以避免高次谐波和地中杂散干扰电流的影响,能实现精确、经济、安全的测量。
变频法可以用来测量接地装置的接触电势、跨步电势、接触电压、跨步电压和地表电位分布。
5.1.5.2接地阻抗测试仪的要求
小型接地装置的接地阻抗可采用接地摇表、异频和变频接地阻抗测试仪测试。
接地阻抗测试仪试验接线示意图,如图7所示。
图7接地阻抗测试仪试验接线示意图
禁止使用只有三端子的接地阻抗测试仪和钳形接地阻抗测试仪测试小型接地装置的接地阻抗。
5.1.6对测量仪表的要求
为了使测量结果可信,要求电压表和电流表的准确度不低于1.0级,电压表的输入阻抗不小于100kΩ。
最好用分辨率不大于1%的数字电压表(满量程约50V)。
5.1.7影响工频接地阻抗实测值的因素和消除其影响的方法
5.1.7.1接地装置中的零序电流
在不停电的条件下,接地装置中存在电力系统的零序电流,它会影响工频接地阻抗的实测值。
零序电流对工频接地阻抗实测值的影响,既可以用增大通过接地装置的测试电流值的办法减小,也可以用倒相法、三相电源法消除,以及可以用变频法消除。
用倒相法得到的工频接地阻抗值
(4)
式中:
U0、I0—断开电源,接通电流线后测量的干扰电压(V)和干扰电流(A);
U1、I1—接通电源后测量的电压(V)和电流(A);
U2、I2—电源倒相后测量的电压(V)和电流(A)。
用三相电源法得到的工频接地阻抗值
(5)
式中:
V0、I0—地中干扰电压(V)、电流(A);
VA、VB、VC—分别为接通各相电源时测量的电压(V);
IA、IB、IC—分别为接通各相电源时测量的电流(A)。
5.1.7.2高频干扰电压
当测量用的电压线较长时,电压线上可能出现广播电磁场等交变电磁场产生的干扰电压。
如果用有效值电压表测量电压,则电压表的指示值要受高频干扰电压的影响。
为了减小高频干扰电压对测量结果的影响,在电压表的两端子上并接一个电容器,其工频容抗应比电压表的输入阻抗大100倍以上。
5.1.7.3输电线的避雷线
在许多变电所中,输电线的避雷线是与变电所的接地装置连接的,这会影响变电所接地阻抗的实测值。
因此在测量前,应尽可能断开避雷线与变电所接地装置的电连接。
5.1.7.4通过接地装置的测试电流
通过接地装置的测试电流大,接地装置中的零序电流和干扰电压对测量结果的影响就小。
为了减小工频接地阻抗实测值的误差,采用工频法测试时,通过接地装置的测试电流不宜小于50A。
在高土壤电阻率地区,通过接地装置的测试电流15A~30A即可。
5.1.7.5运行中的输电线路
尽可能使测量线远离运行中的输电线路或与之垂直,以减小干扰影响。
5.1.7.6检修状态的输电线路和电缆
处于检修状态的输电线路和电缆对测量结果的影响很大。
应在做好安全措施的前提下把处于合闸状态的输电线路和电缆的接地闸刀临时改为分闸状态,待接地阻抗测试结束后合上接地闸刀。
5.1.7.7河流、地下管道等导电体
测量电极的布置要避开河流、水渠、地下管道等。
5.1.7.8测量回路自感电抗和互感电抗
测量大型接地装置的接地阻抗时,电流、电压测试线较长,导线的自感电抗和互感电抗也随之增大,势必导致测量误差增大。
当导线长度给定时,增大测试导线截面可降低其自感,增大电流测试线与电压测试线的间距可减少互感。
当用架空线作电流注入线时,为了减少线路阻抗即为了减少自感影响,可将三相导线并联起来作电流注入线,而电压极引线(采用绝缘电线)可布置在地上。
这样,即使电压线与电流线平行布置还可以大大地减少互感的影响。
可在电流回路内串联电容器,以降低电流回路的自感影响。
电压、电流测试线宜采用4mm2及以上单芯多股绝缘胶质导线。
5.2接触电势、跨步电势、接触电压和跨步电压的测量
图8是测量接触电势、跨步电势、接触电压和跨步电压的原理接线图。
模拟人的两脚的金属板是用半径为0.1m的圆板或0.125m×0.25m的长方板或
cm尺码的厚1cm的铁板鞋。
为了使金属板与地面接触良好把地面平整,撤一点水,并在每一块金属板上放置15kg重的物体。
由图8,得到
(6)
(7)
或
(8)
(9)
式中:
Ej、Ek—接触电势和跨步电势;
Uj、Uk—接触电压和跨步电压;
RP—人一只脚的接地电阻;
Rm—模拟人体的电阻,1500Ω。
取下并接在电压表两端子上的电阻Rm,高输入阻抗(>100kΩ)的电压表V1和V2将分别测量出与通过接地装置的电流I对应的接触电势和跨步电势;如果在电压表V1和V2的两端子上并接电阻Rm(1500Ω),则电压表V1和V2的测量值分别为与通过接地装置的测试电流I对应的接触电压值和跨步电压值。
在发电厂和变电所中工作人员常出现的电力设备或构架附近测量接触电压;在接地装置的边缘测量跨步电压。
在测量接触电压时,测试电流应从构架或电气设备外壳注入接地装置;在测量跨步电压时,测试电流应在接地短路电流可能流入接地装置的地方注入。
一般情况下,接触电压测量采用一点注入测试电流、多点测量的方式进行。
如果对接触电压测量有特殊要求,可以采用一点注入、一点测量的方式进行。
如要对一些重要或特殊的设备实施一点注入、一点测量的方式,须在设备允许停电并确保安全的前提下进行。
发电厂和变电所内的接触电压和跨步电压与通过接地装置流入土壤中的电流值成正比。
当通过接地装置入地的最大短路电流值为Imax时对应的接触电压和跨步电压的最大值分别为
Ujmax=UjImax/I(10)
Ukmax=UkImax/I(11)
式中:
I、Uj和Uk—测量时通过接地装置的测试电流以及对应的接触电压和跨步电压的实测值。
5.3地表电位分布的测量
按照接地装置接地阻抗测量的有关要求施加试验电流,测量接地网地表电位分布的原理接线图如图8所示。
地表电位分布测量路径设置方法有两种:
一种是以测试电流注入点(接地装置的等效中心)为中心,向四周辐射,辐射线之间成一定的夹角,一般为30°或45°,沿所绘的几条射线测量地表电位分布,如图9所示;另外一种是将被测区域用纵横交错的几条直线进行划分,平行的直线间距离不宜超过50m,沿所绘的几条直线测量地表电位分布,如图10所示。
地表电位分布测量,需要选取电位参考点。
选取电位参考点的方法有两种:
一是
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