大型地网接地电阻测试仪的研制

大型地网接地电阻测试仪的研制变电站的接地电阻值是评价接地网状态好坏的重要参数之一,是保障运行人员和电气设备安全的重要措施。接地网在施工完成以及运行一段时间后都要测量其接地电阻,以验证其接地电阻值是否在合格的范围内,特别是220kV及以上电压等级的变电站,测量其接地电阻值更为重要。为解决接地电阻测量时工频干扰的问题,以往均采用50Hz的工频大电流(通常要求大于30A)的方式进行测量。这种方法有3个缺点:一是输出大电流所需的设备即测试变压器的容量要很大,也就很笨重,不易于携带到现场进行测量;二是试验人员的工作强度很大,效率低;三是测量结果受50Hz的工频干扰比较严重,测量结果误差较大。解决工频干扰的另一种方法是采用非工频的异频电流来进行测量,这是近年来推广应用的方式之一。2006年10月新颁布实施的DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》(以下简称《导则》,对测量大型接地装置的试验做出了规定:推荐采用异频电流法进行测量,试验电流宜在3～20A,频率宜在40～60Hz,异于工频又尽量接近工频;如果使用工频电流测量,试验电流不宜小于50A。对照《导则》的规定,目前国内外许多厂家生产的异频接地电阻测试仪远远不能满足要求。国内的测试仪大多采用100Hz以上的异频电流进行测量,总的输出功率小,一般几十到几百瓦,大多数仪器输电阻测试仪远远达不到《导则》规定的测量要求,测量结果误差大或根本测量不出来。为满足异频法对接地电阻测量的要求,提高大型地网接地电阻测试的准确度,课题组研制出新型的大功率接地电阻测试仪,经实验室检测以及从2006年起在玉林、桂林、河池、南宁、梧州等市供电系统内的现场实际应用,该测试仪测量结果稳定、准确,抗干扰能力强,达到了设计要求,完全满足DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》对地网接地电阻测试的要求。1大型地网接地电阻测试仪总体功能设计1.1主要电气参数的设计地网接地电阻的测量方法是电压电流法。以补偿法为例,其试验接线如图1所示。图1中,B为被测地网的接地体,C为电流极,P为电压极。电流极C与地网距离为d13,通常d13为地网最大对角线的4～5倍。电压极P与地网距离d12=0.618d13。在接地体E与电流极C间施加交流电压U,地网B与电流极C之间有电流I流过,在电压极P与接地体之间就产生电位差U0,用电流表测量电流I,用电压表测量电位差U0,则地网接地电阻可依据公式R=U0/I计算出来。可见,1台地网接地电阻测试仪就应当包括图1中所示的交流电源部分、电压和电流的测量部分及相应的控制、显示等功能,能够自动计算出所测地网的电阻值等参数。图1所示的接线图可以简化为图2所示的等效电路图。图2中,R为地网的接地电阻,Rp为电压极的接地电阻,Rc为电流极的接地电阻,r为电流表接线的电阻。由于电压表的输入阻抗RV为兆欧级,所以电压测量回路对电流回路的分流作用可以忽略不计。由于输入阻抗RV为兆欧级,而电压极的接地电阻Rp仅为百或千欧级,因此Rp对电压的测量误差可以忽略不计。电流回路的阻抗包括被测地网的接地电阻R、引线电阻r、电流极的接地电阻Rc三部分,通常最大的是电流极的接地电阻值,一般在几十欧姆到几百欧姆之间,甚至达上千欧姆。要将电流极的接地电阻降低到几欧姆是不太可能。如果电流极的接地电阻较大,而又要求输出较大的测量电流,则要求提高交流电源的输出电压。例如,地网接地电阻为1Ψ,电流极的接地电阻为100Ψ,要求输出测量电流为3A,则交流电压必须要求大于300V,如果交流电源由仪器输出,则仪器的功率就要求达900W以上。如果仪器仅能输出为几十伏的电压,输出的测量电流也只能是很小的零点几安培。测量电流太小,其抗干扰能力就很弱,测量结果有可能产生较大的误差或根本测不出来。根据《导则》的要求,异频法测量接地电阻时测试电流不应小于3A,要达到这样的输出能力,接地电阻测试仪就要有较大的输出功率。但如果仪器总功率设计得过高,不但会增加仪器的成本,而且仪器就会很重,携带和搬运很不方便。综合考虑仪器的性能、体积、重量、成本、价格等因数,我们设计的仪器变频电源输出总功率为2000W,最大输出电压400V,最大输出电流为5A,比《导则》推荐的最低值3A大一些,这样能够保证实际测试时输出的电流在大多数情况下能达到3A。经过优化,仪器的大功率变频电源的重量可控制在3kg,仪器整体重量控制在10kg以内。