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【關鍵詞】土壤電阻率模型 等值復數鏡像法 遺傳算法 水平分層 Wenner法

1 引言

目前，在大部分接地極的工程設計中，都將實際不均勻土壤視為均勻土壤進行電阻率測量，并且僅通過淺層土壤電阻率模擬大地土壤結構。但很多情況下，接地極極址所處環境地質情況復雜，多山區或存在地下暗河，故障電流或從深層土壤流走，深層土壤對接地極接地性能的影響不容忽視。建立準確的土壤電阻率模型對實現接地極性能的有效分析具有重要意義。

在土壤結構模型的研究中，國內外學者普遍采用線性化或擬線性化的數值計算方法進行土壤模型參數求解。但這些方法計算較為繁瑣，容易陷入局部最優解。本文利用Wenner四極法測得土壤視在電阻率，用等值復數鏡像法推導水平分層土壤結構格林函數表達式，以求取土壤視在電阻率計算值，通過LSM建立目標函數，用遺傳算法對目標函數進行優化，求得分層土壤電阻率和層厚。

2 土壤電阻率測量

Wenner法是F.Wenner在1915年時發明的一種土壤電阻率測量方法。該方法利用兩個電流極給土壤供電，用兩個電壓極測出土壤間的電位差，進而確定土壤電阻率。具體布置方法如圖1所示。

圖1中，1、4代表電流極，2、3為電壓極，4個電極等距布置于同一水平線上，極間距為a，電極埋深為h0。

均勻土壤的計算公式如下：

ρ=2πa （1）

當埋深h0等于零，即電極位于土壤表層時，式（1）所求為土壤電阻率真實值。其中，V23表示兩電壓極間的電位差。當埋深h0不為零時，

V23=（2）

測量I和V23，通過式（2）計算土壤電阻率。

真實情況下，土壤大多是不均勻的。此時用Wenner法測得的土壤電阻率并不是其真實值。它隨極間距和土壤結構的改變而改變。保持電流不變，改變極間距a，可得到一組土壤電阻率測量值。進而依據恒定電場理論，通過最優化方法可以反演得到土壤電阻率的分層結構模型。

3 土壤格林函數推導

n層水平分層土壤結構如圖2所示。

圖2中，id為點電流源，坐標（x0，y0，z0）， 為第ρi層土壤電阻率（i=1，2，…，n），hi為第i層土壤厚度（i=1，2，…，n-1）。利用等值復數鏡像法求解該土壤模型格林函數（單位點電流源在任意點產生的電位函數）的步驟如下：

（1）對拉普拉斯方程和邊界條件進行關于x，y變量的傅里葉變換，解方程得到頻域的格林函數。

（2）用prony法指數擬合頻域格林函數中不利于反變換的部分，得到近似頻域格林函數。

（3）通過反變換得出直角坐標系的格林函數。

第一層土壤中，點電流源產生的電位函數為：

φ1=[J0λre-λ z-tdλ+θ1（λ）J0（λr）e-λtdλ+φ1（λ）J0（λr）eλtdλ]（3）

對于水平多層土壤，

（4）

將式（4）代入式（1），可得

（5）

ρc為土壤電阻率計算值。用Prony法將θ1（λ），φ1（λ）指數擬合

（6）

其中，ai，bi，ci，di為復數。對式（5）進行反變換，得到

（7）

4 建立目標函數

通過改變測量極間距a，可得到m個土壤電阻率測量值ρm。由式（7）求出相應的土壤電阻率計算值ρc。根據ρm、ρc和土壤層數n，用最小二乘法建立目標函數：

（8）

并加入約束條件：

（9）

其中，aj為第j次測量時的極間距，和分別為相應的土壤電阻率測量值和計算值。

5 目標函數優化求解

遺傳算法是一種通過模擬自然進化過程搜索最優解的高效全局搜索尋優算法。通過人工進化方式隨機優化搜索目標函數，可以較大概率求得最優解。

遺傳算法對目標函數的優化，需要多次迭代才能得出結果，其基本運行過程如下：

（1） 令x=（ρ1，ρ2，…，ρn，h1，h2，…，hn-1，對x進行二進制編碼。

（2） 隨機初始化生成群體P（t）。

（3） 選擇合適的算法編碼策略。根據各層土壤視在電阻率及土壤厚度等遺傳算法參數，本文選擇策略采用最優保存策略進化模型，即保留群體中適應度最高的個體，用以取代交叉、變異運算產生的適應度最低的個體；交叉策略采用兩點交叉；變異策略選擇自適應基因突變。

（4） 定義算法適應度函數f（x），計算群體中每個個體大的適應度，如目標函數值、函數值向適應值映射、群串解碼的參數，并完成適應值調整。

（5） 群體P（t）經過選擇、交叉、變異等運算繁殖產生下一代P（t+1）。

（6） 終止條件判斷。若得到具有最大適應度個體作為最優解輸出則終止，否則可修改遺傳算法策略后再返回步驟（4）。

6 總結

本文建立了用于分析實際土壤結構的多層水平分層土壤電阻率模型。建模過程中，采用等值復數鏡像法推導了土壤模型的格林函數，避免了廣義貝塞爾函數積分引起的繁瑣計算。使用遺傳算法對目標函數進行優化，既不易陷入局部最優，又保持了變量的完整性，能夠較好的還原土壤結構的真實情況。

參考文獻

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[6]徐宏碧，周銘，吳強迪.基于遺傳算法的土壤結構反演模型[J].黑龍江電力，2014，36（1）：49-53.

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對烏蘭浩特市（以下簡稱烏市）不同類型土壤采用溫納法進行土壤電阻率測量，分析歸納了烏市固定地點土壤電阻率的變化規律，以及土壤電阻率同各氣象要素的相關關系和土壤電阻率的年變化規律，對防雷規范給出的土壤電阻率表進行了本地化補充完善，為烏市開展雷電災害防御具有實踐指導意義。

關鍵詞：土壤電阻率； 測試；規律

中圖分類號：P631.3+22文獻標識碼： A

1引言

土壤電阻率是防雷工程設計的重要參數，也是估算接地電阻、地面電位梯度、跨步電壓、接觸電壓，計算相鄰近的電力線路和通信線路間電感耦合的重要的參數之一，是雷電災害風險評估、分析雷電災害事故的重要因子。本文用溫納（Wenner）對烏市地區不同類型土壤的土壤電阻率進行了實際測量，獲得了土壤電阻率的初步變化規律。

2選擇土壤類型確定實驗地點

選擇具有代表性的土壤類型是確立本次實驗地點的前提，同時選擇相對穩定，不受農業耕作、灌溉等影響，地表相對平坦，土層除自然因素外，沒有人為影響的測量實驗地點也非常重要。我們結合烏市農業局土肥站和氣象自動站提供的土壤、氣象相關數據信息選定了永聯砂質草甸土、衛東石灰性黑鈣土、烏蘭哈達黃土狀暗栗鈣土、葛根廟鹽堿性暗棕壤外加市氣象局院內草甸地5個的實驗點。分別代表4種類型的土壤，進行了1年的連續測量。

3對比不同類型土壤進行土壤電阻率分析

土壤電阻率受很多客觀因素影響，為了使測量的數據具有相對可比較性，將同一地塊、相同電極間距、4—10月份采集的數據做平均值處理。在最大電極間距20米范圍內，永聯砂質草甸土土壤電阻率最大值為1416Ω·m，比衛東石灰性黑鈣土最大值67.8Ω·m高近21倍，而烏蘭哈達黃土狀暗栗鈣土的最大值是為257Ω·m高于葛根廟鹽堿性暗棕壤最大值126Ω·m和市氣象局院內草甸地的最大值147Ω·m。最小值方面石灰性黑鈣土的最小值為最小18.4Ω·m。但要說明的是2012年4月到10月衛東自動雨量站總的雨量數據為100.1mm在其它4個實驗點中降雨量是偏大的。

4土壤電阻率隨時間的變化的相應對比

土壤電阻率不僅隨著土壤類型的變化而變化，而且也隨著被測量土壤的濕度、溫度的不同而不同，主要表現在相同地塊不同時間測量的結果是不同的。

通過實際測量對比，每個地點不同時間測得的土壤電阻率曲線變化趨勢基本相同。5個試驗點在7、8月份都會達到土壤電阻率的最低值，而溫度偏低降雨量偏少的其它月份土壤電阻率會偏高。葛根廟鹽堿性土壤在6、7、8、9的數據變化最為強烈，而其它幾塊土壤電阻率變化情況相對舒緩。風力發電場地多是建在鹽堿性土壤上，因此我們對這一現象進行了著重分析，首先土壤中所含水的多少和孔隙水電阻率的高、低是土壤電阻率最重要的兩個因素?？紫端娮杪嗜Q于水中游離的離子、電子的多少，葛根廟鹽堿性土壤成分中可溶性鹽堿離子成分較多，而鹽堿離子在溫度達到20-30℃時溶解性最好、濃度最高，6、7、8、9月又是土壤含水量相對充沛的季節，所以導致葛根廟鹽堿性土壤電阻率的強烈變化。

5、土壤電阻率同氣象要素的關系分析

防雷接地網一般都埋在地下，土壤會受到降水、氣溫、溫度等氣象因素的影響，接地網也會直接受到所埋對應深度土壤溫度、溫度等的影響，在北方冬季還會受到凍土的影響。為此，用深度1.0m、電極間距5.0m土壤電阻率計算了同降水量、1.0m深地溫、1.0m深土壤濕度、凍土厚度、地面空氣溫度的相關關系。實測結果表明凍土對土壤電阻率的正關系影響最大，而1.0m深土壤地溫反關系最大。降水對1.0m深土壤電阻率的影響還是比較明顯的，如2012年6月11日2-8時降水23.4mm，5月21日早8時土壤電阻率降低了109.7Ω·m，下降了22.3%;2012年7月28日降水34.4mm，6月22日土壤電阻率降低了48.3Ω·m，下降了31.9%但在土壤表面接近飽和的狀態，降水影響則很小，如2012年7月22日降水68.9mm，7月12日土壤電阻率降低了21.9Ω·m，僅下降了10.7%。

6 、實驗結論

6.1不同類型土壤的土壤電阻率不同，永聯砂質草甸土土壤電阻率要高于烏蘭哈達黃土狀暗栗鈣土，烏蘭哈達黃土狀暗栗鈣土要高于葛根廟鹽堿性暗棕壤，衛東石灰性黑鈣土土壤電阻率最低，非常有利于建筑物的雷電防護。

6.2同一地點的不同時間測得的土壤電阻率的值不同，但變化趨勢基本相同，從夏季向冬季逐漸增大，從冬季向夏季逐漸降低，7月份最低，2月份最高，2月份土壤電阻率平均值是7月份的8.4倍。

6.3地下深度1.0m、電極間距5.0m的土壤電阻率同降水、1.0m深土壤地溫和1.0m深土壤地溫、凍土厚度和地面空氣溫度的相關均為反比關系，1.0m深土壤地溫、凍土厚度和地面空氣溫度相關系數非常顯著。

6.4根據不同類型土壤電阻率變化規律，對防雷規范給出的土壤電阻率參數可進行本地化補充完善。在防雷工程設計中，可在雷暴初日、終日歷史極值之間查算出土壤電阻率的最大值，或計算出需要乘以的倍數，來設計防雷接地網，比防雷規范給出的土壤電阻率參數更直接、更符合當地實際。

經過1年的測量，土壤電阻率的測量基本上實現了業務化，并初步獲得了一些土壤電阻率的變化規律。但由于專業設備缺少，測量時間短，如果時間再長些有些規律可能更穩定、更可靠、更好用。

參考文獻：【1】張興，接地降阻措施，北京：中國電力出版社，2005.

【2】何良，石藝，土壤電阻率測量技術應用研究.

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隨著國民經濟的飛速發展，現有供電能力難以滿足日益增長的電力需求，我國大部分地區已經出現電力供應不足問題，為此國家投巨資新建變電所，以緩解電力供需矛盾，保障電網安全運行和社會基本供電需求。新建在高土壤電阻率地區的變電所，大多接地電阻難以滿足規程要求，而進行改造效果不明顯，還要提高工程造價，又有些不經濟。為此我們對高土壤電阻率地區變電所接地網安全運行開展專題研究，已在我局伊春變、金山變兩所取得了成功經驗，值得廣泛推廣。

2 采用方法

1997年在對我局新建220KV伊春變、220KV金山變地網接地電阻驗收試驗時，測得伊春變接地電阻為3.7Ω，金山變接地電阻為3.4Ω，不能滿足工程設計的要求。此后，我局投資近66萬元，采取地網外擴、添加降阻劑、打接地井等方法，對兩個變電所進行了接地網改造，改造后的伊春變、金山變接地電阻的實測值分別為0.74Ω、0.68Ω，仍不能滿足規程規定的R≤2000/I或R≤0.5Ω的要求。因伊春變、金山變地處山區，屬于高土壤電阻率地區，再進行改造效果不明顯，又會浪費大量的人力、物力，增加工程造價。為此我們對伊春變、金山變接地網安全運行開展專題論證，成效非常明顯。

3實施步驟

3.1伊春變、金山變兩所接地網前期改造

3.1.1采用高效膨潤土降阻劑降低接地網電阻

降阻劑具有較低的電阻率（ρ≤0.35Ω.m），加水后有較大的膨脹倍數（3～5倍），施加在接地體周圍相當與增加了接地體的有效截面，消除了接地體與土壤的接觸電阻，降低了接地體周圍土壤電阻率，因而具有較好的降阻性能，特別是對高土壤電阻率地區的降阻效果最為明顯。

3.1.2 擴大接地網面積降低接地網電阻

伊春變、金山變兩所外附近均無建筑物，可以在變電所以外進行接地網的敷設，通過擴大接地網面積，有效的降低接地網電阻。

3.1.3 深井壓力灌降阻劑方法降低接地網電阻

通過在伊春變、金山變兩所內采用深井壓力灌降阻劑方法，明顯降低了接地網電阻。

通過以上幾種方法，使伊春變、金山變兩所地網接地電阻由3.7Ω、3.4Ω降為0.74Ω、0.68Ω， 接地網電阻降低效果明顯，但仍不能滿足規程規定的R≤2000/I或R≤0.5Ω的要求。

3.2 實測伊春變、金山變兩所接地網相關數據

金山變：實測土壤電阻率：ρf =100.5Ω.m

實測跨步電壓： VKS：0.04V

接 觸 電 壓：VJS：0.03V

（電網注入電流0.5A）

伊春變：實測土壤電阻率：ρf =396.5Ω.m

實測跨步電壓： VKS：0.011V

（電網注入電流1.0A）

接觸電壓：VJS：0.015V

（電網注入電流1.5A）

3.3 理論推算伊春變、金山變兩所接地網相關數據

根據標準3.4：110KV及以上變電所接地裝置接觸電壓和跨步電壓應根據下式計算：

式中：ρf ：人腳站立處土壤表面電阻率，Ω·m；

t ：故障電流持續時間， S。

我們計算中t取0.07s，ρf 為實測值；

金山變：接觸電壓要求值VJ為722.2V

跨步電壓要求值VK為923.6V

伊春變：接觸電壓要求值VJ為911.8V

跨步電壓要求值VK為1704.3V

根據實測系統接觸電壓及跨步電壓計算系統可能出現的最嚴重故障（短路）情況下，接觸電壓及跨步電壓為：推導值按下式計算：

U =UcId/Ic

式中：Ic ___ 模擬注入地網中電流， A；

Uc ___ 注入電流Ic時測得接觸或跨步電壓，V；

金山變：接觸電壓推算值VK/為510V 小于要

求值 VJ722.2V

跨步電壓推算值VJ/為680V 小于要求值 VK923.6V

伊春變：接觸電壓推算值VK/為267V 小于要

求值 VJ911.8V

跨步電壓推算值VJ/為293.7V小于要求值 VJ1704.3V

以上說明金山變、伊春變接觸電壓及跨步電壓滿足標準要求。

3.4 對照標準《交流電氣裝置的接地》6.2.2逐條論證如下：

（1）標準6.2.2 a、防止轉移電位引起的危害：主要是高電位引外及低電位引內問題。伊春變、金山變無通向所外管道及運輸鐵路軌道，金山變無低壓配出線，伊春變、金山變兩所均無低壓三相四線向外供電，無需考慮高電位引外問題。由于金山變、伊春變均裝有程控電話，通訊設備已加裝隔離變，無須考慮低電位引內問題。

（2）標準6.2.2 b、要求，對于金山變、伊春變現場均采用氧化鋅避雷器，所以不必考慮短路電流非 周期分量影響。

（3）標準6.2.2 c、要求驗算接觸電壓、跨步電壓差。

4 結論

我們對兩變電所接地裝置接地極逐極測量，所有接地極與地網均接觸良好。

綜合分析以上諸因素，根據《交流電氣裝置的接地》（DL/T621-1997）要求，兩變電所接地網能滿足系統設備安全運行及工作人員人身安全的要求。

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關鍵詞：架空輸電線路；接地設計；接地方式；土壤電阻率

中圖分類號：TM726文獻標識碼： A 文章編號：

近年來，隨著我國經濟不斷發展，社會對供電量每年都保持著較大增長的需求, 這對架空輸電線路安全穩定運行的要求也越來越高。架空輸電線路由架空地線、導線、桿塔、絕緣子串、接地裝置等組成。在防雷上，接地裝置是架空輸電線路防雷的主要措施，通過依靠接地裝置將雷電流迅速引入大地，所以說接地裝置是保障設施起到應有保護作用的關鍵。接地裝置有多種形式，應根據不同的土壤電阻率來確定所采用的接地方式，因此，只有合理、科學的接地設計才能保證架空輸電線路的安全穩定運行。

1 接地電阻的要求

接地裝置有多種形式，應根據不同的土壤電阻率來確定所采用的接地方式，以達到DL/T620--1997《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》及DL/T621--1997《交流電氣裝置的接地》規定，有地線的送電線路每基桿塔的接地裝置，在雷季干燥時，不連地線的工頻接地電阻，不宜超過表1所列數值。

表1 雷季干燥且不連地線桿塔接地電阻要求值

2人工接地體的材料

人工接地體是指人為埋入地下用作接地裝置的導體，水平敷設的可采用圓鋼、扁鋼；垂直敷設的可采用角鋼、鋼管、圓鋼等。接地裝置（包括接地體和接地引下線）的導體截面，應符合熱穩定與均壓的要求，且不應小于表2所列規格。

表1 接地體和接地引下線的最小規格

特別需要主要的是，在腐蝕性較強場所，應根據腐蝕的性質采取熱鍍錫、熱鍍鋅等防腐措施，或適當加大截面。目前在實際架空輸電線路工程中，為了延長接地體的壽命，一般采用φ12熱鍍鋅圓鋼作接地引下線和接地體。

3架空輸電線路接地裝置的型式

(1)在ρ≤100Ω·m的地區，如接地電阻不大于表1規定，可利用鐵塔和鋼筋混凝土桿的自然接地（包括鐵塔基礎以及鋼筋混凝土桿埋入地中的桿段和底盤、拉線盤等），不必另設人工接地裝置，但發電廠、變電所的進線段除外。在居民區，如自然接地電阻符合要求，也可不另設人工接地裝置。

(2)在100＜ρ≤300Ω·m的地區，除利用鐵塔和鋼筋混凝土桿的自然接地外，還應設人工接地裝置，接地體埋設深度不宜小于0.6m。

(3)在300＜ρ≤2000Ω·m的地區，一般采用水平敷設的接地裝置，接地體埋設深度不宜小于0.6m。

(4)在ρ＞2000Ω·m的地區，可采用6～8根總長度不超過500m的放射形接地體，或連續伸長接地體。放射形接地體可采用長生短結合的方式，接地體埋設深度不宜小于0.6m。

(5)居民區和水田中的接地裝置，包括臨時接地裝置，宜圍繞桿塔基礎敷設成閉合環形。

(6)放射形接地體每根的最大允許長度，應根據土壤電阻率確定，見表3所示。

表3 放射形接地體每根最大允許長度

4高土壤電阻率地區的接地方式

架空輸電線路所處的區域的土壤電阻率有時會很高，為提高線路耐雷水平需采取有效措施降低桿塔接地電阻，架空輸電線路比較常用的降低接地電阻的措施如下：

4.1架空輸電線路的常規接地方式

一般采用φ12熱鍍鋅圓鋼作接地引下線和接地體，接地方式見圖1。

圖1 接地裝置示意圖

工頻接地電阻采用電阻系數法計算：

RP=(ρ/2ΠL)×[ln(L2/td)+A] （1）

式中ρ:表示土壤電阻率，Ω.m。

L：水平接地極的總長度（m）。

d：水平接地體的直徑或等效直徑，（m）。

t：水平接地體的埋設深度，（m）。

A：水平接地形狀校正系數(見表4)

表4 水平接地形狀校正系數

利用（1）式計算，常規接地方式在土壤電阻率≤4200Ω.m時，一般可以滿足工頻接地電阻≤30Ω的要求。

4.2高土壤電阻率地區的接地方式

(1)更換土壤

采用電阻率較低的土壤替換原有電阻率較高的土壤，置換范圍在接地體周圍0.5m以內。但這種取土置換方法對人力和工時耗費都很大，且在線路沿線附近電阻率低的土壤稀少，取土困難，故該方法很難適用于線路工程。

(2)多支外引式接地裝置

在高土壤電阻率地區，如在桿塔附近有可以利用的低電阻率，為了減小沖擊接地電阻，可以采用引外接地，即用較長的接地帶引至低電阻率的土壤中作集中接地。但引外接地的距離（即引線的長度）是有一定要求的，它決定于大地的電性參數ρ及相對介電系數y，因此，接地規程推薦引外接地線的最大長度不宜大于表3所列數值的1.5倍。該方法在興螺110kV線路的電15#桿750kV吐巴線翻越甘溝段得到了應用，該處多基桿位塔位于巖石上的，土壤電阻率均大于高達56008000Ω.m，而在離其桿位135100多米處外有附近有導電良好的水田導電較好的黃土（土壤電阻率為80200Ω.m左右），通過兩條外接引線，引到水田此處，再采用JD-231的接地裝置后，其工頻接地電阻達到允許以內。外引式接地極的方法往往受地質地貌條件限制，在線路中應用該方法地段不多。

(3)人工處理土壤（使用降阻劑）

在接地體周圍土壤中加入降阻劑，降阻劑是一種具有良好導電流通性能的黑灰色優質礦物復合材料，含有大量的半導體元素和鉀、鈣、鋁、鐵、鈦等金屬化合物。這些金屬化合物不僅具有良好的導電性能，而且，對接地裝置也起到了較好的陰極保護作用，它們吸水膨脹后被網狀膠體所包圍，網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使這些元素不至于隨地下水和雨水而沖刷流失。從而使降電阻劑的導電性能能夠持之以恒地保持，導電離子活潑移動著向周圍大地滲透，提高接地體周圍土壤的導電性。

a、水平接地體降阻劑用量計算：

G=D2ΠLγ/4

式中：

G：降阻劑用量（kg）。

L：接地體的長度（m）。

γ：降阻劑密度（kg/m3）。

D：使用降阻劑后等效水平接地體直徑，一般為0.1-0.2m內選用。

土壤電阻率ρ（Ω.m)≤500≤1000≤2000≤5000最大允許長度(m)406080100利用上式計算，土壤電阻率在6300Ω.m時，接地裝置使用JD-237（L=518m）,D取0.15，γ取1250kg/m3，降阻劑用量約11436（kg）。

b、使用降阻劑后水平接地體的接地電阻計算:

式中K：降阻系數，5≤L＜20(m)時，ρ≤500Ω·m，K=10；ρ＞500Ω·m，K=30；L≥20(m)時，ρ≤500Ω·m，K=50；ρ＞500Ω·m，K=100。

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[關鍵詞]電力系統；輸配電線路；接地裝置

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）36-0411-01

近年來，隨著我國經濟的快速發展，人們對于電力使用需求的增加，輸配電線路的接地問題引起了有關部門的重視。輸配電線路的接地裝置不僅包括接地體，還包括與此相關的接地線路，其中接地體是指埋于地下的，同土壤有直接接觸的金屬導體，而接地線路則指的是連接電氣設備和金屬導體的線纜，一般來說都是PE線。接地裝置的主要應用功能和目的在于在輸配電線路的運行過程中，實現對線路的安全保護，文中我將結合自己的工作經驗，對該問題進行分析。

1、接地裝置的基本概念

1.1所謂接地，就是在桿塔與土壤間進行適當的電氣連接，在這個過程中，除了桿塔和土壤外，必備的接地條件就是一定的金屬元件和接地線纜，二者合稱為接地裝置，缺一不可。

（1）從作用上看，進行輸電線路的接地，可以實現對雷電電流的引導和疏散，并以此來保護線纜的絕緣裝置，避免發生線纜的閃絡。

（2）從接地裝置的分類上看，可以根據其接地形式的不同分為自然接地、人工接地、垂直接地、水平接地等等，不同的輸電線路應該根據自己的實際運行情況進行接地方式的選擇。

（3）接地裝置的功能來通過一定的接地電阻來實現，也就是說在接地裝置進行接地的過程中，如果桿塔上方產生了較強的人地電流，那么就會導致土壤中的電流增大，這種情況下，只有一定的接地電阻，才能實現桿塔的安全防護。

1.2土壤電阻率及影響土壤電阻率大小的主要因素

（1）所謂土壤電阻率，就是指土壤自身的電阻，一般來說，接地電阻的大小是受到土壤電阻大小的直接影響的，所以假設每立方米的土壤電阻為1，那么土壤電阻率也就是P。

（2）在實踐中，土壤電阻率并不是固定不變的，一般來說會受到土壤的性質和含水量甚至是化學和物理性質的影響，并會根據自然環境的變化而產生變化，這種情況下，在進行接地裝置的設計時，就應該以最大電阻率作為依據。

（3）另外，在接地電阻的設置的過程中，不應僅從電阻的影響因素的計算得出電阻數值，而是要進行實地測量，因為不同的地區的電阻值是存在差異的，所以，將實際的測量結果作為依據會更加可靠。

2、輸電線桿塔接地電阻值的測量方法

上文中提到了對桿塔接地電阻值的測量的重要性，下面我將從幾個方面對具體的測量方法進行分析。

2.1 測量接地電阻的基本原理

為了使實際測量更加的簡便易行，在測量前應該先設計出實際的推算公式，并對其中所缺少的未知數據進行統計，一般來說，可以講接地體設定為半球型，因此只需要對球心處的電流進行測量，然后根據其密度就可推算出其實際電流。

2.2 用ZC一8接地電阻搖表（測量儀）測量接地電阻

在實踐中，電阻測量儀的選用也是非常重要的，就目前來看我國大部分的電力系統的施工過程中，對于ZC一8接地電阻搖表的使用是非常廣泛的，這類電阻搖表可以根據具體的接線方式的不同分為三端鈕和四端鈕兩種。一般來說，四端鈕的主要應用范圍是土壤電阻率的測量活動中，而三端鈕則主要應用于接地線路的電阻的測定中。

從組成看，這種測量儀由兩個框架的電磁式流比計構成，也就是說二者分別應對不同的線路元件的電流量進行檢測，并綜合得出該段的電阻值。其中，第一個框架的線圈在測量的過程中是直接同待測區域的電源相連接的，而第二個框架的線圈則是與接地體相連的，這樣就實現了一定的測量電壓差，并未電阻的測定提供依據。所謂三點法，就是在對接地電阻進行測量的過程中，將桿塔和現有的接地裝置進行分離，并分別連接在設備的儀表上，以得到一個客觀的測定結果。一般來說，如果待測的接地電阻的接地體是環形接地體，那么不僅要將其同桿塔全部脫離，還要進行對角線長度的測量，并據此來計算其入土的深度對電阻測定結果的影響。在測量的過程中，要始終保持設備的和儀器的水平放置，并隨時檢查檢流計的指針位置，一旦發生偏移，就要隨時進行調整。

3、土壤電阻率的正確測量

上文中我們提到了不同的土壤環境中的接地電阻是不同的，因此其允許值也會發生變化，所以要想確定該地區的電阻值是否符合有關執行標準，應該根據土壤的最大電阻值來確定，這種情況下，正確和準確的測量出土壤的電阻率就顯得非常重要，下文中將結合自己的工作經驗，對該問題進行分析。

3.1 利用ZC～8型測量儀，采用4極法測量線路土壤電阻率所謂四極法，就是使用四根尺寸和橫截面都相同的導線，組成一個電流的回路線路，并以此來對土壤的接地電阻進行測量。

3.2 用三極法測量土壤電阻率

結線與三極法測接地電阻一樣，要求將測試電極打入土壤深度應與實際接地裝置埋深一致。試驗檢查電極、電壓極、電流極應排直線等距。同時要求極間距離不小于20米。檢查電極插入地下部分必須與土壤嚴密接觸，否則會造成較大測量誤差。值得注意的是，如果使用三極法對土壤的電阻率進行測量，那么接地體附近的土壤性質將對測量結果起著決定性作用，所以在分析該結果的過程中，也要充分的考慮其測量范圍的局限性。四極法測得的土壤電阻率與極間距離a有關，當a不大時所測的電阻率僅為大地表層的電阻率。用4極法測量土壤電阻率時，電極可用四根直徑2cm，長0.5～lm 的圓鋼或鐵管作電極，考慮到接地裝置的接地散流效應，極間距離選取20m 左右，深為1/20a。

4、判定接地電阻值是否合格的界限

4.1 凡是測得接地電阻值為101-1及以下者已經滿足了防雷接地允許值要求，所以均不用測量土壤電阻率；凡是測得接地電阻大于10Ω都應做土壤電阻率的測定，測得土壤電阻率后，應在測得的p0值乘以季節系數后（p=pOφ ）。再按接地在不同土壤電阻率情況下，允許接地電阻值判定本基塔接地是否合格。

4.2 用三極法測量土壤電阻率，目前在測量中是在測接地電阻后，然后再打如接地極測土壤電阻率。這一方法是有較大錯誤的。應按本文所介紹的方法進行測量。在數據上更是不對的，測來的數據根本不是土壤電阻率，而是測試釬的接地電阻值。應將接地極電阻通過計算才能得到土壤電阻率的數值。

4.3 使用鉤式接地電阻測試儀，被測接地裝置如果是環型接地，則只能保持一個接地引線與桿塔連接，其余引線要與桿塔斷開后才能測得該基的接地電阻值。

篇6

關鍵詞：接地電阻異常分析對策

引言：防雷工程檢測是防雷減災工作中必不可少的，接地電阻的測量是防雷檢測中最重要的一項工作，而接地電阻大小是衡量接地系統好壞的重要參數，因此為檢測單位提供準確可靠的檢測數據和結果必須具有科學性和權威性，排除檢測中出現的誤差。接地電阻的測量是防雷檢測中最重要的一項工作，而接地電阻大小是衡量接地系統好壞的重要參數，因此為檢測單位提供準確可靠的檢測數據和結果必須具有科學性和權威性，排除檢測中出現的誤差。筆者從事防雷檢測工作多年，下面談談防雷工程檢測中接地電阻數據異常原因和解決方法。

1 防雷接地電阻的組成

1.1散流電阻是從接地體開始向遠處（20米）擴散電流所經過的路徑土壤電阻，決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量

1.2 接地線的電阻與接地極自身電阻，是指由接地線、接地設備接地母線、接地極本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質有關。

1.3 接地極表面與土壤接觸的土壤之間的接觸電阻，其阻值與土壤的性質、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面和接觸的緊密程度有關，它是接地電阻的主要成分。

2 影響接地電阻的主要因素

影響接地電阻的因素有接地電極的形狀、尺寸、周圍環境因素以及電極周圍的土壤電阻率，但最重要的是電極周圍土壤電阻率。

2.1 土壤中的電阻率與土壤中導電離子的濃度和土壤中的含水量有關

土壤電阻率ρ的大小，主要取決于土壤中導電離子的濃度和土壤中的含水量，土壤中所含導電離子濃度越高，土壤的導電性就越好，ρ就越小；反之就越大。土壤越濕，含水量越多，導電性能就越好，ρ就越??；反之就越大。這就是接地體的接地電阻隨土壤干濕變化的原因。

2.2 土壤中的電阻率與土質有關不同土質的土壤電阻率不同，甚至相差數千倍。

2.3 土壤中的電阻率與土壤的溫度有關溫度對土壤電阻率的影響也較大。一般是土壤電阻率隨溫度的升高而下降。

2.4 土壤中的電阻率與土壤的致密性有關土壤的致密對土壤電阻率也有一定的影響，為了減少接地電極的流散電阻，必須將接地體周圍的回填土夯實，使接地極與土壤緊密接觸，從而達到減小土壤電阻率的效果。

2.5 土壤中的電阻率與季節變化有關季節的變化也能引起土壤電阻率的變化。季節不同，土壤的含水量和溫度也就不同，影響土壤電阻率最明顯的因素就是降雨和冰凍。在雨季，由于雨水的滲入，地表層土壤的ρ降低，低于深層土壤；在冬季，由于土壤的冰凍作用，地表層土壤的ρ升高，高于深層土壤。

3 接地電阻測試儀的選擇

為滿足不同的接地系統，需要不同測試原理的測試儀器來測量。如以下原理的儀器。

3.1 采用內部供電和測試探頭的原理。此種儀器測量同時具有電阻分量和電感分量的接地系統，再采用纏繞物體上的作為地線接頭的情況下，如果物理條件允許，這是一個優先選用的方法。

3.2 用不帶輔助探頭的外部測試電壓的原理。該原理主要用于測試TT系統接地情況，在相端子與保護端子之間測試時，該接地電阻值比故障環路內其它部分的電阻高得多，優勢是不需要使用輔助測試探頭。

3.3 用外部測試電壓和輔助測試探頭的原理。該儀器的優勢是多TN系統給出精確的測試結果，其中相線與保護導體之間的故障環路電阻非常低。

3.4 用內部供電、兩個測試探頭和一個測試夾的原理。該儀器測量時機械斷開可能與測試電極并聯的任何接地電極。

3.5 用兩個測試夾鉗的物測試樁測試原理。此種儀器是測試復雜的接地系統或存在接地電阻較低的次接地系統的情況下，該測試原理在工作中可實現物接地樁測試。其優勢是不需要觸發測試探頭，也不需要分開被測電極。

4 檢測接地電阻的注意事項

4.1 應在非雨天和土壤未凍結時檢測接地電阻，嚴禁雷雨天氣檢測接地電阻 ，現場環境條件應符合保證正常檢測。

4.2 接地電阻測試儀應經過法定計量單位鑒定合格，并在有效使用期內使用。

4.3 接地電阻測試儀的接地引線和其它導線應避開高低供電線路；且應垂直電網，避免平行布置，當地網帶電檢測時，查明帶電原因后實施檢測，以提高檢測的準確性。

4.4 接地電阻檢測之前，首先要識別接地系統的類型，根據不同的接地類型，采用不同的測試方法和檢測儀器設備。

4.5 正確使用接地電阻測試儀，連接電壓輔助電極線和電流輔助電極線，按下開關，燈亮，說明電路導通；否者，需檢查連接線是否良好和接地棒周圍導電是否良好。

4.6電壓輔助電極和電流輔助電極與接地極之間的應保持一定的距離，且電壓輔助電極測試線和電流輔助電極測試線不要相互纏繞在一起，避免互相干擾。

5電力部門大地網接地電阻檢測注意事項

5.1測試線的選擇：在大地網的測試中，測試線的選擇非常關鍵。測試線越粗，測試時電流損耗越小，測量時接地電阻越接近實際值，一般選擇測試線要大于1.8mm2的BVR銅線。電流線的長度應為大地網對角線長度的3至5倍，電壓測量線為電流測量線的0.618倍。

5.2 測試時應避開高電壓，以減少強電流對測試精度的影響。

5.3 測試位置的選擇也非常關鍵，一般選擇大地網的中心部位，精度高，誤差也較小。檢測時電流線與電壓線擺動5°，比較接地電阻的值。

6 總結

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關鍵詞：接地裝置；接地電阻；電氣參數；綜合評價

前言

接地裝置是確保電氣設備在正常和事故情況下可靠和安全運行的主要保護之一，按照GB50150－2006《電氣設備交接及安裝規程》和DL/T596－1996《電力設備預防性試驗規程》以及中國南方電網公司Q/CSG 1 0007-2004《電力設備預防性試驗規程》的要求，對接地裝置有定期或必要時測量接地電阻的項目，對新投運或改造后的接地裝置還有測量地電位分布，必要時應進行接觸電壓和跨步電壓的檢測。國內外運行經驗表明，變電所接地電阻值低，并不能保證安全。為了解決以上所存在的問題，我局采用了變電站接地網綜合評估測試系統小電流(5A～10A)測試方法。它通過對接地網的主要電氣參數（接地電阻、地表電位分布、接地體導通測試、接觸電壓和跨步電壓、土壤電阻率）進行測量，最后對地網進行綜合的安全評價，是否存在故障及缺陷。

1、接地網綜合測試系統功能特點及測量原理

1.1、異頻法小電流測量接地電阻

在傳統的地網測試工作中，一般都需要注入很大的電流信號，才能夠保證在測試工程中將變電站工頻信號的干擾因素降低到最小，使得系統測試的電流和電壓值達到一個可靠和穩定的情況，從而保證現場測試數據的準確性和可靠性。然而在戶外條件下要將系統注入的信號提高，并不是容易做到的，隨著地網面積的增加和變電站電壓等級的增加，對于注入的測試信號的要求也相應的增加，因此在一些大的變電站要用傳統的方式實現對地網的測試，往往需要比較大的升流源以及相關的安全措施的保證，否則，這種方法測試出來的數值就與實際的情況有很大的偏差或者由于現場的安全問題引起一些不必要的問題。

異頻法小電流測量技術就是針對上面的幾點問題提出而生產的。它可以人為的改變設備注入地網的信號頻率，從而避開現場工頻信號對于測試信號的干擾，達到給地網注入小電流即可進行地網接地電阻測試的目的。這套技術的使用，使得在現場測試的安全和方便性方面有了很大的提高。

1.2、土壤電阻率測量技術

對土壤電阻率測試數據的分析卻可能是多樣的，在遇到有多種土壤電阻率的土壤時情況更是如此，多種土壤電阻率引起額外的復雜性是通?，F象，而在深度增加時土壤電阻率不變化也是很少有的現象土壤電阻率不僅隨土壤的類型變化，且隨溫度、濕度、含鹽量和土壤的緊密程度而變化。測量方法主要有：深度變化法（三點法）、等距法（四點法）。我們系統采用的是等距法，因為分析測試結果相對容易及準確，操作方法簡便。

四點法土壤電阻率測量――要對大體積未翻動過的土壤進行土壤電阻率的測量，最準確的方法是四點法：將小電極埋入被測土壤呈一字排列的四個小洞中埋入深度均為直線間隔均為測試電流流入外側兩電 而內側兩電極間的電位差可用電位差計或高阻電壓表測量即為用表示的電阻。

2.3、導通、接觸電壓、地表電位分布及跨步電壓測量技術

接地系統中的接地樁、柱的電流導通有效性是另一個測量要點。由于變電站的接地系統占地廣，涉及組件多，各種設備、線路均會發生對地耦合現象，因此，電流可能會沿不同途徑流入地極。應用小電流測試系統可精確測量電流流過各接地柱（樁）的比率和電流在接地系統中的分布狀況，并通過電流信號的相位變換測量得出接地系統阻抗和線路對地或不同部件之間耦合狀態及接地柱的導通能力的結論。

接地系統破損狀況的查尋----通過測量接地系統電壓分布曲線，從電壓曲線的階躍點可以準確查尋出破損點（或者腐蝕點），避免盲目開挖，節約很多的人力和物力。

電壓、電流分布情況測量----通過測量不同的點，可以描繪出電壓、電流曲線分布圖

接觸電壓--地的金屬結構和地面上相隔一定距離處一點間的電位差 此距離通常等于最大的水平伸臂距離約為1m

跨步電壓--地面一步距離的兩點間的電位差 此距離取最大電位梯度方向上的1m長度。

3、現場應用及測試結果故障分析

案例

我局修試所人員于2009年04月07日利用綜合地網測量系統并在中試所人員的配合下，對我局所管轄的110kV勐海變電站地網電阻進行了測試，取得了良好的測試效果，下面將具體的測試步驟以及詳細信息進行整理：

、變電站概況：

110kV勐海變電站位于西雙版納州勐?？h，于1999年投入運行，主變容量為31.5MVA，電壓等級為110/35/10kV。

測試環境

運行單位：110kV勐海變

試驗日期：2009.4.7天氣情況：晴相對濕度：50%

環境溫度：28℃ 土壤情況：相對干燥

電流線長度：L＝500m 電流注入點：#1主變接地引下線

接地電阻測試：

測點 電壓極距離S（m） 頻率f(Hz) 注入電流I（A） 測量電壓U（V） 測試值Zx（Ω） 換算后Zx（Ω） 變化率（Zx%）

1 400 54 6 5.59 0.930 0.952 ――

46 5.58 0.920

2 350 54 6 4.79 0.798 0.7955 19.67

46 4.76 0.793

3 300 54 6 4.50 0.750 0.749 6.21

46 4.48 0.749

4 250 54 6 3.72 0.607 0.605 23.80

46 3.70 0.603

土壤電阻率測試

通過測試接地電阻為0.749Ω，超出設計值小于0.5Ω。為了確定改造方案，用等距4點法對變電站周邊土壤電阻率進行測試。

測點一：變電站側面圍墻外側

a=5m, R=8.7Ω，ρ1=2 Ra=28.7 5=273.18；ρ=Ψρ1=1.3 273.18=355.134Ω•m；

a-電極距離 R-接地阻抗ρ1

測點二：變電站后面圍墻外側

a=5m, R=4.19Ω，ρ1=2 Ra=24.19 5=131.566；ρ=Ψρ1=1.3 131.566=171.04Ω•m；

以上數據經分析，變電站所處位置土壤電阻率分布不均勻,垂直大門方向土壤電阻率稍低, 為ρ=Ψρ1=1.3 131.566=171.04Ω•m；而平行于變電站大門側土壤電阻率比較高,達到ρ=Ψρ1=1.3 273.18=355.134Ω•m。

曲線1：接地電阻隨接地極深度增加而降低，可以通過深埋接地極降低接地電阻；

曲線2：深埋或淺埋均效果不佳；

曲線3：接地電阻不隨深度增加而降低，可以增加條帶型地極或地網降低接地電阻。

通過測試不同電極距離下的土壤電阻率；測試的數據與曲線①吻合，土壤電阻率隨著深度增加而降低，可以采用深埋接地極的方法降低接地電阻。

結論

本次測試以#1主變接地引下線為電流注入點，選擇等距相鄰兩點變化率最小處的電阻值為地網接地電阻實測值,以DL475-2006《接地裝置工頻特性參數的測量導則》為依據。對照測試數據，110kV勐海變主接地網接地阻抗值為0.749Ω。

本次測試值0.749Ω與變電站設計值(設計值小于0.5Ω)有差異，鑒于110kV勐海變于今年大修檢測期間已多次對主地網檢測及連通性測試，檢測結果與本次測試值差異不大，地網連通性測試數據無異常。且主地網開挖檢查并無腐蝕痕跡。為保障系統及變電站設備安全運行，提出改造方案對110kV勐海變主地網進行改造。

4、故障整改與消缺處理

案例

針對110kV勐海變電站地網電阻過大的問題，我們通過多次不同的現場測試，測試值也都與此次測試的0.749Ω (設計值小于0.5Ω)比較相近，但都屬于超標狀態，鑒于110kV勐海變于今年大修檢測期間已多次對主地網檢測及連通性測試，檢測結果與本次測試值差異不大，地網連通性測試數據無異常。且主地網開挖檢查并無腐蝕痕跡。參照DL/T621―1997《交流電氣裝置的接地》之6.1.3條的規定,綜合110kV勐海變周邊自然環境及人文環境，無法采用敷設引外接地極和敷設水下接地網的方法。因此，110kV勐海變可采用深井式、深鉆式接地極的方法降低主接地網工頻接地電阻值；同時考慮到110kV勐海變投運未達5年，主網接地電阻實測值為0.749Ω，與設計值0.5Ω的要求相差較遠，單一采用深井法降低主地網工頻接地電阻值工程量較大，成本較高，且難以達到預期效果。因此，考慮采用深井式、深鉆式接地極與填充電阻率較低的物質或降阻劑相結合的方法對變電站主地網進行綜合改造。

5、總結：

通過變電站地網綜合測試系統的應用，我們實現了對變電站接地網的小信號測試，并且取得了比較明顯的效果。實踐證明，該系統能夠很好地實現地網的接地電阻、土壤電阻率、地表電位分布、接觸電壓、跨步電壓、地網接地引下線的導通性進行有效地測量，實現對大型地網的綜合評估。在綜合系統的長期使用中，使工作人員對該系統及其測量方法有了更加全面的認識和了解。同時,通過傳統的測試方法及現場使用,表明此測量系統功能正常，使用狀況良好。利用綜合測試系統能夠非常方便、迅速而又準確地測量出大型地網的各項參數,為全面地評估地網的運行狀況提供有效的技術依據。在往后的工作中，我們還將更好的使用該測試方法，使得能夠真正的服務于電網生產事業。

參考文獻

［1］何金良. 現代電力系統接地技術［R］. 清華大學電極工程與應用電子系技術報告, 2002.6

［2］中華人民共和國電力行業標準: 電氣試驗設備交接標準(GB50150－2006)［S］.

篇8

[關鍵詞]接觸網；降低接地電阻；耐雷水平

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）09-0360-02

引言

目前接觸網接地系統多采用集中接地方式，接地點數量較少，接地電阻較大是接觸網耐雷水平偏低，致使支柱遭雷擊燒傷及絕緣子擊破的主要原因。當接觸網的支柱形式、尺寸與絕緣子形式和數量確定后，影響接觸網反擊防雷水平的主要因素則是集中接地電阻的阻值，降低接地電阻可以有效提高避雷器及避雷線等防雷設備的耐雷水平。

一、雷電反擊

雷擊支柱頂作用于接觸網雷電反擊過電壓，不僅有雷電流通過支柱并在支柱頂產生電位，同時空氣中迅速變化的電磁場還在導線上感應電壓。雷擊桿塔時，雷電流經桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。雷擊桿塔時桿頂電位迅速提高，其電位值為

Ut=iRd+L×di/dt

式中i―――雷電流；

Rd―――沖擊接地電阻；

L×di/dt―――暫態分量。

當桿頂電位Ut與導線上的感應電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發生由桿頂至導線的閃絡。即Ut-U1>U50，如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響，則為Ut-U1+Um>U50。因此，線路的耐雷水平與3個重要因素有關，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強度和桿體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50%放電電壓是一定的，雷電流強度與地理位置和大氣條件相關。雷電反擊情況較為復雜，主要看支柱接地狀況，支柱接地狀況好則對設備絕緣的危害小。

二、防止雷電反擊的技術措施

1、采用氧化鋅避雷器降低其接地電阻

氧化鋅避雷器就是一種過電壓保護設備，用來保護接觸網或變電所等供電設備，免遭雷電產生的大氣過電壓和操作過電壓對設備的危害。避雷器與被保護設備并聯且位于電源側，其放電電壓低于被保護設備的絕緣電壓；沿線路侵入的過電壓將首先使避雷器擊穿并對地放電，從而保護其后面設備的絕緣，避免了變電所內斷路器跳閘。當過電壓對地瞬間放電后，避雷器迅速恢復對地的絕緣。避雷器接地電阻應足夠小，一般不超過10？，否則，避雷器動作時接地電阻上的電壓降與避雷器的殘壓B加，將導致避雷器保護水平下降，使得避雷器保護作用失效，可能造成接觸網絕緣擊穿并造成永久性接地。

2、降低架空地線接地電阻

防止雷電反擊的主要技術措施是降低接觸網支柱的接地電阻，但對每個支柱做接地極顯然不現實，為此將接觸網鋼柱安裝結構中的架空地線兼作架空避雷線，通過將架空地線與接地極良好的聯通，如果雷電來時，接觸網在避雷線的保護區內，雷電直接通過避雷線至接地極再回到大地，形成對地放電回路，相當于降低了接觸網支柱的接地電阻，可以有效地防止雷電反擊對接觸網的侵害。若接地極接地電阻因外界變化增大、大于10Ω時，強大的雷電電流則會對鋼柱進行較大的放電，將對支柱上絕緣子、支柱及基礎本身造成極大損害。

三、接地電阻仿真結果分析

1、雷擊支柱時，耐雷水平隨接地電阻的變化如表1所示。

由表1可以看出，接觸網耐雷水平隨接地電阻的增加而下降，即在土壤電阻率高的區域，接觸網耐雷水平低；在接地電阻為30Ω、土壤電阻率大于900Ω？m時，接觸網耐雷水平比在10Ω時下降了84%，因此在土壤電阻率高的區域，應當加強雷電防護。

四、土壤電阻率

土壤電阻率是決定接地電阻的主要因素，由于土壤類型及土壤中含水量的不同等，土壤電阻率的變化范圍很大，表2給出了各種土壤和水的電阻率的參考值。由于實際情況的復雜性，同一種土壤在不同的地點會有不同的電阻率，所以土壤電阻率的確定主要靠實測。

五、降低接地電阻措施

1、采用YF系列低電阻接地模塊：低電阻接地模塊是一種以導電非金屬材料為主的接地體，它由導電性、穩定性好的非金屬材料、電解質、吸濕劑和防腐金屬電極組成。通常的地網建設多以金屬導體，如角鋼、圓鋼、鋼管、銅棒、銅網等為主，其缺點是用材多、耗資大、施工復雜、壽命短、穩定性差，在高電阻率土壤區使用很難達到預期效果。而這種低電阻接地模塊則用料少、耗資少、施工大大簡化，而且壽命長、穩定性好，特別適合于高電阻率土壤地區使用，如接地點周圍為砂石或巖地層，可用它來解決接地工程施工中的難題。

2、使用接地降阻劑：降阻劑是具有良好導電性能的非金屬復合材料，電阻率R=0.45，降阻率在60―90%之間（土壤電阻率高，降阻越明顯），它能有效的降低接地裝置接觸電阻，并能延緩活性氯離子對金屬接地極腐蝕（PH值為8）理論有效期達30年以上。

3、特殊區段增加避雷器：（1）土壤電阻率高且降低接地電阻困難的區段在相應的支柱上安裝避雷器。（2）在雷電活動強烈、落雷概率比較大的地勢較高區段相應接觸網支柱上增加避雷器。其沖擊放電電壓必須低于接觸網絕緣或電力機車保護電器的沖擊放電電壓，才可防止避雷器保護范圍內的接觸網絕緣閃絡或電力機車車頂保護電器動作。

六、結論

防雷設備的接地裝置是用來向大地引泄雷電流的，降低其接地電阻可以提高耐雷水平。應每年進行一次接地電阻測試，要求阻值不大于10Ω；設備耐雷水平的提高能夠對旅客人身安全、設備安全使用等起到極其重要的作用。

參考文獻

[1] 劉繼.電氣裝置的過電壓保護[M].北京：電力工業出版社，1992.

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接地的實質是控制變電所發生接地短路時，故障點地電位的升高，因為接地主要是為了設備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量地網合格的一個重要參數。接地電阻，《電力設備接地設計技術規程》中對接地電阻值有具體的規定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區，當接地裝置要求做到規定的接地電阻在技術經濟上極不合理時，大接地短路電流系統接地電阻允許達到5Ω，但應采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗算接觸電勢，跨步電壓等。根據規程規定，主要是以發生接地故障時，接地電位的升高不超過2000V進行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進行要求。因地層土壤特性在各層具有不同的特性，電阻率可能沿不同路徑變化。當計算時選取的土壤電阻率合適，計算結果才能反映接地網的情況。我國是用四管法測量，取10米內的土壤電阻率的平均值。實際工作中對土壤電阻率的測量不夠重視，往往是現場觀察一下，直接從規程中選取一個參考值進行設計工作，有時進行測量也是測取場地平整前的表層土壤電阻率，不能反映該地區的實際情況。這個工作是接地裝置的前期工作，必須充分注意做好。

2接地網設計問題

接地網作為變電所交直流設備接地及防雷保護接地，對系統的安全運行起著重要的作用。由于接地網作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測量結果。隨著電力系統電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴大問題屢有發生。因此，接地問題越來越受到重視。變電所地網因其在安全中的重要地位，一次性建設、維護困難等特點在受到重視。其問題可以歸納為以下幾點：一、土壤電阻率的測量工程土壤電阻率的測量是工程接地設計重要的第一手資料，由于受到測量設備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測量往往不夠準確。我省地處青藏高原東部，地質結構復雜，變電所占地雖然不大，但多為不均勻地質結構。現在的實測，往往只取3～4個測點，過于簡單。二、長孔地網均壓線與主網連接薄弱，均壓線距離較長，發生接地故障時，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設備損壞。當某一條均壓線斷開時，均壓帶的分流作用明顯降低，而方孔地網的均壓帶縱橫交錯，當某條均壓線斷開時，對地網的分流效果影響不大。三、關于變電站內一次線對二次線的影響問題隨著系統容量的增大及系統短路水平的提高，變電站內一次線對二次線的影響問題越來越突出。系統發生接地短路時，強大的人地電流經地網向地中流散，在接地網上將產生強大的電位升，使接地網上的二次設備和二次電纜呈現很高的電位，很可能造成二次電纜或二次絕緣的擊穿或燒毀，這就是反擊事故；人地電流可能經電纜的外皮向地中擴散，纜皮溫度升高使其絕緣加速老化甚至燃燒，這兩種情54•況均能引起高電位引入主控制室，使控制保護設備誤動作。同時人地短路電流在地網中流散時，會在電纜芯線上產生較高的感應電壓，嚴重影響到二次電纜的正常工作。四、國外接地裝置都使用銅材，而且截面積較大。例如某電廠主變壓器區域（比利時設備），在主變壓器周圍是TJ-150裸銅絞線；跨越主變壓器基礎，埋在混凝土中的是TJ-185裸銅絞線。我們設計的升壓站等，全廠接地裝置是鋼材。這就有一個鋼材被腐蝕而截面積被減少的問題。有兩個問題需要討論：一是接地裝置的服務年限；二是腐蝕速度，以及采取的相應防腐措施。從廣東省中試所“接地網腐蝕調查情況”看，運行10年及以上的130個35～220千伏變電所的接地裝置的挖土檢查，有61個接地網有不同程度的腐蝕，占46.92??.腐蝕速度為0.1～0.4?M年。在同一個變電所接地網內，園鋼腐蝕的較扁鋼快3～4倍。接地網的服務年限如何確定，眾說不一。

我們考慮，在設計變電所、發電廠升壓站時，是根據5～10年電力系統發展規劃進行設計的。10年以后，電力系統發展的大了，主要設備技術性能不能滿足要求了，就進行更新換代。接地網設計也按同一原則設計是比較合理的。五、在發生接地故障時，地面上可能出現很高的電位梯度，會給運行人員和設備帶來危險；在土壤電阻率很高的情況下，要使接地電阻滿足<0．5n的規定非常困難，即使滿足此規定，也不可能排除危險，但是只要設計合理，也完全能夠達到安全的目的。要考慮電位梯度帶來的危險，就不可避免地要對地網上土壤表層的電位分布進行計算，以往對于等間距布置均壓導體的矩形地網，均采用簡化的計算公式或者經驗公式來計算次邊角網孔的網孔電壓。但要計算地網上土壤表面任何一點的電位，特別是對于復雜形狀的地網，這些公式還不太完善。

3關于電力系統接地網設計的幾點建議

目前國內的一些研究機關、大專院校從國外引進一些有關接地網計算的程序，其中的土壤電阻率的計算也是采取這種方法。接地線的熱穩定截面積計算中，短路電流持續時間的取值。單相短路電流持續時間的取值，直接關系到最大接觸電壓、跨步電壓的允許值，關系到接地線截面積的選擇。這個時間的取值方法各異：電力設備接地設計技術規程規定，短路的等效持續時間按主保護動作時間確定，這是考慮到主保護失靈而又遇到系統最大運行方式和最不利的短路點我們位置等各種最不利情況同時出現的概率不高而確定的；另一種意見是計入主保護失靈，加上后備保護動作時間，重合閘斷電時間。通常在計算中取1秒。我們考慮，應按實際網絡情況，取主保護動作時間加后備動作時間及斷路器分閘時間，再為繼電保護裝置及斷路器動作的可靠性留出一定的裕度。另外，主變壓器中性點接地線被燒斷的事故，這個問題引起我們的充分重視。中性點接地引下線被燒斷的原因，主要是選擇導線截面時考慮到中性點處的特點不足，不能滿足熱穩定的要求。在主變壓器中性點處，由于單相短路電流的高度集中及繼電保護動作時限的差異，往往造成主變壓器中性點處的接地引下線穩定截面不夠而被燒斷。我們認為，在選擇主變壓器中性點接地引下線時，校驗接地引下線用的短路等效持續時間取2秒；主變壓器中性點接地引下線不應利用鋼支架、電纜穿管的鋼體等作接地線用（即暗接地引下線），而應敷設獨立的明接地引下線；主變壓區域的接地網應相應加強。值得一提的是，架空地線系統的影響對于有效接地系統110kV以上變電所，線路架空地線都直接與變電站內出線架構相連。當發生接地短路時，很大一部分短路電流經架空地線系統分流，因此，在計算時，應考慮該部分分流作用，發生接地故障時，總的短路電流是一定的，只要增大架空地線的分流電流，就可減小入地短路電流，因此，降低架空地線的阻抗也是安全接地設計重要的一個分支。架空地線采用良導體，正確利用架空地線系統分流，將使地網的設計條件更為有利。

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關鍵詞：高速公路 防雷裝置檢測 誤區

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0035-02

Analysis of Common Errors in the Detection of Lightning Protection Devices for Expressway Mechanical and Electrical Facilities

Li Peng

（Henan Provincial Lightning Protection Center，Zhengzhou He'nan，450003，China）

Abstract：With the continuous expansion of the scale of highway construction， the increasing use of precision instruments， the impact of lightning on the highway facilities.Through the research， the re

雷是發生于大氣中的一種瞬時高電壓、大電流、強電磁輻射的災害性天氣現象。雷電災害有兩類：一類為直接雷擊災害；另一類為感應雷擊災害。前者會直接擊死、擊傷人畜、擊壞輸電線、建筑物，甚至引發火災；后者悄悄發生，不易察覺，主要以電磁感應和過電壓波的形式對微電子設備構成危害。兩種形式的雷擊盡管表現形式不同，但對人們生命財產均構成嚴重威脅[1]。

隨著防雷裝置使用年限的累積，加之防雷裝置多為露天裝設、易受雨雪侵蝕銹蝕，導致性能下降甚至失效，因此對高速公路機電設施定期進行性能檢測，對于科學掌握防雷裝置性能狀態，針對性進行科學維護，保障高速公路機電設施雷電安全具有重要意義。在實際操作過程中，由于高速公路點多線長，機電設施裝設環境復雜，加之供電、通訊系統種類多，對防雷裝置性能需求不統一，對機電設施防雷裝置現場檢測工作在儀器使用、測試部位選取和測試結論記錄等方面存在較多誤區。通過對這些誤區的分析和應對，可以使檢測工作做到更加科學、有效，更加真實的反映高速公路機電設施防雷裝置的性能狀態，以及更針對性地提出維護保養以及整改的建議。

1 檢測儀器使用的誤區分析

目前，對高速公路機電設施防雷裝置檢測使用的儀器主要包括工頻接地電阻測試儀[2]、毫歐表、壓敏電壓測試儀、電磁屏蔽測試儀、等電位測試儀、土壤電阻率測試儀[2]、靜電電壓表、萬用表。其中，工頻接地電阻測試儀、土壤電阻率測試儀和等電位測試儀在使用過程中容易產生誤區。

1.1 工頻接地電阻測試儀使用誤區

接地極位置選擇錯誤。在高速公路收費區檢測過程中，工頻接地電阻測試儀接地極安放位置附近有供配電設備、地下埋有大尺寸金屬物或與被測設備接地位置重合。此類誤區導致測試儀表測試結論顯示值波動、測試值較實際值偏小。

測試延長線選擇錯誤。由于高速公路機電設施往往沿高速公路路線敷設，在檢測過程中需要使用延長測試線的方法，避免反復移動測試儀表，造成測試值失準。但在選擇延長線的過程中，檢測人員往往不注意測試儀表對線徑、線材和線阻的要求，盲目選擇粗、長、硬的線材來做測試延長線，導致測試結果失準。

1.2 土壤電阻率測試儀使用誤區

常用的土壤電阻率測試儀采用四極法測量土壤電阻率：選取四個接地電極按直線排列，則根據極間距離及測試儀讀數即可直接求得土壤電阻率[3]。由于高速公路機電設施敷設多為周邊空曠且露天的環境，受雷電直接侵襲和雷擊電磁脈沖侵襲概率較大，因此，利用土壤電阻率計算防雷裝置散流效率尤為重要。

但在土壤電阻率測試儀使用過程中，受限于測試環境，接地極在沿高速公路線路敷設時，往往與地下大尺寸金屬物、管線平行布置，此類誤區導致測試儀表測試值較實際值偏小。

1.3 等電位測試儀使用誤區

由于受環境限制，在缺少土地供工頻接地電阻測試儀測量時，也使用等電位測試儀測試接地電阻。在高速公路機電設施防雷裝置檢測過程中，往往在收費區測試車道設備、相關機房設備時使用等電位測試儀。等電位測試儀的使用誤區主要集中在測試基準點的選取方面，往往在不察覺的情況下利用帶弱電性的設備外殼作為測試基準點，造成測試儀表測試結論顯示值波動。

2 測試部位選取的誤區分析

2.1 防直擊雷裝置測試部位選擇誤區

高速公路機電設施防直擊雷裝置裝設位置主要包括高桿燈、廣場攝像、自動氣象站等，這些設施在裝設防直擊雷裝置時要求各有不同，如自動氣象站要求設置獨立的引下線和接地裝置，不得利用金屬支撐桿做引下裝置等。但在檢測過程中，由于對相關標準不熟悉，檢測人員在檢測過程中容易錯誤選擇測試部位。

2.2 土壤電阻率測試部位選擇誤區

高速公路機電設施的接地裝置安裝位置大多是回填區域，由于高速公路的環境特性，周邊農田或林地較多，測試過程中，測試人員在未掌握接地裝置是否安裝在回填區域的情況下，容易盲目選擇土壤電阻率低的農田或林地進行測試，反而無法測得真實數據。

2.3 等電位測試部位選擇誤區

在對高速公路機電設施進行等電位測試時，測試基準點選擇誤區已做介紹，此外還存在的誤區包括，測試目的不同導致選擇測試部位錯誤，例如，需要測試接地電阻的設備或需要單獨接地的設備（消防控制設備等），無法進行等電位測試的情況。

3 測試結論記錄使用的誤區

高速公路機電設施防雷裝置檢測需要在一定的環境、氣象條件下進行，如周圍無大型電磁設備、無雨、非凍土等。不同的環境、氣象條件測得的數據，均需要進行修約比較和加權處理后才能客觀、科學地顯示真實數值，如未進行相關數據處理而直接使用測試值作為結論，往往導致結論失準。

4 結語

防雷裝置檢測工作是一項技術性、規范性較強的工作，知識技術涉及面廣，工作程序要求嚴謹，測試結論和建議應慎重。從技術方法上講，無論是國際俗?、辜覙藴蔬€是行業標準都有明確規定。因此，開展防雷裝置檢測工作時，尤其要結合項目特性，制定科學、全面的檢測方案，查閱有關設施設備的防雷標準和要求，切勿由于主觀失誤造成結論謬誤。

參考文獻

[1] 金磊.城市災害學原理[M].北京：氣象出版社.

[2] 上海市防雷中心，安徽省防震中心，浙江省防震中心，等.GB/T 21431-2015，建筑物防雷裝置檢測技術規范[S].北京：中國標準出版社.2015.