接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng).ppt

1,8000S系列接地裝置特性 參數(shù)測量系統(tǒng)介紹,2, 背景資料, 產(chǎn)品介紹及應(yīng)用, 結(jié)論,3,背景資料: 引言：,接地技術(shù)在有了電氣設(shè)備的以來，己經(jīng)發(fā)展成為保障電氣設(shè)備、建筑設(shè)備和人身安全的重要措施之一，涉及能源、軍事、建筑、交通、電子、通信、石油化工和家用電器等部門和行業(yè)，愈來愈受到廣大工程人員重視。接地的目的是利用地作為傳導(dǎo)電流的一個元件，從而在正常、事故和遭受雷擊的情況下將電氣連接處的電位固定在某一范圍內(nèi)，以保證人身和設(shè)備的安全，維護系統(tǒng)和設(shè)施可靠地運行。 接地裝置是接地要求中最重要的環(huán)節(jié)之一。電廠、變電站的接地裝置是電氣設(shè)備重要的組成部分，直接關(guān)系到生產(chǎn)安全，在系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。 電力系統(tǒng)中，重大電氣事故的發(fā)生和擴大有很多與接地裝置的缺陷有關(guān)。 發(fā)電廠、變電站的接地裝置特性參數(shù)綜合測量，用于評估判斷接地裝置安全、可靠性。,4,發(fā)變電站地網(wǎng)的主要功能有兩個，即確保設(shè)備安全可靠運行，確保故障時的人身安全。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障引起的短路電流經(jīng)接地系統(tǒng)進入大地時，一方面短路電流在接地系統(tǒng)上產(chǎn)生地電位升，如果接地系統(tǒng)的接地電阻值比較大，短路電流在就會造成地網(wǎng)電位異常升高；另外一方面，短路電流在接地系統(tǒng)上引起不均衡的電位分布。如果接地系統(tǒng)設(shè)計不合理，則會導(dǎo)致接地系統(tǒng)本身局部電位差超過安全值。這時如果運行人員接觸設(shè)備外殼，也會產(chǎn)生較高的接觸電壓；如果運行人員在變電站地面行走，則會產(chǎn)生較大的跨步電壓，對運行人員產(chǎn)生危害。另外，由于設(shè)備外殼都與地網(wǎng)相聯(lián)，高的地電位升加在設(shè)備外殼上，產(chǎn)生反擊事故，危及設(shè)備安全。還很有可能因反擊使得二次設(shè)備的絕緣遭到破壞，高壓竄入控制室，使監(jiān)測或控制設(shè)備發(fā)生故障或功能紊亂，造成誤動或拒動而擴大事故，帶來巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。,5,多年來，我國由于接地引起的電力系統(tǒng)事故時有發(fā)生，而每次事故產(chǎn)生的直接經(jīng)濟損失大約在數(shù)十萬元到幾百萬元，而由于電力系統(tǒng)事故造成的停電所帶來的間接經(jīng)濟損失則更大。 1991年浙江電網(wǎng)一個110kV變電站發(fā)生了35kV開關(guān)站短路接地。由于接地裝置存在問題，使一次系統(tǒng)故障擴大到二次系統(tǒng)，造成全所失電，一、二次設(shè)備大量損壞。 1986年廣西合山電廠由于地網(wǎng)缺陷而引起接地事故，二次電纜端子排燒壞，二次設(shè)備燒毀，一臺十萬千瓦的發(fā)電機損壞，最后導(dǎo)致全廠停電的重大事故。事故損失達2000萬元。 湖北省潛江變電站由于接地電阻高達1.5，1986年4月25日的發(fā)生的接地事故造成35kV設(shè)備多處放電、燃燒，并發(fā)展為相間短路，同時高壓竄入用電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)及保護回路，造成失火及大量設(shè)備損壞，引起110kV、9.0MVA主變燒壞，事故損失達3000萬元。 1981年3月廣東某變一線路B相刀閘雷擊閃絡(luò)接地，1號和2號35kV電壓互感器刀閘和該線A、C相刀閘同時損壞，部分接地網(wǎng)在相間短路時燒斷，地電位升高，高壓竄入二次回路擊穿電纜10多條并損壞一些繼電器、電度表等。,6,DL/T475-2006 接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則 接地裝置的狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行，科學(xué)合理地測試接地裝置的各種特性參數(shù)，準(zhǔn)確評估其狀況十分重要。 目前國內(nèi)電力系統(tǒng)中接地裝置的測試工作比較薄弱，一些關(guān)鍵的技術(shù)觀念比較模糊，技術(shù)手段落后，工作方法上缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和認(rèn)識。 鑒于此，2006年出版并實施了DL/T475-2006 接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則。 該導(dǎo)則由東北電科院、廣東電科院等多家單位共同起草，我司很榮幸地參與了該導(dǎo)則的起草工作。 475導(dǎo)則規(guī)定了電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所、輸電線路桿塔的接地裝置的特性參數(shù)以及土壤電阻率側(cè)試的一般原則、內(nèi)容、方法、判據(jù)、周期。 適用于已運行的接地裝置的狀況評估，新建電廠、變電所和線路桿塔的接地裝置的驗收測試。,7,接地裝置特性參數(shù)主要包括： 接地阻抗 場區(qū)地表電位梯度分布 接觸電位差、跨步電位差 轉(zhuǎn)移電位 電氣裝置電氣完整性 (連通性) 土壤電阻率,8,測試方法： 接地裝置特性參數(shù)測試通常有工頻大電流法和異頻小電流法兩種測試手段。 工頻大電流法： 傳統(tǒng)的測試方法，即工頻大電流法，通過采用獨立電源或經(jīng)隔離變壓器對接地系統(tǒng)注入有時達上百安培的工頻大電流以壓倒工頻和雜散信號干擾，提高測試準(zhǔn)確度，來達到測試目的。新導(dǎo)則規(guī)定，電流必須大于50A。 傳統(tǒng)測試方法測量設(shè)備和儀表相對簡單，但卻存在不少的缺點： 測試設(shè)備笨重，測試接線復(fù)雜，放線難度大，勞動強度高，試驗回路搭建困難；測試項目少（一般僅測試接地電阻） 電流大、電壓高，安全性能差。 同時因現(xiàn)場工頻干擾問題及測量儀器的精度問題，如果注入電流獲得的信噪比不夠大，測試結(jié)果誤差較大 很大的試驗電流會對變電站的繼電保護的正常工作帶來威脅，不符合電力試驗安全、高效、簡便和準(zhǔn)確的發(fā)展方向。,9,異頻小電流法 (類工頻法) DL/T 475-2006接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則推薦采用的測試方法。通過向被測地網(wǎng)注入一個非工頻信號,一般是取在工頻信號附近的幾個赫茲的信號做為測量的輸入信號。實驗電流一般在320A，頻率在4060Hz，異于工頻又接近工頻。實際測試一般取4555Hz。 異頻法的優(yōu)點： 可以獲得較好的信噪比，特別是接地電阻很小時,測量精度高。 能夠有效的解決工頻、諧波信號干擾。 測量重復(fù)性好，能夠長時間連續(xù)測量。 采用小電流信號安全性能好。 測量需要的附件重量輕、方便現(xiàn)場測試。 能夠很方便的對導(dǎo)則規(guī)定的測試項目進行測試。,10, 產(chǎn)品介紹 8000（S）接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)簡介 8000（S）發(fā)電廠、變電站接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)是由廈門紅相電力設(shè)備股份有限公司開發(fā)的一套能夠有效測量接地裝置特性參數(shù)的測試系統(tǒng)。 我司參與起草和制定了DL/T 4752006接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則，生產(chǎn)的8000(S)型接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)完全滿足導(dǎo)則要求。并以新穎的設(shè)計與成熟的技術(shù)，彰顯紅相電力設(shè)備的卓越品質(zhì)，確保了發(fā)電廠、變電站運行的可靠性和安全性。 8000（S）系統(tǒng)采用異頻小電流測試方法，現(xiàn)已被國內(nèi)外廣泛使用。它采用的是異頻的測量原理，有效地避免了工頻和噪音信號的干擾影響，實現(xiàn)精確、經(jīng)濟、安全的測量。,11,系統(tǒng)應(yīng)用情況 1997年引進中國市場以后，10多年來，長期的廣泛實踐應(yīng)用驗證了設(shè)備在地網(wǎng)特性參數(shù)測量上的可靠性和先進性。 目前產(chǎn)品應(yīng)用狀況：從最初的東北電科院、西北電科院、黑龍江中試所、湖北中試所、云南中試所等的局部使用，到今天包括江蘇、浙江、廣東、福建、青海、山西、內(nèi)蒙古、重慶等在內(nèi)的全國大面積推廣應(yīng)用，已經(jīng)遍及全國二十五個省級電力試驗研究院(所),截止到2008年底，投入使用的設(shè)備總數(shù)已經(jīng)近100套。大量用戶的頻繁使用證明了它是最為先進、安全、可靠、準(zhǔn)確的評估地網(wǎng)狀況的設(shè)備。,12,系統(tǒng)組成,4023-耦合變壓器,4025D-可調(diào)頻率萬用表,電流線圈,4024大功率信號源 （8000S）,ROGOWSKI 電流線圈,13,8000（S）系列接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)的配置 標(biāo)準(zhǔn)配置： 4024型大功率變頻信號源 4023型耦合變壓器 4025D型可調(diào)頻率萬用表,14,4024型大功率變頻信號源 用途及功能：為接地裝置測量系統(tǒng)提供一個大功率變頻信號。 大功率變頻信號源是用于產(chǎn)生不同頻率的電流源，與耦合變壓器一起產(chǎn)生一個大電流低電 壓或小電流高電壓的信號到地網(wǎng)中。大功率變頻信號源產(chǎn)生45Hz65Hz的電流信號注入到 接地阻抗測試回路，并由高精度可調(diào)頻率萬用表測接地阻抗測試回路的電壓。 技術(shù)參數(shù)： 工作電源：AC 220V10%，50 Hz 頻率范圍：45Hz65Hz 頻率步進幅度：1Hz 頻率穩(wěn)定度：200Ppm 輸出電壓：0180V 最大輸出功率：1200VA 環(huán)境溫度40，輸出功率為1200VA的情況下可連續(xù)使用 尺寸：480mm380mm200mm 重量：12kg,15,4023耦合變壓器 用途及功能： 輸出與電流回路阻抗相匹配的功率，達到最佳測試效果。 技術(shù)參數(shù)： 輸入電壓：0180V 4023阻抗選擇檔位如下： OFF 0.5/55A 1/37A 2/26A 4/19A 7/14A 10/12A 20/8A 40/6A 尺寸和重量： 尺寸:370 mm310 mm360mm 重量:32kg,16,4025D型可調(diào)頻萬用表 用途及功能： 用于方便快速地測量電壓、電流信號,還可以選擇模擬人體阻抗檔位進行接觸電位差、跨步 電位差的測量，同時還可測量地表的電位梯度以及對避雷線引下線等進行分流測試。 主要特點： 1)具有優(yōu)異的選頻測試功能 2)調(diào)頻萬用表采用數(shù)字帶通濾波器，確保測量準(zhǔn)確。 3)可以測試不同頻率的電壓、電流 4)采用蓄電池供電，體積小巧，操作方便，便于攜帶。 技術(shù)參數(shù)： 電壓量程：0.02V/0.2V/2V/20V/200V（量程自動切換） 電流量程：0.2A/2A/20A/200A（量程自動切換） 頻率范圍：4069 Hz（連續(xù)選頻） 頻率步進幅度：1Hz 線性誤差：1% 幅值誤差：1% 典型噪音衰減值： /-2 Hz(42dB) /-3Hz(56dB) 最大功耗：2W 尺寸:345mm300mm150mm 重量:5.5kg,17,8000（S）系列接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)功能 接地阻抗測量：（接地電阻測量） 電流分流狀況的測量 （具備BNC輸出接口，方便查看波形和相位） 場區(qū)地表電位梯度測量 跨步電位差、接觸電位差測量 土壤電阻率測量 電氣完整性測量（選用4022B測量） 地網(wǎng)工頻干擾的測量,18,8000（S）系列接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)主要特點 高穩(wěn)定度的信號源，確保整個測試過程的準(zhǔn)確性。 設(shè)備體積小，方便攜帶和現(xiàn)場測試。 測試的電流小，安全性好，所需的測試電纜細，現(xiàn)場布線簡單，勞動強度小。 測試成本低，測試設(shè)備小，測試的電纜細，只需幾人就可完成測試。 （與大電流注入相比可節(jié)約50%以上的人力、物力） 變頻技術(shù)，避免地中零序電流的干擾、高頻干擾和帶電運行線路的干擾，使測試結(jié) 果更為精確。 調(diào)頻萬用表采用數(shù)字帶通濾波器，具備單頻率選頻特性確保測量準(zhǔn)確。 測試時間長，可長時間的輸出電流而不損壞設(shè)備和測試電纜。 重復(fù)測試性好，設(shè)備能精確、穩(wěn)定的輸出測試電流。 測量可在變電站工作情況下進行。 無需輸入電線路參數(shù)。 無需其它的保護設(shè)備。,19,8000（S）系列測試原理： 變頻信號源輸出頻率為f的穩(wěn)定 的功率信號，f與電網(wǎng)工頻f0 偏 移量為f。大功率信號進入變 壓器，耦合將設(shè)備與設(shè)備隔 離，匹配回路阻抗，輸出較大 的信號。原理上通過測量流經(jīng) 地網(wǎng)的電流I，以及在地網(wǎng)上產(chǎn) 生壓降U，則接地阻抗為 Z=U/I。即測量變頻電壓信 號、電流信號得到相應(yīng)的參 數(shù)。,20,8000（S）系統(tǒng)測試方法 接地阻抗的測量： 定義：接地裝置對遠方電位零點的阻抗，稱為接地阻抗。數(shù)值上為接地裝置與遠方 電位零點間的電位差，與通過接地裝置流入地中的電流的比值。,21,用8000S測量接地阻抗 測試方案選擇 根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇測試方案 測試回路的布置 確定測試方案后，測試回路參照DL/T 475-2006接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則布置： 測試接地裝置特性參數(shù)的電流極應(yīng)布置得盡量遠，參見下圖，通常電流極與被試接地裝置邊緣的距離dCG 應(yīng)為被試接地裝置最大對角線長度D的4-5倍;對超大型的接地裝置的測試，可利用架空線路做電流線和電位測試線;當(dāng)遠距離放線有困難時，在土壤電阻率均勻地區(qū)dCG可取2D，在土壤電阻率不均勻地區(qū)可取3D. 測試回路應(yīng)盡量避開河流、湖泊; 盡量遠離地下金屬管路和運行中的 輸電線路，避免與之長段并行，與 之交叉時垂直跨越;注意減小電流線 與電位線之間的互感影響。,22,接地阻抗的測試方法 1.電位降法 流過被試接地裝置G和電流極C的電流I使地面電位變化，電位極P從G的邊緣開始沿與電流回路呈 30 - 40的方向向外移動，每間隔d (50m或l00m或200m)測試一次P與G之間的電位差U,繪出U 與x的變化曲線，典型曲線參見圖A.1。曲線平坦處即為電位零點，與曲線起點間的電位差即為在 試驗電流下被試接地裝置的電位升高Um，接地裝置的接地阻抗Z=Um/I,23,接地阻抗的測試方法 2.電流-電壓表三極法 A）直線法 電流線和電位線同方向(同路徑)放設(shè)稱為三極法中的直線法， dCG如前述要求，dPG通常為 (0.5-0.6) dCG。電位極P應(yīng)在被測接地裝置G與電流極C連線方向移動三次，每次移動的距離 為dCG的5%左右，當(dāng)三次測試的結(jié)果誤差在5%以內(nèi)即可。 采用直線法測試時，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試結(jié)果 的影響。,24,2.電流-電壓表三極法 B）夾角法 只要條件允許，采用電流一電位線夾角布置的方式進行測試。dCG一般為4D-5D，對超大型接 地裝置則盡量遠;dPG的長度與dCG相近。接地阻抗可用以下公式修正。 式 中: 電流線和電位線的夾角; Z 接地阻抗的測試值。 如果 土 壤 電阻率均勻，可采用dCG和dPG相等的等腰三角形布線，此時使約為30，dCG=dPG=2D，接地阻抗的修正計算公式不變。,25,設(shè)備的連接 使用專用導(dǎo)線將4024的輸出 端和4023的輸入端連接起來 使用導(dǎo)線連接4023的輸出端 和被測地網(wǎng)，構(gòu)成測試回路。 使用IEC標(biāo)準(zhǔn)電源線連接4024， 給4024提供電源。 估計電流回路阻抗的大小， 在4023上選擇與回路阻抗匹配的檔位， 若不知道回路阻抗的大小， 可選擇40/6A檔為宜。 4023每一個開關(guān)檔 和對應(yīng)的最大電流如下： 0.5/55A 1/37A 2/26A 4/19A 7/14A 10/12A 20/8A 40/6A,26,注入不同頻率的電流 在4024上選擇測試的頻率（如48Hz）和測試電流的大小（如8A），注入電流到地網(wǎng)。4023上需選擇正確的對應(yīng)阻抗檔位。選擇相應(yīng)的升流方式。 注意：在變換4023的檔位前應(yīng)確認(rèn)4024的輸出電流降到零值,27,測試數(shù)據(jù)的處理 使用4025可調(diào)頻率萬用表調(diào)節(jié)到對應(yīng)頻率，測量電壓、電流信號，并查看自動計算得出接地阻抗復(fù)數(shù)值和模值 數(shù)據(jù)的處理方法： 使用8000S測量地網(wǎng)阻抗時，因采用異頻小電流法，需要將測試結(jié)果換算成工頻情況。研究表明接地阻抗測試值在工頻附近較小頻率變化范圍內(nèi)的變化可以認(rèn)為是線性的，通常在測試過程中以兩個對稱于工頻50Hz的頻率（例如，49Hz和51Hz ）的測試結(jié)果為一組，取算術(shù)平均值即可等效為工頻下的接地阻抗，公式為： R49=U49/I49 R51=U51/I51 R50=(R49+R51)/2,28,29,30,31,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對接地電阻值的一般規(guī)定： 不同的電氣設(shè)備對接地電阻有不同的要求： （1）大接地短路電流系統(tǒng)R2000/I，當(dāng)I4000A時，可采用 R0.5 （2）容量在100kVA以上的變壓器或發(fā)電機R4 （3）閥型避雷器R5 （4）獨立避雷針、小接地電流系統(tǒng)、容量在100kVA及以下的變壓器或發(fā)電機、高低壓設(shè)備共用的接地均R10 （5）低壓線路金屬桿、水泥桿及煙囪的接地R30,32,用8000S測量電流分流狀況 在測量接地阻抗時，避雷線和金屬管路的分流會使測量值比實際值大，產(chǎn)生誤差，要在測試時將避雷線與地網(wǎng)斷開。在以往的測試工作中，一般都是通過拆解架空地線的方式來進行，但是有些架空地線根本就無法隔離，因為沒有裝設(shè)絕緣子，有些良導(dǎo)體架空地線被死接地，在實踐中會給現(xiàn)場帶來麻煩。 我司的8000系列接地裝置特性參數(shù)測量系統(tǒng)具有優(yōu)異的選頻性能，能夠有效地避開干擾頻率，配備高精度的柔性電流線圈，能準(zhǔn)確測試如避雷線和其他金屬管路的分流。這樣就不必拆解架空地線，給測試工作帶來了很大的便利性，極大地簡化了測試環(huán)節(jié)。 使用4025型可調(diào)頻率萬用表測量發(fā)電廠、變電站的每個分流避雷線和金屬管路，就可以得出發(fā)電廠、變電站的電流分布狀況。 測試方法：按照測量接地阻抗的相關(guān)要求施加試驗電流后，選擇正確的測量頻率和量程后，使用4025標(biāo)配的電流線圈 ，直接纏繞在需要測量的相應(yīng)線路上，則讀數(shù)為該線路的分流值。,33,接觸電位差和跨步電位差的測量：,接觸電位差和跨步電位差的測量接線圖如右圖所示?？砂聪率霾襟E進行測試： 按照導(dǎo)則上規(guī)定的測試回路布線要求施加實驗電流，方法同接地阻抗測量。 用導(dǎo)線將4024一端與電流極C可靠連接；再用導(dǎo)線將4024的另一端接至被試設(shè)備的架構(gòu)。,1.接觸電位差的測量 將4025型可調(diào)頻率萬用表用導(dǎo)線連接距離地面1.8m高的設(shè)備架構(gòu)和距離設(shè)備架構(gòu)1m遠模擬人腳的金屬板。使用4024輸出測試電流，后使用4025型可調(diào)頻率萬用表1K的人體模擬電阻檔位測量接觸電位差值。 2.跨步電位差的測量 將4025型可調(diào)頻率萬用表用導(dǎo)線連接地面上兩個距離1m模擬人腳的金屬板。使用4024輸出測試電流，后使用4025的1K的人體模擬電阻檔位測量跨步電位差值。,34,注意：實際的接觸電位差和跨步電位差，需要查閱被測接地裝置內(nèi)系統(tǒng)單相接地短路電流，用 下面的相應(yīng)公式折算。,式中： Im注入電網(wǎng)中的測試電流 Is被測接地裝置內(nèi)系統(tǒng)單相接地故障電流 Us跨步電位差測試值 Ut接觸電位差測試值 Us跨步電位差實際值 Ut接觸電位差實際值 當(dāng)接地裝置所在的變電所的有效接地系統(tǒng)的最大單相接地短路電流不超過35kA時，跨步電位差一般不宜大于80V;一個設(shè)備的接觸電位差不宜明顯大于其他設(shè)備，一般不宜超過85V。,35,場區(qū)地表電位梯度的測量 場區(qū)地表電位梯度是一個 重要的表征接地裝置狀況 的參數(shù)。按照測量接地阻 抗的相關(guān)要求施加試驗電 流后，將被試場區(qū)合理劃 分，場區(qū)電位分布用若干 條曲線來表述，例見右圖。,場區(qū)地表電位梯度：當(dāng)接地短路電流或試驗電流流過接地裝置時，被試接地裝置所在的場區(qū)地表面形成的電位梯度。,36,場區(qū)地表電位梯度的測量步驟如下： 1） 按照測量接地阻抗的相關(guān)要求布置回路。 2） 用4024連接電流極和接地裝置的接地引下線。 3） 將被試場區(qū)合理劃分，場區(qū)電位分布用若干條曲線來表述。在曲線路徑上中部選擇一條與主地網(wǎng)連接良好的接地引下線為參考點，用導(dǎo)線將該參考點連接到4025電壓端子，參見下圖。 4） 從曲線的起點，使用4025按間距d（間距d通常為1m或2m）測試地表與參考點之間的電位梯度U,直至終點，測試示意圖參見下圖。將這些數(shù)據(jù)繪制出U-X曲線，即場區(qū)地表電位梯度分布曲線。,37,場區(qū)地表電位梯度分布曲線判斷標(biāo)準(zhǔn)： 狀況良好的接地裝置曲線表現(xiàn)比較平坦，通常曲線兩端有些抬高；有劇烈起伏或突變通常說明接地狀況不良。,右圖中的4條曲線為大型接地裝置場區(qū)地表電位梯度典型實測曲線 。 曲線1表明電位梯度分布較均勻，地下接地裝置狀況較好； 曲線2的尾部明顯快速抬高， 曲線3起伏很大，均表明接地裝置狀況可能不良； 曲線4有兩處異常劇烈凸起，尾部急速抬高，地下接