一种大型接地网接地阻抗测量方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种大型接地网接地阻抗测量方法，包括：选定电流极位置，记录电流极引线长度；根据所述电流极位置计算电压极补偿位置，记录电压极引线长度；将异频电源频率分别设置为(f?Δf)Hz和(f+Δf)Hz，同步测得(f?Δf)Hz和(f+Δf)Hz下电压测量点和电流测量点对应的电压数据和电流数据；将所述电压数据和电流数据进行滤波处理，得到(f?Δf)Hz对应的电压向量和电流向量，以及(f+Δf)Hz对应的电压向和电流向量；根据电压极引线长度、电流极引线长度、电压向量及电流向量分别计算(f?Δf)Hz及(f+Δf)Hz下的接地阻抗；根据接地阻抗计算工频频率下的接地阻抗。所述方法考虑了电流极引线、测量回路周围中性点接地系统的平行架空线路与电压极引线的电测耦合效应，提高了测量精度。
【专利说明】
一种大型接地网接地阻抗测量方法
[00011 本申请要求于2016年03月04日提交中国专利局、申请号为201610124621. X、发明 名称为"一种大型接地网接地阻抗测量方法"的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引 用结合在本申请中。
技术领域
[0002] 本发明涉及接地阻抗测量技术领域，特别是涉及一种大型接地网接地阻抗测量方 法。
【背景技术】
[0003] 大型（如变电站）的接地网在保证电力设备正常工作和现场人员人身安全方面起 着重要作用。接地阻抗值是衡量大型接地网是否合格的重要依据之一。如在变电站施工结 束后，为验证变电站地网建设是否达到设计要求，需要对变电站地网的接地电阻进行实际 测量。此外，还需要对变电站的接地电阻进行定期测量，以保证变电站地网接地电阻的大小 在运行一段时间后仍然能满足其保护设备和人身安全的功能。准确测量变电站地网的接地 电阻对电力系统的可靠运行意义重大。
[0004] 电位降法是接地电阻测量的基本方法，但是在实际的测量工作中，对与布线地形 条件比较恶劣的情形，测量将会变得非常困难，测量结果的误差将会变得很大;此外，电位 降法需要反复多次测量，工作量大，电位降曲线的绘制也相对麻烦，不利于现场操作。我国 的电力部门一般采用电位降法衍生出的补偿法进行接地电阻的测量，但是补偿法在理论上 都是基于均匀土壤的前提，现场实测结果受土壤不均匀性影响较大，往往造成较大的测量 误差。
[0005] 在测试电源方面，目前变电站接地网接地电阻的测量主要采用异频法。异频法使 用变频电源，在偏离工频的频率下测试，地中零序电流干扰、外界工频干扰、高频干扰、杂波 干扰等问题可迎刃而解。但是，现有的测量方法无法有效地排除电压极引线与电流极引线 的异频电磁耦合对测量结果的影响。另外，当测量回路周围存在中性点接地的平行架空线 路时，测量回路与平行架空线路的异频电磁耦合也会带来测量误差。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例中提供了一种大型接地网接地阻抗测量方法，以解决现有技术中的 电压极引线与电流极引线的异频电磁耦合及测量回路与平行架空线路的异频电磁耦合对 结果造成的误差问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
[0008] 本发明实施例提供了一种大型接地网接地阻抗测量方法，包括：
[0009] 选定电流极位置，记录电流极引线长度为Lin;
[0010] 根据所述电流极位置计算电压极补偿位置，记录电压极引线长度为Lvn;
[0011] 将异频电源频率分别设置为(f- Δ f) Hz和(f + Δ f) Hz，同步测得所述(f- Δ f) Hz和 (f+Af)Hz下电压测量点和电流测量点对应的电压数据和电流数据；
[0012] 将所述电压数据和电流数据进行滤波处理，得到所述(f-Af)Hz对应的第一电压 向量么，和第一电流向量4,以及所述(f+Af)Hz对应的第二电压向量和第二电流向量
[0013] 根据所述电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第一电压向量岛"、第二电压向 量达"及第一电流向量4、第二电流向量4分别计算所述(f-Δ f )Hz及(f+Δ f )Hz下的第一 接地阻抗Rf-M和第二接地阻抗Rf+Δ? ;
[0014] 根据所述第一接地阻抗Rf-M、第二接地阻抗Rf+Μ计算工频频率下的第三接地阻抗 Rf：
[0016] 其中，f为50Hz工频频率，Af为工频频率偏移量，n = l，2,3。
[0017] 优选地，所述分另lj计算所述(f - Δ f) Hz及(f + Δ f) Hz下的第一接地阻抗Rf-Δf及第二 接地阻抗Rf+M，包括：
[0018]根据所述电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第一电压向量仏及第一电流向 量^",，计算所述f )Hz下的第一接地阻抗Rf-Af:
[0020]根据所述电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第二电压向量及第二电流 向量，计算所述(f + Δ f)Hz下的第二接地阻抗Rf+Af:
[0022]其中，Zm为单位长度下的电压极引线与电流极引线的互阻抗，Z'm*与测量回路无 关的单位长度耦合阻抗。
[0023]优选地，所述根据所述第一接地阻抗Rf-M、第二接地阻抗Rf+M计算工频频率下的 第三接地阻抗Rf，包括：
[0024] 分别获取所述第一接地阻抗Rf-μ和第二接地阻抗Rf+M的实部Re(Rf-μ)及Re (Rf+Δ?)；
[0025] 分别获取所述第一接地阻抗Rf-μ和第二接地阻抗Rf+M的虚部Im(Rf-μ)及Im (Rf+Δ?)；
[0026] 根据所述Re(Rf+Af)、Re(Rf-μ)及Im(Rf+Af)、Im(Rf-μ)，计算所述第一接地阻抗Rf-Af 和第二接地阻抗Rf+M的算术平均值，获得工频频率下的第三接地阻抗Rf。
[0027] 优选地，所述工频频率偏移量Δ f <5Hz。
[0028] 优选地，所述电流极位置和电压极补偿位置满足接地行业标准DL/T475的要求。
[0029] 本发明的有益效果包括:消除了测量回路电压极引线与电流极引线以及测量回路 周围中性点接地的平行架空线路与电压极引线的电磁耦合对测量结果的影响，大大提高了 接地阻抗的测量精度。
【附图说明】
[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而 言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本发明实施例提供的一种测量回路周围无耦合架空线的接线示意图；
[0032] 图2为本发明实施例提供的一种测量回路周围存在一回耦合架空线路的接线示意 图；
[0033] 图3为本发明实施例提供的一种测量回路周围存在两回耦合架空线路的接线示意 图；
[0034] 图4为本发明实施例提供的一种测量回路周围存在N回耦合架空线路的接线示意 图；
[0035] 图5为本发明实施例提供的一种大型接地网接地阻抗测量方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护 的范围。
[0037] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本 发明作进一步的详细说明。
[0038] 参见图1，图1为本发明实施例提供的一种测量回路周围无耦合架空线的接线示意 图；U、LV分别表示电流极引线和电压极引线的长度，E为异频电源。R、X分别表示异频频率下 接地电阻的阻性分量和感性分量，记仏=1^_乂。1^丄分别表示异频频率下单位长度引线的 互电阻和互电抗，记Zm=Rm+jXm。
[0039] 电压测量点测得的电压如式(1)所示。
[0040] U = iR^+iZmLv=l)g+ljm (1)
[0041] 其中，、穴=/Z 乂.，【）、/分别为同步采样得到的电压数据和电流数据 经过滤波处理后的异频电压相量和异频电流相量。
[0042] 由式（1)知，电压测量点测得的电压由两部分组成。第一部分为异频电流在异频接 地电阻上的电压降；第二部分为电流极引线中的异频电流在电压极引线的感应电压，即电 压极引线上的干扰电压，如式(2)所示。
[0043] 0m^iZmLv^mm+jlJLv (2)
[0044] 由式(2)知，电流极引线对电压极引线的干扰电压由两部分组成，一部分由互电阻 RmLv产生，一部分由互电抗jXmLv产生。
[0045] 测量地网接地电阻时，如果停运一回低压线路作为测量回路，低压线路电气参数 中电阻的占比较大，若不考虑电流极引线和电压极引线间的互电阻，可能对接地电阻的测 量带来较大误差。
[0046] 参见图2,图2为本发明实施例提供的一种测量回路周围存在一回耦合架空线路的 接线示意图；图2中，Zml表示异频频率f下电流极、电压极引线与架空线路每相导线间的互阻 抗，Z m表示电流极引线与电压极引线间的单位长度互阻抗。
[0047] 记Zs表示异频频率f下架空线路每相导线的自阻抗，Z?表示异频频率f下架空线路 任意两相导线间的互阻抗，架空线路三相中感应的异频电流关系如式(3)所示。
[0049]图2中，电压测量点测得的电压如式(4)所示。
[0050] U = IRg+ iZmLr + ilaZmlLv + ilbZmlLv + iuZmlLY (4).
[0051] 由式(3)和式(4)可得，
[0054] 式⑶~(5)中，[)、?含义同式（1)，/1α, ' /1(.分别表示架空线路A、B、C三相中感 应的异频电流，L表示架空线路长度。
[0055] 由式(5)可知，测量回路周围存在单回平行架空线路的情况下，电压测量点测得的 电压由三部分组成。第一部分为异频电流在异频接地电阻上的电压降；第二部分为电流极 引线中的异频电流在电压极引线上的感应电压;第三部分为架空线路中的异频电流在电压 极引线上的感应电压。第二部分和第三部分共同组成了电压极引线上的干扰电压。
[0056] 对于一些大型变电站，使用停运架空输电线路作为测量回路时，测量回路可能会 与两回或两回以上的架空线路产生异频耦合效应，如图3所示，图3为本发明实施例提供的 一种测量回路周围存在两回耦合架空线路的接线示意图。
[0057]设两回架空线路的自阻抗分别为Zsl、Zs2,每回架空线路三相间的互阻抗分别为 Ζβ1、Ζ"2,两回架空线路间的互阻抗为Zml2，两回架空线路的长度分别为U、L 2,两回架空线路 互相耦合的长度为L12，则架空线路各相异频电流的关系式如(6)所示。
[0059]由于 + 4+.為￡. = 3/ul v i2a+i2:s +/2f = 3/2(}，:其中 %.分别为两回架空线路中的异频零序电流，式(6)可化简为
[0064]且￡1、￡2只与架空线路的参数以及测量回路与架空线路间的相对位置有关，如果测 量接地电阻时采用停运一回架空线路作为测量回路，则可以保证在更换电压极和电流极位 置时，正常运行架空线路与停运的架空线路间相对位置不变，即可认为 ￡1、￡2为一定值。此 时，图3中电压测量点测得的电压如式(9)所示。
[0068] 其中，6 =7Z,乂,. + /L,.L,.Z",, Z:,二-+ &Ζ",2),当架空线路与测 量回路间的相对位置不变时，2\为一定值。比较式(5)、式（10)可知，两种情况下，电压测量 点测得电压的表达式具有相同的形式。
[0069] 参见图4,图4为本发明实施例提供的一种测量回路周围存在Ν回耦合架空线路的 接线示意图。从双回架空线路与测量回路全线耦合时的推导计算可知，测量回路周围存在 平行架空线路时，架空线路与测量线路组成了一个异频电磁耦合系统，测量设备注入接地 电极中的异频电流是这个系统的激励，电流极引线中流过的异频电流将在架空线路中的每 相感应出异频零序电流，即每回架空线路中感应出的异频电流相等。当存在Ν回架空线路与 测量回路全线耦合时，架空线路中零序电流的关系如式(11)所示。
[0071] 式中，ZkQ表示第k回架空线路的单位长度零序阻抗，Lk表示第k回架空线路的长度， Ltk示第t回架空线路与第k回架空线路的耦合长度，Zmtk表示第t回架空线路与第k回架空线 路的单位长度互阻抗，Z mk表示第k回架空线路与测量回路的单位长度互阻抗，?Μ表示第k回 架空线路的零序电流，?表示测量时注入到接地电极中的异频电流(k、t = 1，2，…，η)。
[0072] 将式（11)转化为矩阵表达式，有
[0074] 求解这个矩阵方程，得到第k回架空线路中流过的零序电流，如式(13)所示。
[0075] (13)
[0076] 可以看出，影响ek值的因素有:N回架空线路的阻抗、N回架空线路的长度以及N回 架空线路与测量回路间的互阻抗。其中，前两个量只与N回架空线路有关，是两个定值;当测 量回路选定后，N回架空线路与测量回路间的互阻抗也是一个定值。所以，e k是一个固定的 值。
[0077] N回架空线路与测量回路全线耦合时，电压测量点测得的电压如式(14)所示，
[0079] 其中乂' = + /4A.Z,,, iZ'n^-SGiZml + H. + ekZmk+H. + enZmn)，当架空 线路与测量回路间的相对位置不变时，Z'mS-定值。比较式(5)、（10)、（14)可以看出，无论 测量回路周围存在多少回全线耦合的架空线路，电压测量点测得电压的表达式均具有相同 的形式。
[0080] 针对以上分析，当测量回路周围存在全线耦合的N(N多1)回中性点接地系统的平 行架空线路时，本发明实施例提供了一种大型接地网接地阻抗测量方法，如图5,具体包括：
[0081] 步骤S101:选定电流极位置，记录电流极引线长度为Lin。
[0082] 步骤S102:根据所述电流极位置计算电压极补偿位置，记录电压极引线长度为Lvn。
[0083] 所述电流极位置和电压极补偿位置满足接地行业标准DL/T475的要求。
[0084] 步骤S103:将异频电源频率分别设置为(f- Δ f )Hz和(f+ Δ f )Hz，同步测得(f- Δ f) Hz和(f+ △ f)Hz下电压测量点和电流测量点对应的电压数据和电流数据。
[0085] 具体的，在本发明实施例中，对大型接地网接地电阻测量使用的为异频电源，即在 偏离工频的频率下测试，实施例中采用的工频电源f为50Hz，△ f为工频频率偏移量，在本实 施例中，Af彡Mlz。
[0086] 步骤S104:将所述电压数据和电流数据进行滤波处理，得到(f-Af)Hz下的第一电 压向量?>1α和第一电流向量? ?Η, (f + A f)Hz下的第二电压向量(64:和第二电流向量?2"。
[0087] 具体的，当异频电源频率为(f-Af)时，首次记录的电流极引线长度Lu，并根据电 流极位置，确定电压极补偿位置，记录电压极引线长度为L vl，从电压测量点V和电流测量点A 同步测得电压数据和电流数据，经滤波处理后，得到第一电压向量以"和第一电流向量'下 的第一组电压相量和电流向量，分别为沒 u.、*
[0088] 异频电源频率保持不变，改变电流极位置，记录电流极引线长度为Ll2，重新计算电 压极补偿位置，电压极引线长度为L v2。从电压测量点V和电流测量点A同步测得电压数据和 电流数据，经滤波处理后，得到第一电压向量""和第一电流向量/ 1(,下的第二组电压相量和 电流向量，分别是6：2、4。
[0089] 异频电源频率保持不变，改变电流极位置，记录电流极引线长度为Ll3,重新计算电 压极补偿位置，电压极引线长度为L v3。从电压测量点V和电流测量点A同步测得电压数据和 电流数据，经滤波处理后，得到第一电压向量拉1；!和第一电流向量i lB下的第三组电压相量和 电流向量，分别为?)η、4。
[0090] 当异频电源频率为(f+Af)时，首次记录的电流极引线长度Lu及电压极引线长度 为Lvl，从电压测量点V和电流测量点A同步测得电压数据和电流数据，滤波处理后，得到第二 电压向量成》和第二电流向量下的第一组电压相量和电流向量，分别为.?j 21、i21。.
[0091] 异频电源频率保持不变，改变电流极位置，记录电流极引线长度为Ll2，重新计算电 压极补偿位置，电压极引线长度为L v2。从电压测量点V和电流测量点A同步测得电压数据和 电流数据，经滤波处理后，得到第二电压向量t> 2"和第二电流向量/2"下的第二组电压相量和 电流向量，分别为心、匕。
[0092] 异频电源频率保持不变，改变电流极位置，记录电流极引线长度为Ll3,重新计算电 压极补偿位置，电压极引线长度为L v3。从电压测量点V和电流测量点A同步测得电压数据和 电流数据，经滤波处理后，得到第二电压向量和第二电流向量/ 2:B下的第三组电压相量和 电流向量，分别是^和匕。
[0093] 步骤S105:根据电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第一电压向量第二电 压向量巧,及第一电流向量4、第二电流向量4分别计算(f_ A f)Hz及(f + Δ f )Hz下的第一 接地阻抗Rf-M和第二接地阻抗Rf+Af。
[0094] 具体的，根据电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第一电压向量及第一电 流向量&."，由式（15)计算(f-Δ f)Hz下的第一接地阻抗Rf-Af;
[0096]根据电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第二电压向量及第二电流向量 4?.，由式（16)计算(f+ Δ f )Hz下的第二接地阻抗Rf+Af;
[0098]其中，Zm为单位长度下的电压极引线与电流极引线的互阻抗，Z'm*与测量回路无 关的单位长度耦合阻抗。
[0099] 步骤S106:根据第一接地阻抗Rf-M和第二接地阻抗Rf+M计算工频频率下的第三接 地阻抗Rf。
[0100]具体的，首先获取第一接地阻抗Rf-和第二接地阻抗Rf+M的实部Re(Rf-μ)及Re (Rf+M);再获取第一接地阻抗Rf-μ和第二接地阻抗Rf+M的虚部Im(Rf-μ)及Im(Rf+M);最后 根据所述Re(Rf+M)、Re(Rf-μ)及Im(Rf+Af)、Im(Rf-μ)，计算第一接地阻抗Rf-μ和第二接地阻 抗Rf+Μ的算术平均值，根据式(17)获得工频频率下的第三接地阻抗Rf:
[0101]
[0102] 本实施例还在PSCAD中搭建了模型，对本发明提出的测量方法进行仿真验证。其 中，接地阻抗的设定值为R设定=0.2+j0.1 ( Ω )，设定Δ f = 3Hz，则异频频率分别选用47Hz和 53Hz。在47Hz和53Hz异频频率下，计算第三接地阻抗，并与设定值进行比对。
[0103] 测量回路周围存在一回全线耦合架空线路和测量回路周围存在两回全线耦合架 空线路时的仿真结果分别如表1和表2。
[0104] 表1:测量回路周围存在一回全线耦合架空线路仿真结果
[0107]表2:测量回路周围存在两回全线耦合架空线路仿真结果
[0109]由以上仿真计算结果可以看出，当测量回路周围存在一回全线耦合架空线路时， 工频接地阻抗平均值，即第三接地阻抗为0.2011+j0.1013,当测量回路周围存在两回全线 耦合架空线路时，工频接地阻抗平均值，即第三接地阻抗为0.1996+j0.0995，均十分接近接 地阻抗的设定值，证明本发明所提出的接地阻抗测量方法能够有效地消除引线间互感耦合 以及测量回路与架空线路耦合对测量结果的影响，能够得到准确的接地阻抗值。
[0110]需要说明的是，在本文中，诸如"第一"和"第二"等之类的关系术语仅仅用来将一 个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之 间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在 涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些 要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设 备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 Com]以上所述仅是本发明的【具体实施方式】，使本领域技术人员能够理解或实现本发 明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种大型接地网接地阻抗测量方法，其特征在于，包括： 选定电流极位置，记录电流极引线长度为kn ; 根据所述电流极位置计算电压极补偿位置，记录电压极引线长度为Lvn ; 将异频电源频率分别设置为(f-Af)化和(f+Af化Z，同步测得所述(f-Af)化和(f+Δ f)Hz下电压测量点和电流测量点对应的电压数据和电流数据； 将所述电压数据和电流数据进行滤波处理，得到所述(f-Af)Hz对应的第一电压向量 巧。和第一电流向量4, W及所述(f+Δ?·)化对应的第二电压向量氏，和第二电流向量4; 根据所述电压极引线长度Lvn、电流极引线长度Lin、第一电压向量6。、第二电压向量巧。 及第一电流向量心/、第二电流向量与分别计算所述(f-Af)化及(f)化下的第一接地 阻抗Rf-Af和第二接地阻抗Rf+Af ; 根据所述第一接地阻抗Rf-Af、第二接地阻抗RfAf计算工频频率下的第Ξ接地阻抗Rf:其中，f为50化工频频率，Af为工频频率偏移量，η = 1，2，3。2. 根据权利要求1所述的大型接地网接地阻抗测量方法，其特征在于，所述分别计算所 述(f-Af)化及(f+Af)化下的第一接地阻抗Rf-Af及第二接地阻抗Rf+Af，包括： 根据所述电压极引线长度Lvn、电流极引线长度以。、第一电压向量及第一电流向量 4,计算所述(f-Af)化下的第一接地阻抗Rf-Af:根据所述电压极引线长度Lvn、电流极引线长度以。、第二电压向量化。及第二电流向量 衣。，计算所述(f+Af)Hz下的第二接地阻抗Rf+Af:其中，Zm为单位长度下的电压极引线与电流极引线的互阻抗，Z'm为与测量回路无关的 单位长度禪合阻抗。3. 根据权利要求1所述的大型接地网接地阻抗测量方法，其特征在于，所述根据所述第 一接地阻抗Rf-Af、第二接地阻抗Rf+Λ?计算工频频率下的第Ξ接地阻抗Rf，包括： 分别获取所述第一接地阻抗Rf-Af和第二接地阻抗RfAf的实部Re(Rf-Af)及Re(Rf+Af); 分别获取所述第一接地阻抗Rf-Af和第二接地阻抗RfAf的虚部Im(Rf-Af)及Im(Rf+Af); 根据所述1^啦+&:)、1^啦-&:)及1111啦+&:)、1111他-&:)，计算所述第一接地阻抗1?:-么廓第 二接地阻抗Rf+Af的算术平均值，获得工频频率下的第Ξ接地阻抗Rf。4. 根据权利要求1所述的大型接地网接地阻抗测量方法，其特征在于，所述工频频率偏 移量Af《甜z。5.根据权利要求1所述的大型接地网接地阻抗测量方法，其特征在于，所述电流极位置 和电压极补偿位置满足接地行业标准DL/T475的要求。
【文档编号】G01R27/20GK106093587SQ201610410097
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】马御棠, 胡志坚, 周仿荣, 翟兵, 于虹, 钱国超, 张博成, 倪识远, 张凯军
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院