本发明属于电力系统测量领域，尤其涉及一种冲击接地阻抗测量系统及测量方法。
背景技术：
冲击接地阻抗是发电厂、变电站以及输电线路杆塔接地装置的重要技术指标，是评估厂站和杆塔遭受雷击时接地系统安全性、有效性的重要参数。当电力系统遭受雷击时，若接地装置的冲击接地阻抗过大，则会导致地电位抬升过大，从而使设备绝缘遭受破坏，影响安全供电，而且跨步电压也会超过正常值，威胁工作人员的人身安全。随着电力系统容量的不断增大，电压等级的不断提高，操作、雷电等暂态故障电流对电力系统的影响也越来越大，因此对接地装置的散流特性提出了更高的要求。电力系统运行经验表明，大多数输电线路事故都是由于雷击输电线路或杆塔引起跳闸所致。根据电网故障分类统计表明，高压线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的次数占40％～70％。而输电线路杆塔遭受雷击时，接地装置的冲击接地阻抗直接决定了雷击时塔顶的电位，从而影响绝缘子串承受的过电压和反击概率，因此线路的防雷水平很大程度上取决于杆塔的接地系统冲击接地阻抗值。发电厂、变电站作为电能源头和电厂连接用户的中转站，遭受雷击概率也较高，其安全性能与电力系统能否稳定运行直接相关，而其接地性能也直接决定了其防雷性能。因此获取接地系统冲击接地阻抗是接地系统设计、验收和运行过程中的必要环节，是保障电力系统安全运行的不可或缺的重要工作。
然而在冲击电流作用下，接地装置的冲击接地阻抗会呈现出复杂的非线性，准确预测冲击接地阻抗是非常困难的。目前，对冲击接地阻抗的研究主要分为两大类，一是理论仿真研究，二是试验研究。随着计算机技术的发展，仿真研究得到了很大的发展。仿真接地装置的暂态特性主要有以下几种方法：传输线理论，电路理论，电磁场理论、有限元方法，但这些方法都有一定的局限性，与实际接地装置的冲击特性存在一定的偏差，试验研究仍然是目前研究冲击接地阻抗最直接最有效的方法，试验研究又分为真型试验和模拟试验。真型试验是完全依照接地装置的实际情况来进行试验，采用与接地装置相同或相近尺寸的接地极，所加的电流也基本类似于实际的雷电流或操作冲击电流，因此真型试验可以很好地研究冲击接地阻抗的电感效应和火花效应，得出的结论也具有较高的可信度，从而被众多学者与研究人员所采用。但目前真型试验所需的冲击电流发生器体积庞大、操作复杂，运输和现场装配困难，一次试验成本非常高，并且高压现场冲击测试危险性较高。模拟试验是基于相似原理，将实际接地装置的电流幅值、前沿、脉宽和几何尺寸等按照一定比例缩小，在小尺寸的模拟沙坑中进行试验，因此可以方便地研究电阻率、埋深、接地体尺寸、形状等因素对冲击接地阻抗特性的影响。但模拟试验在进行空间和时间尺度缩小时并没有缩小土壤的颗粒、空隙等因素，所以模拟试验的准确性还有待进一步验证。并且在模拟试验时，所施加冲击电流的前沿一般需要在百纳秒以内，这在模拟试验中也是比较难实现的。因此亟需一种简单、有效、低成本但又具有较高准确度的冲击接地阻抗的测量系统以解决冲击接地阻抗存在的技术问题。
技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是：提供一种冲击接地阻抗测量系统及测量方法，以解决现有技术中对接地系统冲击接地阻抗测量采用模拟实验或仿真方法测量存在准确性差，测量复杂，成本高等问题。
本发明技术方案：
一种冲击接地阻抗测量系统，它包括冲击电流发生器，其特征在于：冲击电流发生器与接地体连接，接地体与高压探头和电流传感器连接，高压探头和电流传感器输出端与示波器输入端连接。
所述冲击电流发生器包括调压器T1，调压器T1输入端外接交流220V电源，输出端与硅堆D1连接，硅堆D1与充电电阻R1连接，充电电阻R1与高频逆变全桥连接，高频逆变全桥输出端与升压变压器T2输入端连接，升压变压器T2输出端与硅堆D2连接，硅堆D2与充电电阻R2连接，充电电阻R2与主电容C2连接，主电容C2与放电开关S连接，放电开关S与调波电阻R3连接，调波电阻R3与调波电感L连接，调波电感L输出端与接地体电流注入极连接，接地体回流极接地。
稳压电容C1－连接在充电电阻R1输出端与高频逆变全桥并联连接。
高压臂电阻R4和低压臂电阻R5串联后与主电容C2并联连接，构成的直流分压器。
充电电阻R1的阻值为40Ω，稳压电容C1电容值为1000uF，耐压500V；充电电阻R2的阻值为1MΩ。
绝缘栅双极型晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成高频逆变桥，逆变频率为50kHz，绝缘栅双极型晶体管Q1、Q2、Q3、Q4选用耐压500V，通流10A以上的晶体管。
升压变压器T2为高频变压器，变比1:140，额定电压50kV，额定容量3kVA，高压臂电阻R4阻值为50MΩ，低压臂电阻R5阻值5kΩ，分压比为10000。
所述放电开关S为球隙开关。
所述的冲击接地阻抗测量系统的测量方法，它包括：
步骤1、通过冲击电流发生器产生前沿、半峰值脉宽分别为1～5us和50～100μs的雷电流波形，并施加在接地体上，通过高压探头、电流传感器以及示波器可测得接地体上的冲击电压电流波形，根据冲击接地阻抗的定公式：
得到在该接地体在小冲击电流下的冲击接地阻抗值R，其中Um、Im分别为测得的冲击电压和电流的峰值；
步骤2、采集接地体所在位置的土壤样本，将其放入同轴圆筒形装置，内圆筒直径D1，外圆筒直径D2，圆筒长度为L，在两个圆筒上施加直流电压，同时通过电场探头测量土壤中的电场强度E，通过电压探头和电流表分别测量圆筒间的电压U1和流过土壤的电流I1，计算土壤中的介电常数ε和土壤电阻率ρ，介电常数ε和土壤电阻率ρ为
步骤3、利用多物理场仿真软件COMSOL分别在这种土壤参数下计算该接地体在小冲击电流和不同幅值的大冲击电流下的冲击接地阻抗，然后将不同幅值的大冲击电流下的接地阻抗和小冲击电流下的接地阻抗做商，得到以冲击小电流接地阻抗为基准的比例系数；
步骤4、将各比例系数与试验测得的小冲击电流下的接地阻抗相乘进行修正，得到接地体在不用幅值的大冲击电流下的接地阻抗。
本发明的有益效果：
通过本发明的测量装置，可以简单直接的对接地系统冲击接地阻抗测量；为了进一步提高测量准确性，本发明对测量值进行进一步的修正，提供的修正方法的修正系数来源于仿真计算，但本发明在在仿真中综合考虑了土壤参数、电流参数、接地体尺寸等因素对冲击接地阻抗的影响，充分体现了火花效应和电感效应，因此这种方法具有较高的准确性；解决了现有技术中对接地系统冲击接地阻抗测量采用模拟实验或仿真方法测量存在准确性差，测量复杂，成本高等问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方法如下：
系统组成：
系统主要由便携式小冲击电流发生器，高压探头，电流传感器和示波器等组成。
为了减小自身的体积和重量，便携式冲击电流发生器不自带电源，需要外部提供220V交流电，现场测试时需提供蓄电池和逆变器。硅堆D1、D2都用于将交流电整流为直流电。充电电阻R1的阻值为40Ω，用于限制稳压电容的充电电流，但又不使充电速度过慢。稳压电容C1用于提供一个稳定的直流电压，电容值为1000uF，耐压500V。充电电阻R2的阻值为1MΩ，用于限制主电容的最大充电电流为50mA，但又不使充电速度过慢。绝缘栅双极型晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成高频逆变桥，逆变频率为50kHz，Q1和Q3的驱动信号相同，Q2和Q4的驱动信号相同，且这两个驱动信号相位相差180°，为了防止桥臂直通，设置1us的死区时间。Q1、Q2、Q3、Q4选用耐压500V，通流10A以上的晶体管，保证其安全稳定工作。升压变压器T2为高频变压器，变比1:140，额定电压50kV，额定容量3kVA，比相同容量的工频变压器体积小很多。直流分压器用于测量主电容C2，并实时显示在控制箱前面板上，高压臂电阻R4阻值为50MΩ，低压臂电阻为5kΩ，分压比为10000。放电开关S为球隙开关，由电磁铁控制其动作，当控制箱按下触发按键，电磁铁通电，球隙距离迅速缩短，球隙击穿，主电容对接地体放电产生冲击电流。主电容C2为两个耐压20kV，1uF的脉冲电容器串联，电压从0到充电至30kV的充电时间小于2.5s。可调的调波电阻R3，阻值为10Ω，用于调节冲击电流波形，可使波形为标准的2.6us/50us雷电流波形。可调的调波电感L，电感值为60uH，用于调节冲击电流波形，可使波形为标准的2.6us/50us雷电流波形。为保证试验人员安全，主电容C2应就近接地。
与接地体相连的高压探头采用Tektronix公司P6015A，带宽75MHz，衰减倍数1000，其测量参考点与电压参考极相连，测量端连接到示波器；电流传感器为PEARSO公司生产的罗氏线圈，带宽200MHz，其输入输出比为A/V＝0.01，其测量端连接到示波器；示波器采用泰克(Tektronix)TDS1012，带宽200MHz，采样率2G/s。
本发明提供的冲击接地阻抗测量系统具有体积小，重量轻、操作方便、波形参数可调等优点，对冲击接地阻抗测试具有重要的工程意义。
测量与结果修正的实施方法：
1、根据接地体的尺寸和实际场地尺寸确定回流极和电压参考极位置，按图1所示连接布置电路，所有连接线都采用足够长的绝缘支杆支于地上，电流测试采用电流传感器，电压测试采用高压探头，电流传感器和高压探头的测量端均连接至示波器，所有接线检查无误后打开便携式冲击电流发生器电源总开关。调节充电电压至一合适值，触发放电测量得到冲击电压电流的波形。通过数据处理，取出冲击电压电流波形的峰值Um、Im和冲击电流的前沿、半峰值脉宽，利用冲击接地阻抗的定义式计算该接地体小冲击电流下的冲击接地阻抗值R。
2、采集杆塔接地体附近的土壤样本，将其放入专门制备的同轴圆筒形装置，内圆筒直径D1，外圆筒直径D2，圆筒长度为L，在两个圆筒上施加直流电压，同时通过电场探头测量土壤中的电场强度E，通过电压探头和电流表分别测量圆筒间的电压U1和流过土壤的电流I1，则土壤中的介电常数ε和土壤电阻率ρ的计算公式分别为：
将计算得到的数据进行处理得到土壤电阻率随场强的变化曲线。为了减小不确定性，应多次取样取平均值。
3、为了在多物理场仿真软件COMSOL中尽可能真实地模拟小电流冲击试验时的情况，设置以下参数与试验时相同：接地体的尺寸、材料，土壤的电阻率与场强变化曲线、介电常数，注入电流的幅值、前沿、半峰值脉宽，回流极的尺寸材料、电压参考极的位置等。完成该参数下小冲击电流下的仿真，计算小电流下的冲击接地阻抗值。再将施加的冲击电流改为不同幅值的大冲击电流幅值，进行同样的仿真，便可以得到不同幅值的大冲击电流下的冲击接地阻抗值。然后将不同幅值的大冲击电流下的接地阻抗和小冲击电流下的接地阻抗做商，得到以冲击小电流接地阻抗为基准的比例系数；
4、将上一步中得到的各比例系数与试验测得到的小冲击电流下的接地阻抗相乘进行修正，就可得到接地体在不同幅值的大冲击电流下的接地阻抗。