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变电站一次设备接地导通检测,接地网、跨步电压检测

发布时间:2020-07-30   点击数:78   信息来源:华耀电力检测

接地测试实际上就是指测量变电站接地网的接地电阻。接地电阻是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻,它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限大远处的大地电阻。

一、接地测试的意义

    目前,我国正处于电力大发展时期。电力事业的发展大大激发了该领域相关课题的深入研究,主要涉及电网技术和高压技术,电力检测尤为重要,而接地系统的相关技术不仅贯穿于电网技术和高压技术的所有领域,而且涉及到气象、建筑防雷等方面。在国内,目前对于接地技术的研究主要集中在接地网的腐蚀检测方法研究,腐蚀检测装置研究,接地电阻测试方法研究,接地电阻测试过程中的误差分析,接地装置的降阻研究与应用等等。

    接地网属于变电站建设时最先施工的设备。一般情况下,对于变电站接地网的验收是通过检查接地电阻、跨步电压和接触电势来进行,只要这三个指标达到一定的要求,就承认该接地网通过验收。而对于接地网内部各条支路连接与设计图纸的一致性,一般是业主通过派遣一两个员工进行全程监造来实现的。但通常情况下,一个110kV等级的敞开式变电站地网面积都在50m×50m以上,地网支路动辄一两百条以上,因此,监造人员难以对照图纸一一对应检查。另外,按照地网设计图的跨步电压和接触电势可以简单地检查接地网支路连接情况,但其电压信号一般都非常小,导致信噪比小,难以准确检查支路拓扑结构的正确性。而接地网的接地电阻一般只跟接地网封闭体的最大面积有关,更无法反映接地网支路连接是否与图纸一致,因此常规接地网的测试无法完成对接地网施工合格与否的判定。为了变电站设备和人员的安全,需要寻求一种接地网支路拓扑结构准确性检查的便捷方法。另外,出于经济角度考虑,一些新变电站建设于地形环境复杂、靠近山脉和河流的地方;随着地方经济的发展,一些旧变电站周围逐渐增加了很多建筑;敞开式变电站接地网面积大,随之带来了测试工作量大、测试精度跟不上等困难。为此,需要打破传统方法的限制,研究接地电阻测试新方法,以适应新环境下的敞开式变电站的实际状况,最大限度地准确获取大型接地装置的接地电阻。

二、变电站接地电阻测量的实例

1.带有架空地线的测试

     用三极法测量带架空地线的变电站接地电阻,由于架空线路地线与变电站接地网相连,且二者很难断开,在测量接地电阻时,部分电流会从架空线路地线流向远方而没有经被测变电站接地网直接入地。由此导致测量接地电阻偏小,与变电站实际的接地电阻相差较大,需要在测量结果中将地线的分流电流除去。

    测量变电站接地电阻时,电流引线相对于线路地线很短,且两者距离很远,之间的夹角很大,因此,电流引线与线路地线之间的互感基本可以忽略,其分流原理类似于纯粹的电阻分流。因此,如果有多回线路的情况,每回线路分得的测量电流差别不大。

     实际变电站故障发生时,故障电流由线路的相导线提供,即相导线作为电流引线。此时,由于相导线与其地线一直保持长距离平行,之间的距离也非常近,造成它们两者之间的互感很大。相导线提供的故障电流会通过互感的作用在地线中感应出很大的反向电流,这部分电流可能成为分走故障电流的主要部分,虽然地线电阻的作用也会分走一部分电流,但这部分电流随着相线与地线之间的距离减少,比例越来越小。

2.带有架空地线的接地阻抗测试方法

    实际测量中,当架空线路地线与变电站接地网相连时,测得的阻抗Zm为被测变电站实际接地阻抗ZSg1与所有相连线路地线、杆塔总等值阻抗的并联。所有相连线路地线、杆塔总等值阻抗为所有相连线路地线、杆塔等值阻抗的并联。如果求得每条线路地线、杆塔的等值阻抗,则可以得到ZSg1。因此,分析的关键是获得每条线路地线、杆塔的等值阻抗。为方便计算,在求线路地线、杆塔的等值阻抗时,作如下假设:忽略变电站接地网与杆塔接地装置之间的互电阻;同一条线路的杆塔接地阻抗相同;同一条线路的档距不变,为平均档距;忽略各条线路地线之间的互感影响;每条线路均较长,档数较多,末端变电站的接地阻抗影响可以忽略,并可以认为线路增加一个档距其地线等值阻抗不变。当求得每条线路从被测变电站看线路地线的等值阻抗Zn后,可得变电站所连线路的总等值阻抗。该阻抗与变电站接地阻抗并联后即为架空线路地线与变电站接地网相连时变电站的实测接地阻抗。因此,当测得变电站的接地阻抗,并求得变电站所连线路的总等值阻抗后,从而可以推出变电站实际的接地阻抗。

3.变电所短路电流分流系数计算方法

     电力系统短路故障时的短路电流计算,如果按照序分量和相分量,可分为序分量法和相分量法。正序、负序、零序分量存在相互耦合,此时不能采用传统的序分量法进行求解,而基于相参数模型则可适用于上述线路的实际情况。相分量法中,对各相相导线、架空地线和电缆外皮等线路参数没有对称条件的约束,因此运用相参数较为直观也更为精确。求解一个相参数电路,实际上就归结为基本的电路求解问题。

4.变频与大电流相结合的测试方法

    目前在接地规程中关于接地参数测量的方法仍然建议采用工频大电流或变频小电流。但这两种方法都存在一定的问题。工频大电流法对于新建变电站测试效果较好,因为此时工频干扰很小,对于在运变电站尤其是电压等级较高的变电站,在测量接地阻抗时,可采用反向法去除部分干扰,但还是有一部分干扰无法去除。另外在进行跨步电势、接触电势、地表电位分布等测量时存在的干扰信号有时大于测量信号,从而无法测量。

    变频小电流法的优点是干扰信号小,在某些小型变电站可较好进行测量,但在大型变电站中,在进行跨步电势、接触电势、地表电位分布等测量时,测量信号太小,有些地方甚至无法测出信号。在测量接地阻抗时电流太小,测量信号较低,测量存在较大误差。另外,在土壤电阻率分层相差不大的平原地区,两种测试方法测得的接地阻抗吻合性较好,但在土壤电阻率分层相差较大的山区,两种测试方法测得的接地阻抗相差很大。这种变频大电流的测试方法综合了以前两种方法的优点,克服了各自存在的缺点,使跨步电势、接触电势、地表电位分布等测量数据更加可靠和易于实施。在多数情况下,45Hz~49Hz和51Hz~55Hz基本就可以较好获取接地阻抗,也就是说接地测量导则中的40Hz~60Hz完全可以用45Hz~55Hz代替,这样的测试频率与工频更接近;试验电流3A~20A也可以变为20A~50A。变频与大电流相结合的接地阻抗测试系统主要由变频电源、放大器、滤波器、耦合变压器以及可调频万用表组成,可调频万用表可以测量电压、电流信号,调频万用表能很好地辨识由测试系统所产生的预定频率信号,对非预定频率的其他信号则衰减得很厉害。为了更好地监测电压和电流,也可采用记录波形的方法获取。考虑到测试的便捷性与经济性,仪器功率可以定为30kVA,最大输出电流定为100A。以上根据国家电力标准研究了几种接地电阻测试新方法,从中可以得到如下结论:

  1、传统接地电阻测试的0.618与30°夹角约束条件可以放宽,从而使得对接地阻抗的测试工作变得更加容易一些。

  2、针对敞开式变电站面积大的特点,可以选择短距离接地电阻测试。

  3、当变电站带有架空地线,且架空地线与接地网间连接头不容易拆除时,如果能够搜集到架空地线的详细资料,可以用带有架空地线的接地电阻测试值通过仿真计算获取变电站接地装置的实际接地电阻。

  4、针对敞开式变电站接地电阻小的特点,适当情况下可以选择变频大电流测试方法来进一步提高信噪比,以便准确获得变电站接地装置的接地电阻。

三、结论性的论述

     敞开式变电站与GIS变电站相比,具有占地面积大、接地电阻小、所处地理位置环境复杂等特点,在接地网验收、评估和接地参数测试中存在诸多问题,如现场地网完工后的验收不规范、复杂地形条件和大地网接地参数测试工作繁重、不准确(有时甚至无法得到测量数据)以及变电站地网与线路架空地线无法在分离情况下修正接地参数等等,项目的研究成果基本解决了这些问题。

    1、接地网主网拓扑结构的无损电检测方法可用于地网完工验收,较好地解决了在接地网敷设中支路遗漏,或与设计或完工图纸不相符合的情况,为变电站接地网资料的完整、准确提供证据。

    2、在接地参数测量时,可采用短距离放线和电流极、电压极任意放置的方法,其测量结果经现场与传统试验方法对比,具有较好的一致性,解决了放线难、工作 量大和环境复杂的现场测试问题。

    3、变频小电流在测试中测量数据过小,工频大电流干扰过大,无法得到准确测量值,变频大电流的测试方法克服了两者的缺点,解决了干扰和测量数据小造成测量误差大的问题,提高了测试准确度。

    4、对于变电站与架空地线无法分离情况下的变电站,在现场测量时和系统实际短路时注入地中电流的流向和分布是不同的,因此在判断接地参数合格与否时,不能简单认为两者接线状态相同而采用不考虑分流系数的方法。应根据测量结果等效计算得到变电站与架空地线无法分离情况下的变电站实际接地阻抗,在接地参数评估时,实际入地短路电流应考虑分流系数的影响,这样的测试结果更加科学、准确、合理。

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