一种带补偿修正的接地电阻短距测量方法及系统与流程

本发明属于电阻测量技术领域，涉及一种带补偿修正的接地电阻短距测量方法及系统。

背景技术：

对接地网接地电阻的测量，现有方法主要可分为长距法和短距法两种。

长距法测量接地网接地电阻的测量回路如图1所示。

为确保测量精度，要求电流极与被测接地系统边缘的距离最少达到接地网对角尺寸的4-5倍。长距法测量精度较高，但是对于大型接地网，存在放线距离太长，工作量大的缺点，特别是在山区地带，放线工作及其困难，安全风险高，同时较长的导线也会增大干扰误差。

现有短距法大都是建立在计算机数值计算的基础之上，通过对接地网及土壤介质等实体建立数值或等效模型，然后用电脑软件求解土壤电流分布方程以确定地电位零点的位置。相比之下，短距法大大缩短了电流极的放线距离，减轻了劳动强度。但是数值计算对模型要求高，也无法完全模拟接地网的实际情况，因此精确度无法保证。

发明专利“短距测量接地网接地电阻的测量方法及其测量结构”(专利号：zl201010185450.4)提出了一种基于现场测量的短距测量方法，具体测量接线如图2所示。

在测量时首先按照图2中实线部分搭接测量电路并通过测量出的电压和电流计算出电阻，然后再按照虚线搭接测电路并通过测量出的电压和电流计算出电阻，最后通过公式算出接地网的接地电阻。

该方法通过引入辅助电流极后进行两次测量后间接计算出接地网接地电阻，可以有效解决长距法存在困难。但是该方法中测量的总电阻并不完全等于接地网接地电阻和电流极接地电阻之和，而是要小于接地网接地电阻和电流极接地电阻之和。

如图3所示，在两个接地体中注入相反方向的电流，其地电位曲线叠加后，两个接地体之间的电压要小于两个接地体单独注入电流后地电位曲线绝对值之和。因此上述方法中计算出的要比接地网的实际接地电阻小，需要对这一误差进行修正，才能得到更精确的测量结果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带补偿修正的接地电阻短距测量方法及系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带补偿修正的接地电阻短距测量方法，该方法为：

用双层土壤模型来模拟实际的土壤结构，以半球形电极来模拟实际的接地网；根据电流场理论，半球形接地体的电位分布为：

式中，ρ1为上层土壤电阻率；ρ2为下层土壤电阻率；r为接地体半径；h为上层土壤厚度；

此时电流极引起的接地网电位下降为：

接地网引起的电流极电位升高为：

式中，l为接地网与电流极之间的距离；

通过测量土壤数据，建立双层土壤模型：

将计算参数带入式(2)和式(3)对测得的接地网与电流极之间的电压v进行修正后再来计算r总。

一种带补偿修正的接地电阻短距测量系统，包括交流信号源i、电流表i、电压表i、交流信号源ii、电流表ii、电压表ii、电流极、辅助电流极和双刀双掷开关；

交流信号源i与电流表i串联，再与电压表i并联，形成电路i；

交流信号源ii与电流表ii串联，再与电压表ii并联，形成电路ii；

电路i和电路ii通过双刀双掷开关连接；

电流表i和电压表i之间与电流极连接；

电流表ii和电压表ii之间与辅助电流极连接。

进一步，所述双刀双掷开关为一个或两个。

进一步，所述电流极一端还设有电阻，用于均衡分路电压。

进一步，所述辅助电流极一端设有电容器，用于补偿电路。

进一步，所述辅助电流极一端设有二极管，用于电路稳压。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明在测量接地网接地电阻时，有效克服了常规长距法放线距离长、安全风险高、工作难度大的困难。虽然测量环节有所增加，但是与放长线工作比起来，无论是在减少工作量还是降低附加风险方面均有明显改善。

(2)本发明与专利号：zl201010185450.4的专利相比，测量结果更加精确，特别是对于接地电阻较小的接地网，上述专利的测量误差很容易超出允许范围，采用本修正方法后，提高了上述专利的适用性。

(3)本发明结合数值计算和短距测量的优点，通过改进测量方法，对两个注入反向电流接地体的地电位曲线叠加曲线进行修正，提高了测量精度。该方案具有上述短距测量工作难度低，易于实现的优点，又能得到更加精确的测量结果。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为长距法测量接地网接地电阻的测量回路；

图2为基于现场测量的短距测量方法具体测量接线图；

图3为两个接地体中注入相反方向的电流示意图；

图4为接地电阻测量回路图；

图5为土壤参数测量回路图；

图6为实施例平面布局图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图4为接地电阻测量回路图；为一种带补偿修正的接地电阻短距测量系统，包括交流信号源i、电流表i、电压表i、交流信号源ii、电流表ii、电压表ii、电流极、辅助电流极和双刀双掷开关；

交流信号源i与电流表i串联，再与电压表i并联，形成电路i；

交流信号源ii与电流表ii串联，再与电压表ii并联，形成电路ii；

电路i和电路ii通过双刀双掷开关连接；

电流表i和电压表i之间与电流极连接；

电流表ii和电压表ii之间与辅助电流极连接。

双刀双掷开关为一个或两个。

电流极一端还设有电阻，用于均衡分路电压。

辅助电流极一端设有电容器，用于补偿电路。

辅助电流极一端设有二极管，用于电路稳压。

图5为土壤参数测量回路图。用双层土壤模型来模拟实际的土壤结构，以半球形电极来模拟实际的接地网。根据电流场理论，半球形接地体的电位分布为：

式中，ρ1为上层土壤电阻率；ρ2为下层土壤电阻率；r为接地体半径；h为上层土壤厚度，

由图3可知，此时电流极引起的接地网电位下降为：

接地网引起的电流极电位升高为：

式中，l为接地网与电流极之间的距离。

通过测量土壤数据，建立双层土壤模型，

将计算参数带入式(2)和式(3)对测得的接地网与电流极之间的电压v进行修正后再来计算r总，就能有效降低误差，使得测量结果更加精确。

如图5所示，在水平分层的两层土壤表面，沿直线等距离插入四个点电极，相邻两个电极间的距离均为a，电极间的距离比电极插入的深度大很多(至少大10倍以上)，这样则可以认为各电极为一点。外面一对电极c1、c2之间流动的电流为i，内部一对电极p1、p2之间的电压为v。由小到大慢慢改变a的值，在不同a值下测出相对应的v、i值，定义v与i之比为互电阻；定义视在电阻率为

ρa＝2πva/i.

对均匀土壤，视在电阻率是一个常数，不随a的变化而变化；对非均匀土壤，随着a的变化，电流穿过土壤的深度，以及所经土壤的结构都将发生变化，因此，由测量所得到的视在电阻率也将发生变化。

如图6所示，某变电站接地网对角尺寸为120米，采用常规长距法按图所示方向放线，电流极和电压极至少需放750米，整个测量过程耗费30个人工时。采用上述专利所示方法测量耗费12个人工时，采用本方案进行测量，共耗费人15个人工时。常规长距法测量结果为1.85ω，上述专利所示方法测量结果为1.53ω，本方案测量结果为1.78ω。可以看出，本发明能兼顾工作量、难度和测量精度的要求。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。