大型變電站地網(wǎng)測試的技術(shù)培訓(xùn)教材ppt課件.ppt

大型變電站地網(wǎng)測試技術(shù) 1 1 接地電阻的定義接地電阻R U IU的定義 地網(wǎng)中注入測試電流I所引起的地網(wǎng)電位升高 這個電位升高是相對零電位點的電位升高 I的定義 注入測試電流中通過地網(wǎng)的散流部分 準(zhǔn)確測量地網(wǎng)接地電阻的關(guān)鍵 1 合理地布置測量電壓極 2 準(zhǔn)確地測量通過接地網(wǎng)入地散流的測試電流部分 2 變電站地網(wǎng)接地電阻測試存在的問題 分子U 1 零電位點的確定 2 測量方案 3 地網(wǎng)對角線的選取和放線的長度 4 工頻和高頻干擾 5 電流線和電壓線之間的互感影響分母I 1 對測量電流的分流 3 三極法 圍繞地網(wǎng)接地電阻R U II為注入測試電流中通過地網(wǎng)的散流部分 需要形成一個回路 測試時設(shè)置一個電流極C U為地網(wǎng)中注入測試電流I所引起的地網(wǎng)電位升高 這個電位升高是相對零電位點的電位升高 為了獲得零電位點 測試時設(shè)置一個電位極C 通常稱為電壓極 將電流注入接地裝置 測量該電流和接地極與電壓極之間的電壓 接地裝置G 電流極C和電壓極C組成的三極系統(tǒng) 在一條直線上或呈一個角度排列 當(dāng)成一條直線時稱為直線法 當(dāng)成30 時稱為30 夾角法 當(dāng)成為一個角度時稱為遠離夾角法 反向法是其中的一種 4 三極法由于一般采用電流表和電壓表進行測量 所以又統(tǒng)稱為電流 電壓表法 電位降法 在美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI IEEE81 1983中 電壓極在接地裝置和電流極之間的各點 分別測量出不同電壓極位置對應(yīng)的視在接地電阻 作出視在接地電阻歲電壓極位置改變時的變化曲線 曲線平坦段 零電位面的特點是它附近的電場強度最小 對應(yīng)的接地電阻即為接地裝置的接地電阻 0 618法 電位降法的簡易應(yīng)用 5 6 1不規(guī)范地運用直線法 導(dǎo)致大部分情況測量不準(zhǔn)確直線法 0 618法 的由來 不得不花點時間從接地電阻測量的原理說起 是電位降法的簡易應(yīng)用 電位降法測量接地電阻時 電壓極和電流極可以布置在相同的方向 這就是我們常用的直線法 這時需要尋找對應(yīng)真實接地電阻的電壓極的位置 合理地布置測量電壓極是進行接地電阻測量的關(guān)鍵 7 推導(dǎo) 當(dāng)三個電極在一條直線上時 以半徑為r的半球接地極來推出電壓極的正確位置 8 假設(shè)土壤電阻率為 且各向均勻 根據(jù)電磁場理論 某個點電流源I在距離為r處產(chǎn)生的電位 相對無窮遠零電位點 為 當(dāng)向接地電阻為R 半徑為r的半球接地極施加電流I時 半球的電位為 由此很容易得到半球的電阻為 9 在接地裝置和電流極之間施加電流I時 電壓極的電位為 顯然 當(dāng)DGP DCP時 VP 0 即在接地裝置和電流極連線的中間的電位為零 也就是說 由于電流極的引入 將無窮遠處的零電位面移到了電極連線的中部 直接測量接地裝置和電壓極之間的電位差即為接地裝置對無窮遠處的零電位點的電位 10 考慮到接地裝置的尺寸 半徑為r的半球 和電流極的引入 接地裝置上的電位為 11 從接地裝置和電壓極之間實際測量到的電位為 12 實際測量得到的半球接地極的接地電阻為可見 有電流極存在時 由于零電位面的移近 導(dǎo)致實際測量得到的結(jié)果偏小 導(dǎo)致接地電阻減小的實質(zhì)是電流極的存在改變了接地裝置的電位分布 把電位拉低 13 有電流極存在時 由于零電位面的移近 導(dǎo)致實際測量得到的結(jié)果偏小 導(dǎo)致接地電阻減小的實質(zhì)是電流極的存在改變了接地裝置的電位分布 把電位拉低 14 右邊第一項為半球接地裝置的真實接地電阻值 第二項為接地電阻的測量誤差 R 為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性 必須使 R 0 即 15 顯然 能滿足上式是將三個分母趨向無窮大 實際上 如果取DGC 10r 5D 其中D為地網(wǎng)直徑 或?qū)蔷€長度 并取DGP DPC DGC 2 5r 代入上式得到即測量結(jié)果比實際值偏小10 16 補償法 的提出 既然電流從接地裝置進從電流極出 零電位面必在DGP DPC DGC 2處 但為什么把在零電位面處的測量結(jié)果反而不正確了呢 因為實際零電位面應(yīng)在無窮遠處 現(xiàn)在移近了 測得的結(jié)果仍要偏小 為了補償因零電位面靠近地網(wǎng)引起的誤差 需將電壓極由50 DGC的零位面移到的61 8 DGC非零位面處 這樣測量結(jié)果就正確了 這種方法稱為 補償法 相應(yīng)地 61 8 DGC的非零位面初稱為 補償電位點 17 推導(dǎo) 令DGP DGC 于是DPC DGC DGP 1 DGC 代入上式得得到 0 618或 1 618也就是說 把電壓極打在0 618DGC處 就能得到正確的結(jié)果 18 30 夾角法 也是 補償法 的一種 采用等腰三角形電極布置 此時放線比較短 只需DGP DGC 2D即能滿足要求 19 推導(dǎo) 從接地裝置和電壓極P之間實際測量到的電位為實際測量得到半球接地極的接地電阻為 20 上式右邊第一項為半球接地裝置的真實接地電阻值 第二項為接地電阻的測量誤差 R 為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性 必須使 R 0 即由于DGP DGC 得到 21 解以上方程得到 29 從直觀來看 采用等腰三角形電極布置時 零電位面應(yīng)該在夾角 60 的地方 但同樣由于本應(yīng)在無窮遠處的零電位面移近了 同樣會造成測量誤差 如果將電壓極移至夾角為29 補償一些電壓值 則能消除測量誤差 使測量結(jié)果正確 因此這種測量方法也稱為 夾角補償法 需要強調(diào)的是 這種方法也是基于均勻土壤模型推導(dǎo)出來的 因此 如果土壤電阻率不均勻 測試結(jié)果誤差也會很大 22 直線法可能帶來很大的誤差 1 零電位點找不準(zhǔn) 電壓極布置不合理 2 電流線和電壓線之間互感的影響 3 地網(wǎng)附近土壤結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)水平分層或垂直分層的不均勻性 導(dǎo)致不符合理論模型 存在原理性誤差 廣東的情況比較典型 如果土壤電阻率不均勻 零電位面就不一定在接地裝置和電流極的中央 此時需要通過實測找到零電位面的所在地 23 零電位面的特點是它附近的電場強度最小 所以可以將電壓極前后移動 找出電壓值變化最小的區(qū)域 例如每次移動約找出電壓值變化最小的區(qū)域就可以了 但這種方法也可能造成更大的誤差 因為低土壤電阻率地帶的電場強度也很小 找到的可能根本不是零等位面 而是低土壤電阻率地帶 因此 補償法不能根本解決土壤不均勻的影響的原理性突出缺點 在條件允許時盡量采用遠離法 24 2遠離法基于零電位點在無窮遠處 除了接地裝置和電流極之間存在零電位面 在接地裝置左邊無窮遠處也是零位面 因此可以把電壓極放在接地網(wǎng)左方很遠處 這時的存在偏小的測量誤差 需要修正 遠離法可以比較有效地消除土壤不均勻性的影響 而且避免了電流線對電壓線之間互感的感應(yīng)干擾 25 反向法 電壓極和電流極可以在相反的方向布置 這就是常用的反向法 這時可以直接得到地網(wǎng)的接地電阻值 由于電壓極不是零電位 電壓表測量的電位差較實際值小而導(dǎo)致接地電阻測量結(jié)果比真實值偏小 實際應(yīng)用時 需要對測量值進行修正而得到真實值 電壓極引線越長 測量誤差就越小 因此 方向法測量得到的接地電阻值可以作為接地電阻的下限 如果反向法測量結(jié)果仍然不能滿足對接地電阻的要求 則該接地網(wǎng)的接地電阻肯定不能滿足要求 26 遠離法 包括反向法 修正公式見DL475 2006 接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則 27 遠離夾角法的修正系數(shù) 28 減小干擾的方法 1 避開地下金屬管道 2 電壓線應(yīng)直接從地網(wǎng)引出而不要從電流線引出 以排除電流線阻抗與接觸電阻的影響 3 采用交流電源時 應(yīng)采用換相法消除干擾電壓的影響 4 電流線和電壓線之間的距離需大于10m 以減少互感的影響 29 DL T475 2006 接地參數(shù)特性參數(shù)測量導(dǎo)則 明確要求 大型接地裝置一般不宜采用直線法測量 如果條件所限而必須采用時 應(yīng)注意使電流線和電位線保持盡量遠的距離 以減小互感耦合對測量結(jié)果的影響 大型接地裝置的界定 30 關(guān)于電流極注入地網(wǎng)電流 測試系統(tǒng)輸出電壓 電流回路電阻 要求工頻大電流法 50A以上 和類工頻小電流法 3A以上 電流回路電阻 地網(wǎng)接地電阻 電流線電阻 電流極電阻 31 電流 極 回路電阻電流線和電壓線布線路徑的要求電流極和電壓極回路的檢查布線完成后回路電阻測量和回路的檢查 32 電壓 極 回路電阻的要求紅相選頻萬用表注意事項 33 類工頻小電流法在運行變電站地網(wǎng)狀態(tài)評估中的應(yīng)用論證了對于運行的無法拆除避雷線的變電站 采用類工頻小電流法并結(jié)合避雷線分流的測量以剔除避雷線分流的影響 獲得較為真實的變電站接地電阻 解決一直以來運行變電站由于帶著避雷線而導(dǎo)致接地電阻測量不準(zhǔn)確的難題的可行性 為運行變電站接地網(wǎng)狀態(tài)評估提供正確的依據(jù) 34 試驗方案要求現(xiàn)場踏勘 合理的測量方案非常重要 測試電流要求 工頻大電流法 50A以上 和類工頻小電流法 3A以上 建議優(yōu)先選用類工頻小電流法 測量分流只能用類工頻小電流法 地網(wǎng)對角線的選取 關(guān)于地網(wǎng)等效尺寸 最大對角線 適當(dāng)考慮引外射線和斜井對地網(wǎng)對角線的選取的影響 龍?zhí)?蝶嶺 35 電流線和電壓線布置方案 對于大型地網(wǎng) 尤其是500kV變電站 不宜采用直線法測量 原因有 1 放線長度長 互感影響不容忽視 2 零電位找不準(zhǔn) 而應(yīng)采用遠離夾角法測量 并按照DL T475 2006 接地裝置工頻特性參數(shù)測量導(dǎo)則 中的公式 2 進行修正 電流極和電壓極距地網(wǎng)盡可能遠 至少4至5倍地網(wǎng)最大對角線長度的距離 當(dāng)變電站周圍土壤電阻率比較均勻時 可以選擇30度夾角法布線 此時電流極和電壓極距離地網(wǎng)邊緣約2至3倍 36 布線長度的確定 電流極和電壓極的長度應(yīng)為與接地網(wǎng)最外側(cè)邊緣的距離 由于500kV變電站地網(wǎng)尺寸很大 地網(wǎng)邊緣的確定對布線長度有比較大的影響 應(yīng)采用GPS進行精確定位 電流極的布置要求 為降低電流回路電阻 以便獲得滿足要求的測試電流 電流極不宜采用傳統(tǒng)打樁方式 應(yīng)充分利用水洼 10kV桿塔獨立地網(wǎng) 水溝等便利條件 布置好電流極后 先采用普通接地搖表測量電流回路電阻值 盡量控制在40 之內(nèi) 如不能滿足要求 需要重新尋找接地電流極位置 直到滿足要求 37 電流極布置完成后 采用普通接地搖表測量電流回路電阻 目的 1 電流回路通否 2 了解電流回路電阻值 以便了解設(shè)備的測試電流出力是否滿足測試要求 并選擇測量類工頻測量系統(tǒng)的匹配擋位 電壓極布置完成后 采用普通接地搖表測量電壓回路電阻 目的 1 電壓回路通否 2 電壓線沿線是否有破損點或中途入地點 可以通過將電壓線與電壓極脫離后測量結(jié)果 應(yīng)為開路 得知 如果雨天地濕或電壓線有破損點浸入沿線水中 此時回路電阻并非足夠大 通常顯示幾千歐 將導(dǎo)致接地電阻測量結(jié)果偏小 此時應(yīng)沿線巡視作出處理 直到將電壓線與電壓極脫離后電壓回路測量結(jié)果滿足要求 大于20k 38 關(guān)于變電站地網(wǎng)引外降阻的評價實例 某位于市區(qū)的110kV新建GIS變電站 主接地網(wǎng)等效對角線長度D 85m 共有2回110kV電纜出線 電纜外皮在對側(cè)變電站一點接地 在該站側(cè)經(jīng)過保護器 氧化鋅高阻筏片 接地網(wǎng) GIS內(nèi)兩回110kV出線地刀打開 站內(nèi)的消防水管與主接地網(wǎng)相連 但與站外的消防水管通過塑料過渡接頭連接 地網(wǎng)未引外 10kV出線電纜尚未安裝進站 地網(wǎng)設(shè)計變更前本站主接地網(wǎng)可視為與外界無電氣聯(lián)系的孤立地網(wǎng) 39 由于本站地網(wǎng)面積較小 接地電阻難以達到設(shè)計要求 設(shè)計變更時采用兩根長2 1km 截面300mm2的塑膠絕緣1kV電纜通過變電站引外電纜溝并排引到附近的一個220kV變電站 電纜兩端分別與220kV變電站和本站的主接地網(wǎng)相連接 中途沒有接地點或駁接入地點 旨在將220kV變電站地網(wǎng)的低接地電阻引到本站來 達到有效降低本站地網(wǎng)接地電阻的目的 40 選擇30 夾角的電流 電壓法測量地網(wǎng)接地電阻 原孤立主接地網(wǎng)的工頻接地電阻測量值為0 545 采用兩根引外的1kV塑膠絕緣電纜將220kV變電站和主接地網(wǎng)相連接組成的 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 所測量的地網(wǎng)接地電阻為0 461 需要指出的是 由于 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 尺寸增大了數(shù)倍甚至十?dāng)?shù)倍 仍采用基于原孤立主接地網(wǎng)尺寸的測量線 其長度遠遠不足 由于測量線長度不能滿足待測新接地網(wǎng)系統(tǒng)的要求 該測量結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映真實的 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 接地電阻值 只能供分析參考 41 為分析兩根引外的1kV塑膠絕緣電纜對本站地網(wǎng)降阻效果的影響 以及便于對測量的兩根塑膠絕緣電纜對測試電流的分流進行處理 本次試驗在本站原主接地網(wǎng) 2主變接地引下線處注入電流頻率48Hz 電流6 0A的測試方式下 采用柔性羅哥夫斯基線圈分別測量兩根引外的1kV塑膠絕緣電纜對測試電流的分流 模 采用雙通道示波器分別記錄 1和 2塑膠絕緣電纜流過的48Hz電流與注入電流波形比較 計算 1和 2塑膠絕緣電纜的分流波形與注入地網(wǎng)的測試電流波形存在的相位差 42 為準(zhǔn)確評價兩根引外的1kV塑膠絕緣電纜對測試電流的分流貢獻 對兩根引外的1kV塑膠絕緣電纜的分流采用以下處理方法 根據(jù)實測的流過每根塑膠絕緣電纜的電流值 模 以及流過每根電纜的分流與測試電流之間的相角差 計算該電纜的分流在測試電流方向上的投影值 然后利用測試電流減去兩根電纜分流投影值之和 得到實際通過110kV本變電站接地網(wǎng)進入大地的測試電流散流值 43 在地網(wǎng)注入48Hz 6 0A測試電流 實際通過主接地網(wǎng)進入大地的有效測試電流散流值為5 136A 44 地網(wǎng)設(shè)計變更后增加的兩根外引到220kV變電站的塑膠絕緣1kV電纜對測試電流的分流系數(shù)僅為14 4 盡管220kV變電站地網(wǎng)接地電阻較低 但由于電纜長度太長 相對與待降阻的本站地網(wǎng)尺寸 電纜阻抗的限制 所帶來的實際分流效果比較差 遠比想象中的貢獻要小得多 45 如何計算兩根引外的1kV電纜的設(shè)計變更后主接地網(wǎng)的接地電阻值 與通常運行變電站測試的處理相反 將原主接地網(wǎng)加上兩根1kV絕緣電纜與220kV變電站地網(wǎng)組成的 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 看成一個 黑箱 已知注入該 黑箱 的測試電流 只需精確計算出注入該系統(tǒng)的測試電流后主接地網(wǎng)的電位升高 即可得到 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 的接地電阻值 46 原孤立主接地網(wǎng)的電位升高與注入的測試電流是成比例的 該比值k即為地網(wǎng)接地電阻 k 0 545 另一方面 與接地網(wǎng)引外射線或外擴不同 兩根1kV絕緣電纜沿途并沒有發(fā)生電流泄放入地 兩根絕緣電纜對測試電流只做簡單的分流處理而不會對主地網(wǎng)電位升高的計算帶來明顯的誤差 基于以上分析 可以計算出對新的 黑箱 系統(tǒng)注入48Hz 6 0A測試電流 實際通過本站主接地網(wǎng)進入大地的有效測試電流5 136A時 本站主接地網(wǎng)的電位升高為U k 5 136 0 545 5 136 2 799 V 47 在 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 的本站側(cè)地網(wǎng)上注入48Hz 6 0A測試電流時 采用兩根引外的1kV塑膠絕緣電纜的設(shè)計變更后本站主接地網(wǎng)的接地電阻值R為R U I 2 799 6 0 467 以上結(jié)果與測試結(jié)果 0 561 非常接近 佐證了實測的結(jié)果仍然是可信的 48 分析原因 盡管 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 尺寸增大了數(shù)倍甚至十?dāng)?shù)倍 導(dǎo)致測量放線遠遠不足 理論上實測結(jié)果不能準(zhǔn)確反映真實的 新接地網(wǎng)系統(tǒng) 接地電阻值 但本案例有其特殊性 一方面 與接地網(wǎng)引外射線或外擴不同 兩根1kV絕緣電纜沿途并沒有發(fā)生電流泄放入地 兩根絕緣電纜對測試電流只做簡單的分流處理而不會對本站主地網(wǎng)電位升高的計算帶來明顯的誤差 另一方面 兩根1kV絕緣電纜的分流比率偏低 僅14 4 對由于放線便短而帶來的測量誤差非常有限 49 評價 本站獨立地網(wǎng)接地電阻為0 545 略大于設(shè)計值 應(yīng)立足于就地改造 如打深井方式 若采取降阻改造措施如地網(wǎng)接地電阻仍不能達到設(shè)計要求 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較 可通過實測和理論模擬計算分析 可采用CDEGS電流分布 電磁干擾 接地和土壤結(jié)構(gòu)分析軟件 來評估變電站設(shè)計最大單相短路電流下 所引起接地網(wǎng)的電位升高 跨步電壓和接觸電壓等特性參數(shù)來判斷地網(wǎng)是否滿足運行要求 50 目前采取設(shè)計變更而采用2根長2 1km的1kV