接地網(wǎng)評估技術(shù)規(guī)范

1、變電所接地裝置安全性評估 技術(shù)規(guī)范變電所接地裝置安全性評估技 術(shù) 規(guī) 范2013年1月 目 錄 一、概況2二、評估工作流程及依據(jù)3三、具體評估內(nèi)容4四、接地系統(tǒng)的安全限值51、入地故障電流52、接地電阻限值63、接觸電壓和跨步電壓限值7五、接地電阻精確測量方法7六、跨步電壓和接觸電壓的測量9七、場區(qū)地表電位梯度測試10八、獨(dú)立避雷針接地電阻測試12九、土壤電阻率測量及土壤模型分析（可選）12十、接地網(wǎng)腐蝕評估方法151、接地網(wǎng)導(dǎo)體連通性測試152、接地網(wǎng)開挖檢查17十一、接地系統(tǒng)的安全性綜合評估17十二、測試步驟17一、 概況變電站的接地網(wǎng)是維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、保障運(yùn)行人員安全的重要措施

2、。一方面通過降低接地電阻，減小地電位升來確保設(shè)備安全，另一方面，通過均衡地表電位，減小接觸電壓和跨步電壓來確保人身安全。因此，如何對投入運(yùn)行的變電站接地網(wǎng)開展?fàn)顟B(tài)評估具有非常重要的意義，是確保接地網(wǎng)具有良好狀態(tài)，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。變電站接地系統(tǒng)狀態(tài)評估包括三方面的內(nèi)容。一是變電站接地電阻、接觸電壓、跨步電壓、電位梯度的測量；二是接地系統(tǒng)腐蝕及斷點(diǎn)的診斷；三是接地系統(tǒng)安全性的評估。二、 評估工作流程及依據(jù)根據(jù)電業(yè)局要求，在現(xiàn)場實(shí)際測試的基礎(chǔ)上結(jié)合開挖檢查，對變電所接地裝置進(jìn)行全面試驗(yàn)和評估。變電所接地裝置的試驗(yàn)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和資料如下：（1）DL/T621-1997交流電氣裝置的接地（

3、2）DL475-2006接地裝置的工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則（3）DL/T596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（4）GB50169-92電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范（5）變電所最大入地短路電流數(shù)據(jù)流程如下圖所示： 三、 具體評估內(nèi)容變電所接地裝置安全性評估內(nèi)容如下： 1. 接地裝置特性參數(shù)試驗(yàn)：測量接地電阻，接觸電壓、跨步電壓、電位梯度分布；測量獨(dú)立避雷針接地電阻；2. 確定入地故障電流，計(jì)算接地系統(tǒng)的安全限值，包括接地電阻、接觸電壓和跨步電壓； 3. 測量接地系統(tǒng)的連通性及診斷接地網(wǎng)的腐蝕情況，判斷接地網(wǎng)的腐蝕狀況；4. 根據(jù)測量結(jié)果，采用數(shù)值計(jì)算方法分析接地系統(tǒng)的安全性。四、 接地

4、系統(tǒng)的安全限值接地系統(tǒng)的安全指標(biāo)包括接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。1、入地故障電流入地故障電流是分析接地系統(tǒng)安全指標(biāo)的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，只有一部分短路電流經(jīng)接地網(wǎng)流入大地，其余部分經(jīng)變壓器中性點(diǎn)、于地網(wǎng)相連的架空地線、電力電纜的屏蔽層流回系統(tǒng)。入地故障電流為：I = （Imax - In）(1 - Kel)，式中I為接地短路電流，即通過接地網(wǎng)進(jìn)行散流的電流。 Imax為接地短路時(shí)的最大接地短路電流，上述公式僅適用于有效接地系統(tǒng)，該值可向運(yùn)行部門或繼電保護(hù)部門索取。 In 為發(fā)生最大接地短路時(shí)，流往變電所主變壓器中性點(diǎn)的短路電流。當(dāng)所內(nèi)主變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)，In = 0，此是上述可簡化

5、為 I = Imax（1 - Kel）；當(dāng)變壓器只有1個(gè)中性點(diǎn)，發(fā)生所內(nèi)接地時(shí)， In =30%Imax，有2個(gè)中性點(diǎn)時(shí)，In約等于50% Imax，實(shí)際值應(yīng)以繼電保護(hù)部門計(jì)算和實(shí)測為準(zhǔn)。 Kel為短路時(shí)，與變電所接地網(wǎng)相連的所有避雷線的分流系數(shù)，據(jù)專家分析，Kel應(yīng)由避雷線的出線回路數(shù)確定，出線為1路時(shí)，取0.15，2路時(shí)取0.28，3路時(shí)取0.38，4路時(shí)取0.47，5路以上時(shí)取0.50.58，且應(yīng)根據(jù)出線所跨走廊的分流效果做出相應(yīng)的增減。   取值時(shí)，要考慮10年以上的發(fā)展規(guī)劃，需乘以1.21.5的發(fā)展系數(shù)。 2、接地電阻限值我國電力行業(yè)接地規(guī)程DL/T621-1997交流電氣

6、裝置的接地中既規(guī)定了對接地電阻的要求，也規(guī)定了對接觸電壓和跨步電壓的要求。DL/T621-1997 規(guī)定“有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電站的接地裝置的接地電阻R 一般情況下應(yīng)滿足R 2000/I”，即允許地電位升不大于2000V，這里I 為最大入地短路電流。當(dāng)接地裝置的接地電阻不符合R 2000/I 時(shí)，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來增大接地電阻，但接地電阻值不得大于5，且要滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。為了確保電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)的安全，當(dāng)入地故障電流較大時(shí)，一般很難滿足IR2000 的要求，如果按滿足接觸電壓和跨步電壓的要求來校核，則接地電位升有時(shí)會升得很高，可能導(dǎo)致二次系統(tǒng)的破壞。因此仍應(yīng)規(guī)定

7、一個(gè)地電位升的限值，以確保二次系統(tǒng)的安全。目前，一般將地電位升的允許值提高到IR5kV，但要求二次電纜的屏蔽層雙端接地，另外在變電站電纜溝里應(yīng)與二次電纜平行敷設(shè)一根銅接地導(dǎo)體，銅接地導(dǎo)體兩端接地，二次電纜兩端與銅導(dǎo)體相連，以防止過大的電流流過二次電纜的屏蔽層而燒毀二次電纜。3、接觸電壓和跨步電壓限值結(jié)合IEEE 標(biāo)準(zhǔn)和我國的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，110kV及以上有效接地系統(tǒng)和635kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，發(fā)變電站接地裝置的接觸電壓UT和跨步電壓US允許值不應(yīng)超過其中，Cs為表層衰減因數(shù)，地表無高阻層時(shí)，Cs值取1；rs為地表鋪設(shè)層的電阻率；hs為地表鋪設(shè)層的厚度；p 為地表鋪設(shè)

8、層下面的電阻率。這兩個(gè)計(jì)算公式對應(yīng)于體重為50kg的人體。五、 接地電阻精確測量方法 實(shí)測變電所主接地網(wǎng)接地電阻。測量采用異頻法。原理接線如圖 慮到變電所已經(jīng)運(yùn)行，采用異頻法消除工頻干擾電壓的影響，并調(diào)節(jié)測試電流在5A以上，輸出電流頻率為45Hz55Hz。變電所接地網(wǎng)最大對角線長度為D。沿適當(dāng)方向拉線，電流極C距離地網(wǎng)（4-5）D，電壓極P與電流極呈30-45度方向，從距離接地網(wǎng)邊緣，電流極長度的40%開始，每隔5%測試一個(gè)點(diǎn)，一直到距離電流極長度75%左右，測量電壓極P與接地裝置G之間的電壓。地網(wǎng)測量點(diǎn)、電流極、電壓極三點(diǎn)成一30-45度角的邊線上。電壓極打2-4根左右地樁，電流極打8-15

9、根左右地樁，每根地樁打入地下約1m。各根地樁之間距離2m左右。電流極引線采用4mm2 多股軟銅線，電壓極采用2.5mm2多股軟銅線。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，每測試一次P與G之間的電位差U,繪出U與x的變化曲線，曲線平坦處即為電位零點(diǎn)，與曲線起點(diǎn)間的電位差即為在試驗(yàn)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為: Z=Um/I如果電位測試線與電流線呈角度放設(shè)確實(shí)困難，可與之同路徑放設(shè)，但要保持盡量遠(yuǎn)的距離。六、 跨步電壓和接觸電壓的測量實(shí)測跨步電壓、接觸電壓。原理接線如圖。圖2 跨步電壓、接觸電壓測量 我們采用異頻法測量接觸電壓和跨步電壓。頻率選用45Hz。

10、dGC為電流極離接地網(wǎng)的距離。在變電所中工作人員常出現(xiàn)的電力設(shè)備或構(gòu)架附近測量接觸電壓（主變、主變開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、旁路開關(guān)、接地閘刀等）；在接地裝置的邊緣測量跨步電壓（大門口、線路避雷器附近、接地網(wǎng)四周區(qū)域、主控樓附近區(qū)域、就地繼保室附近區(qū)域、配電裝置樓附近區(qū)域、斷路器附近區(qū)域、所內(nèi)道路及人員經(jīng)常走動區(qū)域）。接觸電壓是當(dāng)接地短路電流流過接地裝置時(shí)，在地面上離電力設(shè)備的水平距離為1m處，沿設(shè)備外殼、構(gòu)架或墻壁離地的垂直距離為1.8m 處的兩點(diǎn)之間的電位差。跨步電壓是指當(dāng)接地短路電流流過接地裝置時(shí)，在地面上水平距離為1m的兩點(diǎn)之間的電位差。在測量接觸電壓時(shí)，測試電流從構(gòu)架或電氣設(shè)備外殼離地面高度2

11、m處注入接地裝置；在測量跨步電壓時(shí)，測試電流從主變接地處注入。圖中，模擬人的兩腳的金屬板用0.125m×0.25m的長方板。為了使金屬板與地面接觸良好，把地面平整，撒一點(diǎn)水，并在每一塊金屬板上放置15kg重的物體。Rm為模擬人體的電阻，約1.5k。電壓表V1和V2的測量值分別為與通過接地裝置的測試電流對應(yīng)的接觸電壓值和跨步電壓值。變電所內(nèi)的接觸電壓和跨步電壓與通過接地裝置流入土壤中的電流值成正比。當(dāng)通過接地裝置入地的最大短路電流值為Imax時(shí)，對應(yīng)的接觸電壓和跨步電壓的最大值分別為：Ujmax= UjImax/IUkmax= UkImax /I式中I、Uj和Uk 測量時(shí)通過接地裝置的

12、測試電流以及對應(yīng)的接觸電壓和跨步電壓的實(shí)測值。七、 場區(qū)地表電位梯度測試場區(qū)地表電位梯度是一個(gè)重要的表征接地裝置狀況的參數(shù)，大型接地裝置的狀況評估和驗(yàn)收試驗(yàn)應(yīng)測試接地裝置所在場區(qū)的電位梯度分布曲線，中小型接地裝置則應(yīng)視具體情況盡量測試，某些重點(diǎn)關(guān)注的部分也可測試。接地裝置按有關(guān)要求施加試驗(yàn)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。曲線根據(jù)設(shè)備數(shù)量、重要性等因素布置，一般情況下曲線的間距不大于30m。在曲線路徑上中部選擇一條與主網(wǎng)連接良好的設(shè)備接地引下線為參考點(diǎn)，從曲線的起點(diǎn)，等間距(間距d通常為lm或2m)測試地表與參考點(diǎn)之間的電位梯度U，直至終點(diǎn)，測試示意圖見下圖，繪制各條

13、U-x曲線，即場區(qū)地表電位梯度分布曲線。當(dāng)間距 d 為lm時(shí)，場區(qū)地表電位梯度曲線上相鄰兩點(diǎn)之間的電位差U手按下式折算，得到實(shí)際系統(tǒng)故障時(shí)的單位場區(qū)地表電位梯度UT。式 中 :Im 注入地網(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。電位極P可采用鐵釬，如果場區(qū)是水泥路面，可采用包裹濕抹布的直徑20cm的金屬圓盤，并壓上重物。測試結(jié)果的判定：狀況良好的接地裝置的電位梯度分布曲線表現(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裝置狀況不良。當(dāng)該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(shí)，折算后得到的單位場區(qū)地表電位梯度通常在20V以下，一

14、般不宜超過60V，如果接近或超過80V則應(yīng)盡快查明原因予以處理解決。八、 獨(dú)立避雷針接地電阻測試實(shí)測方法和主網(wǎng)的測試方法基本相同。但需考慮主接地網(wǎng)對它的的影響。由于獨(dú)立避雷針接地裝置面積較小，可用ZC29B接地電阻測試儀測量。九、 接地網(wǎng)腐蝕評估方法1、 接地網(wǎng)導(dǎo)體連通性測試檢查所有設(shè)備接地引下線截面尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。檢查有二次回路的設(shè)備接地引下線根數(shù)是否符合反措的要求。驗(yàn)算設(shè)備接地引下線截面積的熱穩(wěn)定能否滿足。設(shè)備接地引下線的導(dǎo)通性除逐根檢查其連接位置及焊接質(zhì)量外，采用毫歐表，逐根進(jìn)行導(dǎo)通測試。測試原理如圖5所示。被測環(huán)路中可能具有焊接不良、生銹、接觸不良等接頭，這類接頭上具有的這些故障

15、就是他們可以充當(dāng)原電池，其電阻取決于測試電壓極性。這就是規(guī)程要求測試儀表支持測試電壓反方向的原因，由于具有兩種測試電壓極性，因此可以獲得兩種結(jié)果如下：測試結(jié)果（+）=U/I=RX（+） 開關(guān)在接通線路位置（實(shí)線位置）測試結(jié)果（-）=U/I=RX（-） 開關(guān)在中斷線路位置（虛線位置）其中：U由電壓表在未知電阻RX上測得的電壓降。I 由電流表測得的測試電流。測試結(jié)果應(yīng)符合以下條件：RPEU/IRPE 所測的接地體電阻。首先選定一個(gè)很可能與主地網(wǎng)連接良好的設(shè)備的接地引下線為參考點(diǎn)，再測試周圍電氣設(shè)備接地部分與參考點(diǎn)之間的直流電阻。如果開始即有很多設(shè)備測試結(jié)果不良，宜考慮更換參考點(diǎn)。測試結(jié)果的判斷和處

16、理：a) 狀況良好的設(shè)備測試值應(yīng)在50m以下；b) 50m-200m的設(shè)備狀況尚可，宜在以后例行測試中重點(diǎn)關(guān)注其變化，重要的設(shè)備宜在適當(dāng)時(shí)候檢查處理；c) 2 0 0m - 1 的設(shè)備狀況不佳，對重要的設(shè)備應(yīng)盡快檢查處理，其他設(shè)備宜在適當(dāng)時(shí)候檢查處理；d) 1以上的設(shè)備與主地網(wǎng)未連接，應(yīng)盡快檢查處理；e) 獨(dú)立避雷針的測試值應(yīng)在500m以上；f) 測試中相對值明顯高于其他設(shè)備，而絕對值又不大的，按狀況尚可對待。2、 接地網(wǎng)開挖檢查對需要開挖檢查的變電所，接地體的腐蝕程度不同開挖的點(diǎn)數(shù)不同。一般選取6-8個(gè)點(diǎn)作開挖檢查，其中4點(diǎn)檢查引下線與主接地網(wǎng)連接的情況，2-4點(diǎn)檢查主接地網(wǎng)直線連接和交叉連

17、接的情況。對開挖點(diǎn)采用游標(biāo)卡尺測量接地體數(shù)據(jù)規(guī)格，并進(jìn)行拍照。十、 接地系統(tǒng)的安全性綜合評估通過對各接地裝置各項(xiàng)特性參數(shù)的測量，依據(jù)判斷規(guī)則，綜合評估變電站接地裝置的安全性。十一、 測試步驟（1）現(xiàn)場總負(fù)責(zé)人開具工作票。（2）現(xiàn)場總負(fù)責(zé)人通知試驗(yàn)負(fù)責(zé)人，工作票已開出，主接地網(wǎng)接地電阻測量工作已經(jīng)許可。（3）試驗(yàn)負(fù)責(zé)人通知有關(guān)人員按照試驗(yàn)方案中的接線，把電流電壓測量引線放到電流極位置和電壓極位置。引線可靠連接，并用絕緣膠布包裹與大地絕緣，放在干燥地方。（4）電流極和電壓極派專人看守。（5）試驗(yàn)人員按試驗(yàn)要求連接所有接線，檢查和記錄測量表計(jì)型號、倍率、頻率，經(jīng)試驗(yàn)負(fù)責(zé)人復(fù)核均正確無誤后方可進(jìn)行試驗(yàn)

18、。（6）各工作點(diǎn)測試準(zhǔn)備工作完成后，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人向現(xiàn)場總負(fù)責(zé)人報(bào)告試驗(yàn)工作準(zhǔn)備完畢。（7）由現(xiàn)場總負(fù)責(zé)人發(fā)令指示試驗(yàn)負(fù)責(zé)人開始進(jìn)行主接地網(wǎng)接地電阻測量，并通知電流極、電壓極工作點(diǎn)的負(fù)責(zé)人。主接地網(wǎng)接地電阻測試完成后，收起電壓極測試線，進(jìn)行跨步電壓、接觸電勢、電位梯度的測試。（8）跨步電壓及其最大值測量：（8.1）試驗(yàn)負(fù)責(zé)人通知操作人員采用變頻電源，并把電源頻率調(diào)到45Hz，保持變頻電源裝置輸出電壓、電流不變。（8.2）在變電所工作人員經(jīng)常走動的地方、所內(nèi)接地網(wǎng)邊緣測量跨步電壓，在原始記錄表上填寫位置、跨步電壓及最大值。（8.3）跨步電壓測量工作結(jié)束后，斷開試驗(yàn)電源總開關(guān)。（9）接觸電壓及其最大值的測量：（9.1）試驗(yàn)負(fù)責(zé)人應(yīng)與局方人員充分協(xié)商確定測試電流注入點(diǎn)及測量點(diǎn)的位置，測試電流注入點(diǎn)的位置離地面高度1.9m-2.0m。（9.2）測試電流注入點(diǎn)連接完畢后，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人通知操作人員把電源頻率調(diào)到45Hz，使變頻電源裝置輸出電壓、電流