土壤电阻率范文

导语：如何才能写好一篇土壤电阻率，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】土壤电阻率模型 等值复数镜像法 遗传算法 水平分层 Wenner法

1 引言

目前，在大部分接地极的工程设计中，都将实际不均匀土壤视为均匀土壤进行电阻率测量，并且仅通过浅层土壤电阻率模拟大地土壤结构。但很多情况下，接地极极址所处环境地质情况复杂，多山区或存在地下暗河，故障电流或从深层土壤流走，深层土壤对接地极接地性能的影响不容忽视。建立准确的土壤电阻率模型对实现接地极性能的有效分析具有重要意义。

在土壤结构模型的研究中，国内外学者普遍采用线性化或拟线性化的数值计算方法进行土壤模型参数求解。但这些方法计算较为繁琐，容易陷入局部最优解。本文利用Wenner四极法测得土壤视在电阻率，用等值复数镜像法推导水平分层土壤结构格林函数表达式，以求取土壤视在电阻率计算值，通过LSM建立目标函数，用遗传算法对目标函数进行优化，求得分层土壤电阻率和层厚。

2 土壤电阻率测量

Wenner法是F.Wenner在1915年时发明的一种土壤电阻率测量方法。该方法利用两个电流极给土壤供电，用两个电压极测出土壤间的电位差，进而确定土壤电阻率。具体布置方法如图1所示。

图1中，1、4代表电流极，2、3为电压极，4个电极等距布置于同一水平线上，极间距为a，电极埋深为h0。

均匀土壤的计算公式如下：

ρ=2πa （1）

当埋深h0等于零，即电极位于土壤表层时，式（1）所求为土壤电阻率真实值。其中，V23表示两电压极间的电位差。当埋深h0不为零时，

V23=（2）

测量I和V23，通过式（2）计算土壤电阻率。

真实情况下，土壤大多是不均匀的。此时用Wenner法测得的土壤电阻率并不是其真实值。它随极间距和土壤结构的改变而改变。保持电流不变，改变极间距a，可得到一组土壤电阻率测量值。进而依据恒定电场理论，通过最优化方法可以反演得到土壤电阻率的分层结构模型。

3 土壤格林函数推导

n层水平分层土壤结构如图2所示。

图2中，id为点电流源，坐标（x0，y0，z0）， 为第ρi层土壤电阻率（i=1，2，…，n），hi为第i层土壤厚度（i=1，2，…，n-1）。利用等值复数镜像法求解该土壤模型格林函数（单位点电流源在任意点产生的电位函数）的步骤如下：

（1）对拉普拉斯方程和边界条件进行关于x，y变量的傅里叶变换，解方程得到频域的格林函数。

（2）用prony法指数拟合频域格林函数中不利于反变换的部分，得到近似频域格林函数。

（3）通过反变换得出直角坐标系的格林函数。

第一层土壤中，点电流源产生的电位函数为：

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

对于水平多层土壤，

（4）

将式（4）代入式（1），可得

（5）

ρc为土壤电阻率计算值。用Prony法将θ1（λ），φ1（λ）指数拟合

（6）

其中，ai，bi，ci，di为复数。对式（5）进行反变换，得到

（7）

4 建立目标函数

通过改变测量极间距a，可得到m个土壤电阻率测量值ρm。由式（7）求出相应的土壤电阻率计算值ρc。根据ρm、ρc和土壤层数n，用最小二乘法建立目标函数：

（8）

并加入约束条件：

（9）

其中，aj为第j次测量时的极间距，和分别为相应的土壤电阻率测量值和计算值。

5 目标函数优化求解

遗传算法是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的高效全局搜索寻优算法。通过人工进化方式随机优化搜索目标函数，可以较大概率求得最优解。

遗传算法对目标函数的优化，需要多次迭代才能得出结果，其基本运行过程如下：

（1） 令x=（ρ1，ρ2，…，ρn，h1，h2，…，hn-1，对x进行二进制编码。

（2） 随机初始化生成群体P（t）。

（3） 选择合适的算法编码策略。根据各层土壤视在电阻率及土壤厚度等遗传算法参数，本文选择策略采用最优保存策略进化模型，即保留群体中适应度最高的个体，用以取代交叉、变异运算产生的适应度最低的个体；交叉策略采用两点交叉；变异策略选择自适应基因突变。

（4） 定义算法适应度函数f（x），计算群体中每个个体大的适应度，如目标函数值、函数值向适应值映射、群串解码的参数，并完成适应值调整。

（5） 群体P（t）经过选择、交叉、变异等运算繁殖产生下一代P（t+1）。

（6） 终止条件判断。若得到具有最大适应度个体作为最优解输出则终止，否则可修改遗传算法策略后再返回步骤（4）。

6 总结

本文建立了用于分析实际土壤结构的多层水平分层土壤电阻率模型。建模过程中，采用等值复数镜像法推导了土壤模型的格林函数，避免了广义贝塞尔函数积分引起的繁琐计算。使用遗传算法对目标函数进行优化，既不易陷入局部最优，又保持了变量的完整性，能够较好的还原土壤结构的真实情况。

参考文献

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[2]杨慧娜，袁建生.利用Wenner四极法确定三层土壤模型[J].清华大学学报（自然科学版），2002，42（3）：291-294

[3]Neyamadpour， A.， Wan Abdullah， W.A.T.，Taib， S. et al.Use of four-electrode arrays in three-dimensional electrical resistivity imaging survey[J]. Studia Geophysica et Geodaetica， 2010，54（2）：299-311.

[4]孙结中，刘力.运用等值复数镜像法求解复合分层土壤结构的格林函数[J].中国电机工程学报，2003，23（9）：146-151.

[5]周晓虎，周秧.多层水平分层土壤电阻率模型[J].现代电力，2007，24（2）：48-51.

[6]徐宏碧，周铭，吴强迪.基于遗传算法的土壤结构反演模型[J].黑龙江电力，2014，36（1）：49-53.

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对乌兰浩特市（以下简称乌市）不同类型土壤采用温纳法进行土壤电阻率测量，分析归纳了乌市固定地点土壤电阻率的变化规律，以及土壤电阻率同各气象要素的相关关系和土壤电阻率的年变化规律，对防雷规范给出的土壤电阻率表进行了本地化补充完善，为乌市开展雷电灾害防御具有实践指导意义。

关键词：土壤电阻率； 测试；规律

中图分类号：P631.3+22文献标识码： A

1引言

土壤电阻率是防雷工程设计的重要参数，也是估算接地电阻、地面电位梯度、跨步电压、接触电压，计算相邻近的电力线路和通信线路间电感耦合的重要的参数之一，是雷电灾害风险评估、分析雷电灾害事故的重要因子。本文用温纳（Wenner）对乌市地区不同类型土壤的土壤电阻率进行了实际测量，获得了土壤电阻率的初步变化规律。

2选择土壤类型确定实验地点

选择具有代表性的土壤类型是确立本次实验地点的前提，同时选择相对稳定，不受农业耕作、灌溉等影响，地表相对平坦，土层除自然因素外，没有人为影响的测量实验地点也非常重要。我们结合乌市农业局土肥站和气象自动站提供的土壤、气象相关数据信息选定了永联砂质草甸土、卫东石灰性黑钙土、乌兰哈达黄土状暗栗钙土、葛根庙盐碱性暗棕壤外加市气象局院内草甸地5个的实验点。分别代表4种类型的土壤，进行了1年的连续测量。

3对比不同类型土壤进行土壤电阻率分析

土壤电阻率受很多客观因素影响，为了使测量的数据具有相对可比较性，将同一地块、相同电极间距、4—10月份采集的数据做平均值处理。在最大电极间距20米范围内，永联砂质草甸土土壤电阻率最大值为1416Ω·m，比卫东石灰性黑钙土最大值67.8Ω·m高近21倍，而乌兰哈达黄土状暗栗钙土的最大值是为257Ω·m高于葛根庙盐碱性暗棕壤最大值126Ω·m和市气象局院内草甸地的最大值147Ω·m。最小值方面石灰性黑钙土的最小值为最小18.4Ω·m。但要说明的是2012年4月到10月卫东自动雨量站总的雨量数据为100.1mm在其它4个实验点中降雨量是偏大的。

4土壤电阻率随时间的变化的相应对比

土壤电阻率不仅随着土壤类型的变化而变化，而且也随着被测量土壤的湿度、温度的不同而不同，主要表现在相同地块不同时间测量的结果是不同的。

通过实际测量对比，每个地点不同时间测得的土壤电阻率曲线变化趋势基本相同。5个试验点在7、8月份都会达到土壤电阻率的最低值，而温度偏低降雨量偏少的其它月份土壤电阻率会偏高。葛根庙盐碱性土壤在6、7、8、9的数据变化最为强烈，而其它几块土壤电阻率变化情况相对舒缓。风力发电场地多是建在盐碱性土壤上，因此我们对这一现象进行了着重分析，首先土壤中所含水的多少和孔隙水电阻率的高、低是土壤电阻率最重要的两个因素。孔隙水电阻率取决于水中游离的离子、电子的多少，葛根庙盐碱性土壤成分中可溶性盐碱离子成分较多，而盐碱离子在温度达到20-30℃时溶解性最好、浓度最高，6、7、8、9月又是土壤含水量相对充沛的季节，所以导致葛根庙盐碱性土壤电阻率的强烈变化。

5、土壤电阻率同气象要素的关系分析

防雷接地网一般都埋在地下，土壤会受到降水、气温、温度等气象因素的影响，接地网也会直接受到所埋对应深度土壤温度、温度等的影响，在北方冬季还会受到冻土的影响。为此，用深度1.0m、电极间距5.0m土壤电阻率计算了同降水量、1.0m深地温、1.0m深土壤湿度、冻土厚度、地面空气温度的相关关系。实测结果表明冻土对土壤电阻率的正关系影响最大，而1.0m深土壤地温反关系最大。降水对1.0m深土壤电阻率的影响还是比较明显的，如2012年6月11日2-8时降水23.4mm，5月21日早8时土壤电阻率降低了109.7Ω·m，下降了22.3%;2012年7月28日降水34.4mm，6月22日土壤电阻率降低了48.3Ω·m，下降了31.9%但在土壤表面接近饱和的状态，降水影响则很小，如2012年7月22日降水68.9mm，7月12日土壤电阻率降低了21.9Ω·m，仅下降了10.7%。

6 、实验结论

6.1不同类型土壤的土壤电阻率不同，永联砂质草甸土土壤电阻率要高于乌兰哈达黄土状暗栗钙土，乌兰哈达黄土状暗栗钙土要高于葛根庙盐碱性暗棕壤，卫东石灰性黑钙土土壤电阻率最低，非常有利于建筑物的雷电防护。

6.2同一地点的不同时间测得的土壤电阻率的值不同，但变化趋势基本相同，从夏季向冬季逐渐增大，从冬季向夏季逐渐降低，7月份最低，2月份最高，2月份土壤电阻率平均值是7月份的8.4倍。

6.3地下深度1.0m、电极间距5.0m的土壤电阻率同降水、1.0m深土壤地温和1.0m深土壤地温、冻土厚度和地面空气温度的相关均为反比关系，1.0m深土壤地温、冻土厚度和地面空气温度相关系数非常显著。

6.4根据不同类型土壤电阻率变化规律，对防雷规范给出的土壤电阻率参数可进行本地化补充完善。在防雷工程设计中，可在雷暴初日、终日历史极值之间查算出土壤电阻率的最大值，或计算出需要乘以的倍数，来设计防雷接地网，比防雷规范给出的土壤电阻率参数更直接、更符合当地实际。

经过1年的测量，土壤电阻率的测量基本上实现了业务化，并初步获得了一些土壤电阻率的变化规律。但由于专业设备缺少，测量时间短，如果时间再长些有些规律可能更稳定、更可靠、更好用。

参考文献：【1】张兴，接地降阻措施，北京：中国电力出版社，2005.

【2】何良，石艺，土壤电阻率测量技术应用研究.

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随着国民经济的飞速发展，现有供电能力难以满足日益增长的电力需求，我国大部分地区已经出现电力供应不足问题，为此国家投巨资新建变电所，以缓解电力供需矛盾，保障电网安全运行和社会基本供电需求。新建在高土壤电阻率地区的变电所，大多接地电阻难以满足规程要求，而进行改造效果不明显，还要提高工程造价，又有些不经济。为此我们对高土壤电阻率地区变电所接地网安全运行开展专题研究，已在我局伊春变、金山变两所取得了成功经验，值得广泛推广。

2 采用方法

1997年在对我局新建220KV伊春变、220KV金山变地网接地电阻验收试验时，测得伊春变接地电阻为3.7Ω，金山变接地电阻为3.4Ω，不能满足工程设计的要求。此后，我局投资近66万元，采取地网外扩、添加降阻剂、打接地井等方法，对两个变电所进行了接地网改造，改造后的伊春变、金山变接地电阻的实测值分别为0.74Ω、0.68Ω，仍不能满足规程规定的R≤2000/I或R≤0.5Ω的要求。因伊春变、金山变地处山区，属于高土壤电阻率地区，再进行改造效果不明显，又会浪费大量的人力、物力，增加工程造价。为此我们对伊春变、金山变接地网安全运行开展专题论证，成效非常明显。

3实施步骤

3.1伊春变、金山变两所接地网前期改造

3.1.1采用高效膨润土降阻剂降低接地网电阻

降阻剂具有较低的电阻率（ρ≤0.35Ω.m），加水后有较大的膨胀倍数（3～5倍），施加在接地体周围相当与增加了接地体的有效截面，消除了接地体与土壤的接触电阻，降低了接地体周围土壤电阻率，因而具有较好的降阻性能，特别是对高土壤电阻率地区的降阻效果最为明显。

3.1.2 扩大接地网面积降低接地网电阻

伊春变、金山变两所外附近均无建筑物，可以在变电所以外进行接地网的敷设，通过扩大接地网面积，有效的降低接地网电阻。

3.1.3 深井压力灌降阻剂方法降低接地网电阻

通过在伊春变、金山变两所内采用深井压力灌降阻剂方法，明显降低了接地网电阻。

通过以上几种方法，使伊春变、金山变两所地网接地电阻由3.7Ω、3.4Ω降为0.74Ω、0.68Ω， 接地网电阻降低效果明显，但仍不能满足规程规定的R≤2000/I或R≤0.5Ω的要求。

3.2 实测伊春变、金山变两所接地网相关数据

金山变：实测土壤电阻率：ρf =100.5Ω.m

实测跨步电压： VKS：0.04V

接 触 电 压：VJS：0.03V

（电网注入电流0.5A）

伊春变：实测土壤电阻率：ρf =396.5Ω.m

实测跨步电压： VKS：0.011V

（电网注入电流1.0A）

接触电压：VJS：0.015V

（电网注入电流1.5A）

3.3 理论推算伊春变、金山变两所接地网相关数据

根据标准3.4：110KV及以上变电所接地装置接触电压和跨步电压应根据下式计算：

式中：ρf ：人脚站立处土壤表面电阻率，Ω·m；

t ：故障电流持续时间， S。

我们计算中t取0.07s，ρf 为实测值；

金山变：接触电压要求值VJ为722.2V

跨步电压要求值VK为923.6V

伊春变：接触电压要求值VJ为911.8V

跨步电压要求值VK为1704.3V

根据实测系统接触电压及跨步电压计算系统可能出现的最严重故障（短路）情况下，接触电压及跨步电压为：推导值按下式计算：

U =UcId/Ic

式中：Ic ___ 模拟注入地网中电流， A；

Uc ___ 注入电流Ic时测得接触或跨步电压，V；

金山变：接触电压推算值VK/为510V 小于要

求值 VJ722.2V

跨步电压推算值VJ/为680V 小于要求值 VK923.6V

伊春变：接触电压推算值VK/为267V 小于要

求值 VJ911.8V

跨步电压推算值VJ/为293.7V小于要求值 VJ1704.3V

以上说明金山变、伊春变接触电压及跨步电压满足标准要求。

3.4 对照标准《交流电气装置的接地》6.2.2逐条论证如下：

（1）标准6.2.2 a、防止转移电位引起的危害：主要是高电位引外及低电位引内问题。伊春变、金山变无通向所外管道及运输铁路轨道，金山变无低压配出线，伊春变、金山变两所均无低压三相四线向外供电，无需考虑高电位引外问题。由于金山变、伊春变均装有程控电话，通讯设备已加装隔离变，无须考虑低电位引内问题。

（2）标准6.2.2 b、要求，对于金山变、伊春变现场均采用氧化锌避雷器，所以不必考虑短路电流非 周期分量影响。

（3）标准6.2.2 c、要求验算接触电压、跨步电压差。

4 结论

我们对两变电所接地装置接地极逐极测量，所有接地极与地网均接触良好。

综合分析以上诸因素，根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）要求，两变电所接地网能满足系统设备安全运行及工作人员人身安全的要求。

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关键词：架空输电线路；接地设计；接地方式；土壤电阻率

中图分类号：TM726文献标识码： A 文章编号：

近年来，随着我国经济不断发展，社会对供电量每年都保持着较大增长的需求, 这对架空输电线路安全稳定运行的要求也越来越高。架空输电线路由架空地线、导线、杆塔、绝缘子串、接地装置等组成。在防雷上，接地装置是架空输电线路防雷的主要措施，通过依靠接地装置将雷电流迅速引入大地，所以说接地装置是保障设施起到应有保护作用的关键。接地装置有多种形式，应根据不同的土壤电阻率来确定所采用的接地方式，因此，只有合理、科学的接地设计才能保证架空输电线路的安全稳定运行。

1 接地电阻的要求

接地装置有多种形式，应根据不同的土壤电阻率来确定所采用的接地方式，以达到DL/T620--1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》及DL/T621--1997《交流电气装置的接地》规定，有地线的送电线路每基杆塔的接地装置，在雷季干燥时，不连地线的工频接地电阻，不宜超过表1所列数值。

表1 雷季干燥且不连地线杆塔接地电阻要求值

2人工接地体的材料

人工接地体是指人为埋入地下用作接地装置的导体，水平敷设的可采用圆钢、扁钢；垂直敷设的可采用角钢、钢管、圆钢等。接地装置（包括接地体和接地引下线）的导体截面，应符合热稳定与均压的要求，且不应小于表2所列规格。

表1 接地体和接地引下线的最小规格

特别需要主要的是，在腐蚀性较强场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锡、热镀锌等防腐措施，或适当加大截面。目前在实际架空输电线路工程中，为了延长接地体的寿命，一般采用φ12热镀锌圆钢作接地引下线和接地体。

3架空输电线路接地装置的型式

(1)在ρ≤100Ω·m的地区，如接地电阻不大于表1规定，可利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地（包括铁塔基础以及钢筋混凝土杆埋入地中的杆段和底盘、拉线盘等），不必另设人工接地装置，但发电厂、变电所的进线段除外。在居民区，如自然接地电阻符合要求，也可不另设人工接地装置。

(2)在100＜ρ≤300Ω·m的地区，除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外，还应设人工接地装置，接地体埋设深度不宜小于0.6m。

(3)在300＜ρ≤2000Ω·m的地区，一般采用水平敷设的接地装置，接地体埋设深度不宜小于0.6m。

(4)在ρ＞2000Ω·m的地区，可采用6～8根总长度不超过500m的放射形接地体，或连续伸长接地体。放射形接地体可采用长生短结合的方式，接地体埋设深度不宜小于0.6m。

(5)居民区和水田中的接地装置，包括临时接地装置，宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。

(6)放射形接地体每根的最大允许长度，应根据土壤电阻率确定，见表3所示。

表3 放射形接地体每根最大允许长度

4高土壤电阻率地区的接地方式

架空输电线路所处的区域的土壤电阻率有时会很高，为提高线路耐雷水平需采取有效措施降低杆塔接地电阻，架空输电线路比较常用的降低接地电阻的措施如下：

4.1架空输电线路的常规接地方式

一般采用φ12热镀锌圆钢作接地引下线和接地体，接地方式见图1。

图1 接地装置示意图

工频接地电阻采用电阻系数法计算：

RP=(ρ/2ΠL)×[ln(L2/td)+A] （1）

式中ρ:表示土壤电阻率，Ω.m。

L：水平接地极的总长度（m）。

d：水平接地体的直径或等效直径，（m）。

t：水平接地体的埋设深度，（m）。

A：水平接地形状校正系数(见表4)

表4 水平接地形状校正系数

利用（1）式计算，常规接地方式在土壤电阻率≤4200Ω.m时，一般可以满足工频接地电阻≤30Ω的要求。

4.2高土壤电阻率地区的接地方式

(1)更换土壤

采用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内。但这种取土置换方法对人力和工时耗费都很大，且在线路沿线附近电阻率低的土壤稀少，取土困难，故该方法很难适用于线路工程。

(2)多支外引式接地装置

在高土壤电阻率地区，如在杆塔附近有可以利用的低电阻率，为了减小冲击接地电阻，可以采用引外接地，即用较长的接地带引至低电阻率的土壤中作集中接地。但引外接地的距离（即引线的长度）是有一定要求的，它决定于大地的电性参数ρ及相对介电系数y，因此，接地规程推荐引外接地线的最大长度不宜大于表3所列数值的1.5倍。该方法在兴螺110kV线路的电15#杆750kV吐巴线翻越甘沟段得到了应用，该处多基杆位塔位于岩石上的，土壤电阻率均大于高达56008000Ω.m，而在离其杆位135100多米处外有附近有导电良好的水田导电较好的黄土（土壤电阻率为80200Ω.m左右），通过两条外接引线，引到水田此处，再采用JD-231的接地装置后，其工频接地电阻达到允许以内。外引式接地极的方法往往受地质地貌条件限制，在线路中应用该方法地段不多。

(3)人工处理土壤（使用降阻剂）

在接地体周围土壤中加入降阻剂，降阻剂是一种具有良好导电流通性能的黑灰色优质矿物复合材料，含有大量的半导体元素和钾、钙、铝、铁、钛等金属化合物。这些金属化合物不仅具有良好的导电性能，而且，对接地装置也起到了较好的阴极保护作用，它们吸水膨胀后被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使这些元素不至于随地下水和雨水而冲刷流失。从而使降电阻剂的导电性能能够持之以恒地保持，导电离子活泼移动着向周围大地渗透，提高接地体周围土壤的导电性。

a、水平接地体降阻剂用量计算：

G=D2ΠLγ/4

式中：

G：降阻剂用量（kg）。

L：接地体的长度（m）。

γ：降阻剂密度（kg/m3）。

D：使用降阻剂后等效水平接地体直径，一般为0.1-0.2m内选用。

土壤电阻率ρ（Ω.m)≤500≤1000≤2000≤5000最大允许长度(m)406080100利用上式计算，土壤电阻率在6300Ω.m时，接地装置使用JD-237（L=518m）,D取0.15，γ取1250kg/m3，降阻剂用量约11436（kg）。

b、使用降阻剂后水平接地体的接地电阻计算:

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

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[关键词]电力系统；输配电线路；接地装置

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0411-01

近年来，随着我国经济的快速发展，人们对于电力使用需求的增加，输配电线路的接地问题引起了有关部门的重视。输配电线路的接地装置不仅包括接地体，还包括与此相关的接地线路，其中接地体是指埋于地下的，同土壤有直接接触的金属导体，而接地线路则指的是连接电气设备和金属导体的线缆，一般来说都是PE线。接地装置的主要应用功能和目的在于在输配电线路的运行过程中，实现对线路的安全保护，文中我将结合自己的工作经验，对该问题进行分析。

1、接地装置的基本概念

1.1所谓接地，就是在杆塔与土壤间进行适当的电气连接，在这个过程中，除了杆塔和土壤外，必备的接地条件就是一定的金属元件和接地线缆，二者合称为接地装置，缺一不可。

（1）从作用上看，进行输电线路的接地，可以实现对雷电电流的引导和疏散，并以此来保护线缆的绝缘装置，避免发生线缆的闪络。

（2）从接地装置的分类上看，可以根据其接地形式的不同分为自然接地、人工接地、垂直接地、水平接地等等，不同的输电线路应该根据自己的实际运行情况进行接地方式的选择。

（3）接地装置的功能来通过一定的接地电阻来实现，也就是说在接地装置进行接地的过程中，如果杆塔上方产生了较强的人地电流，那么就会导致土壤中的电流增大，这种情况下，只有一定的接地电阻，才能实现杆塔的安全防护。

1.2土壤电阻率及影响土壤电阻率大小的主要因素

（1）所谓土壤电阻率，就是指土壤自身的电阻，一般来说，接地电阻的大小是受到土壤电阻大小的直接影响的，所以假设每立方米的土壤电阻为1，那么土壤电阻率也就是P。

（2）在实践中，土壤电阻率并不是固定不变的，一般来说会受到土壤的性质和含水量甚至是化学和物理性质的影响，并会根据自然环境的变化而产生变化，这种情况下，在进行接地装置的设计时，就应该以最大电阻率作为依据。

（3）另外，在接地电阻的设置的过程中，不应仅从电阻的影响因素的计算得出电阻数值，而是要进行实地测量，因为不同的地区的电阻值是存在差异的，所以，将实际的测量结果作为依据会更加可靠。

2、输电线杆塔接地电阻值的测量方法

上文中提到了对杆塔接地电阻值的测量的重要性，下面我将从几个方面对具体的测量方法进行分析。

2.1 测量接地电阻的基本原理

为了使实际测量更加的简便易行，在测量前应该先设计出实际的推算公式，并对其中所缺少的未知数据进行统计，一般来说，可以讲接地体设定为半球型，因此只需要对球心处的电流进行测量，然后根据其密度就可推算出其实际电流。

2.2 用ZC一8接地电阻摇表（测量仪）测量接地电阻

在实践中，电阻测量仪的选用也是非常重要的，就目前来看我国大部分的电力系统的施工过程中，对于ZC一8接地电阻摇表的使用是非常广泛的，这类电阻摇表可以根据具体的接线方式的不同分为三端钮和四端钮两种。一般来说，四端钮的主要应用范围是土壤电阻率的测量活动中，而三端钮则主要应用于接地线路的电阻的测定中。

从组成看，这种测量仪由两个框架的电磁式流比计构成，也就是说二者分别应对不同的线路元件的电流量进行检测，并综合得出该段的电阻值。其中，第一个框架的线圈在测量的过程中是直接同待测区域的电源相连接的，而第二个框架的线圈则是与接地体相连的，这样就实现了一定的测量电压差，并未电阻的测定提供依据。所谓三点法，就是在对接地电阻进行测量的过程中，将杆塔和现有的接地装置进行分离，并分别连接在设备的仪表上，以得到一个客观的测定结果。一般来说，如果待测的接地电阻的接地体是环形接地体，那么不仅要将其同杆塔全部脱离，还要进行对角线长度的测量，并据此来计算其入土的深度对电阻测定结果的影响。在测量的过程中，要始终保持设备的和仪器的水平放置，并随时检查检流计的指针位置，一旦发生偏移，就要随时进行调整。

3、土壤电阻率的正确测量

上文中我们提到了不同的土壤环境中的接地电阻是不同的，因此其允许值也会发生变化，所以要想确定该地区的电阻值是否符合有关执行标准，应该根据土壤的最大电阻值来确定，这种情况下，正确和准确的测量出土壤的电阻率就显得非常重要，下文中将结合自己的工作经验，对该问题进行分析。

3.1 利用ZC～8型测量仪，采用4极法测量线路土壤电阻率所谓四极法，就是使用四根尺寸和横截面都相同的导线，组成一个电流的回路线路，并以此来对土壤的接地电阻进行测量。

3.2 用三极法测量土壤电阻率

结线与三极法测接地电阻一样，要求将测试电极打入土壤深度应与实际接地装置埋深一致。试验检查电极、电压极、电流极应排直线等距。同时要求极间距离不小于20米。检查电极插入地下部分必须与土壤严密接触，否则会造成较大测量误差。值得注意的是，如果使用三极法对土壤的电阻率进行测量，那么接地体附近的土壤性质将对测量结果起着决定性作用，所以在分析该结果的过程中，也要充分的考虑其测量范围的局限性。四极法测得的土壤电阻率与极间距离a有关，当a不大时所测的电阻率仅为大地表层的电阻率。用4极法测量土壤电阻率时，电极可用四根直径2cm，长0.5～lm 的圆钢或铁管作电极，考虑到接地装置的接地散流效应，极间距离选取20m 左右，深为1/20a。

4、判定接地电阻值是否合格的界限

4.1 凡是测得接地电阻值为101-1及以下者已经满足了防雷接地允许值要求，所以均不用测量土壤电阻率；凡是测得接地电阻大于10Ω都应做土壤电阻率的测定，测得土壤电阻率后，应在测得的p0值乘以季节系数后（p=pOφ ）。再按接地在不同土壤电阻率情况下，允许接地电阻值判定本基塔接地是否合格。

4.2 用三极法测量土壤电阻率，目前在测量中是在测接地电阻后，然后再打如接地极测土壤电阻率。这一方法是有较大错误的。应按本文所介绍的方法进行测量。在数据上更是不对的，测来的数据根本不是土壤电阻率，而是测试钎的接地电阻值。应将接地极电阻通过计算才能得到土壤电阻率的数值。

4.3 使用钩式接地电阻测试仪，被测接地装置如果是环型接地，则只能保持一个接地引线与杆塔连接，其余引线要与杆塔断开后才能测得该基的接地电阻值。

篇6

关键词：接地电阻异常分析对策

引言：防雷工程检测是防雷减灾工作中必不可少的，接地电阻的测量是防雷检测中最重要的一项工作，而接地电阻大小是衡量接地系统好坏的重要参数，因此为检测单位提供准确可靠的检测数据和结果必须具有科学性和权威性，排除检测中出现的误差。接地电阻的测量是防雷检测中最重要的一项工作，而接地电阻大小是衡量接地系统好坏的重要参数，因此为检测单位提供准确可靠的检测数据和结果必须具有科学性和权威性，排除检测中出现的误差。笔者从事防雷检测工作多年，下面谈谈防雷工程检测中接地电阻数据异常原因和解决方法。

1 防雷接地电阻的组成

1.1散流电阻是从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量

1.2 接地线的电阻与接地极自身电阻，是指由接地线、接地设备接地母线、接地极本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。

1.3 接地极表面与土壤接触的土壤之间的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面和接触的紧密程度有关，它是接地电阻的主要成分。

2 影响接地电阻的主要因素

影响接地电阻的因素有接地电极的形状、尺寸、周围环境因素以及电极周围的土壤电阻率，但最重要的是电极周围土壤电阻率。

2.1 土壤中的电阻率与土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量有关

土壤电阻率ρ的大小，主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量，土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，ρ就越小；反之就越大。土壤越湿，含水量越多，导电性能就越好，ρ就越小；反之就越大。这就是接地体的接地电阻随土壤干湿变化的原因。

2.2 土壤中的电阻率与土质有关不同土质的土壤电阻率不同，甚至相差数千倍。

2.3 土壤中的电阻率与土壤的温度有关温度对土壤电阻率的影响也较大。一般是土壤电阻率随温度的升高而下降。

2.4 土壤中的电阻率与土壤的致密性有关土壤的致密对土壤电阻率也有一定的影响，为了减少接地电极的流散电阻，必须将接地体周围的回填土夯实，使接地极与土壤紧密接触，从而达到减小土壤电阻率的效果。

2.5 土壤中的电阻率与季节变化有关季节的变化也能引起土壤电阻率的变化。季节不同，土壤的含水量和温度也就不同，影响土壤电阻率最明显的因素就是降雨和冰冻。在雨季，由于雨水的渗入，地表层土壤的ρ降低，低于深层土壤；在冬季，由于土壤的冰冻作用，地表层土壤的ρ升高，高于深层土壤。

3 接地电阻测试仪的选择

为满足不同的接地系统，需要不同测试原理的测试仪器来测量。如以下原理的仪器。

3.1 采用内部供电和测试探头的原理。此种仪器测量同时具有电阻分量和电感分量的接地系统，再采用缠绕物体上的作为地线接头的情况下，如果物理条件允许，这是一个优先选用的方法。

3.2 用不带辅助探头的外部测试电压的原理。该原理主要用于测试TT系统接地情况，在相端子与保护端子之间测试时，该接地电阻值比故障环路内其它部分的电阻高得多，优势是不需要使用辅助测试探头。

3.3 用外部测试电压和辅助测试探头的原理。该仪器的优势是多TN系统给出精确的测试结果，其中相线与保护导体之间的故障环路电阻非常低。

3.4 用内部供电、两个测试探头和一个测试夹的原理。该仪器测量时机械断开可能与测试电极并联的任何接地电极。

3.5 用两个测试夹钳的物测试桩测试原理。此种仪器是测试复杂的接地系统或存在接地电阻较低的次接地系统的情况下，该测试原理在工作中可实现物接地桩测试。其优势是不需要触发测试探头，也不需要分开被测电极。

4 检测接地电阻的注意事项

4.1 应在非雨天和土壤未冻结时检测接地电阻，严禁雷雨天气检测接地电阻 ，现场环境条件应符合保证正常检测。

4.2 接地电阻测试仪应经过法定计量单位鉴定合格，并在有效使用期内使用。

4.3 接地电阻测试仪的接地引线和其它导线应避开高低供电线路；且应垂直电网，避免平行布置，当地网带电检测时，查明带电原因后实施检测，以提高检测的准确性。

4.4 接地电阻检测之前，首先要识别接地系统的类型，根据不同的接地类型，采用不同的测试方法和检测仪器设备。

4.5 正确使用接地电阻测试仪，连接电压辅助电极线和电流辅助电极线，按下开关，灯亮，说明电路导通；否者，需检查连接线是否良好和接地棒周围导电是否良好。

4.6电压辅助电极和电流辅助电极与接地极之间的应保持一定的距离，且电压辅助电极测试线和电流辅助电极测试线不要相互缠绕在一起，避免互相干扰。

5电力部门大地网接地电阻检测注意事项

5.1测试线的选择：在大地网的测试中，测试线的选择非常关键。测试线越粗，测试时电流损耗越小，测量时接地电阻越接近实际值，一般选择测试线要大于1.8mm2的BVR铜线。电流线的长度应为大地网对角线长度的3至5倍，电压测量线为电流测量线的0.618倍。

5.2 测试时应避开高电压，以减少强电流对测试精度的影响。

5.3 测试位置的选择也非常关键，一般选择大地网的中心部位，精度高，误差也较小。检测时电流线与电压线摆动5°，比较接地电阻的值。

6 总结

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关键词：接地装置；接地电阻；电气参数；综合评价

前言

接地装置是确保电气设备在正常和事故情况下可靠和安全运行的主要保护之一，按照GB50150－2006《电气设备交接及安装规程》和DL/T596－1996《电力设备预防性试验规程》以及中国南方电网公司Q/CSG 1 0007-2004《电力设备预防性试验规程》的要求，对接地装置有定期或必要时测量接地电阻的项目，对新投运或改造后的接地装置还有测量地电位分布，必要时应进行接触电压和跨步电压的检测。国内外运行经验表明，变电所接地电阻值低，并不能保证安全。为了解决以上所存在的问题，我局采用了变电站接地网综合评估测试系统小电流(5A～10A)测试方法。它通过对接地网的主要电气参数（接地电阻、地表电位分布、接地体导通测试、接触电压和跨步电压、土壤电阻率）进行测量，最后对地网进行综合的安全评价，是否存在故障及缺陷。

1、接地网综合测试系统功能特点及测量原理

1.1、异频法小电流测量接地电阻

在传统的地网测试工作中，一般都需要注入很大的电流信号，才能够保证在测试工程中将变电站工频信号的干扰因素降低到最小，使得系统测试的电流和电压值达到一个可靠和稳定的情况，从而保证现场测试数据的准确性和可靠性。然而在户外条件下要将系统注入的信号提高，并不是容易做到的，随着地网面积的增加和变电站电压等级的增加，对于注入的测试信号的要求也相应的增加，因此在一些大的变电站要用传统的方式实现对地网的测试，往往需要比较大的升流源以及相关的安全措施的保证，否则，这种方法测试出来的数值就与实际的情况有很大的偏差或者由于现场的安全问题引起一些不必要的问题。

异频法小电流测量技术就是针对上面的几点问题提出而生产的。它可以人为的改变设备注入地网的信号频率，从而避开现场工频信号对于测试信号的干扰，达到给地网注入小电流即可进行地网接地电阻测试的目的。这套技术的使用，使得在现场测试的安全和方便性方面有了很大的提高。

1.2、土壤电阻率测量技术

对土壤电阻率测试数据的分析却可能是多样的，在遇到有多种土壤电阻率的土壤时情况更是如此，多种土壤电阻率引起额外的复杂性是通常现象，而在深度增加时土壤电阻率不变化也是很少有的现象土壤电阻率不仅随土壤的类型变化，且随温度、湿度、含盐量和土壤的紧密程度而变化。测量方法主要有：深度变化法（三点法）、等距法（四点法）。我们系统采用的是等距法，因为分析测试结果相对容易及准确，操作方法简便。

四点法土壤电阻率测量――要对大体积未翻动过的土壤进行土壤电阻率的测量，最准确的方法是四点法：将小电极埋入被测土壤呈一字排列的四个小洞中埋入深度均为直线间隔均为测试电流流入外侧两电 而内侧两电极间的电位差可用电位差计或高阻电压表测量即为用表示的电阻。

2.3、导通、接触电压、地表电位分布及跨步电压测量技术

接地系统中的接地桩、柱的电流导通有效性是另一个测量要点。由于变电站的接地系统占地广，涉及组件多，各种设备、线路均会发生对地耦合现象，因此，电流可能会沿不同途径流入地极。应用小电流测试系统可精确测量电流流过各接地柱（桩）的比率和电流在接地系统中的分布状况，并通过电流信号的相位变换测量得出接地系统阻抗和线路对地或不同部件之间耦合状态及接地柱的导通能力的结论。

接地系统破损状况的查寻----通过测量接地系统电压分布曲线，从电压曲线的阶跃点可以准确查寻出破损点（或者腐蚀点），避免盲目开挖，节约很多的人力和物力。

电压、电流分布情况测量----通过测量不同的点，可以描绘出电压、电流曲线分布图

接触电压--地的金属结构和地面上相隔一定距离处一点间的电位差 此距离通常等于最大的水平伸臂距离约为1m

跨步电压--地面一步距离的两点间的电位差 此距离取最大电位梯度方向上的1m长度。

3、现场应用及测试结果故障分析

案例

我局修试所人员于2009年04月07日利用综合地网测量系统并在中试所人员的配合下，对我局所管辖的110kV勐海变电站地网电阻进行了测试，取得了良好的测试效果，下面将具体的测试步骤以及详细信息进行整理：

、变电站概况：

110kV勐海变电站位于西双版纳州勐海县，于1999年投入运行，主变容量为31.5MVA，电压等级为110/35/10kV。

测试环境

运行单位：110kV勐海变

试验日期：2009.4.7天气情况：晴相对湿度：50%

环境温度：28℃ 土壤情况：相对干燥

电流线长度：L＝500m 电流注入点：#1主变接地引下线

接地电阻测试：

测点 电压极距离S（m） 频率f(Hz) 注入电流I（A） 测量电压U（V） 测试值Zx（Ω） 换算后Zx（Ω） 变化率（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

土壤电阻率测试

通过测试接地电阻为0.749Ω，超出设计值小于0.5Ω。为了确定改造方案，用等距4点法对变电站周边土壤电阻率进行测试。

测点一：变电站侧面围墙外侧

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

a-电极距离 R-接地阻抗ρ1

测点二：变电站后面围墙外侧

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

以上数据经分析，变电站所处位置土壤电阻率分布不均匀,垂直大门方向土壤电阻率稍低, 为ρ=Ψρ1=1.3 131.566=171.04Ω•m；而平行于变电站大门侧土壤电阻率比较高,达到ρ=Ψρ1=1.3 273.18=355.134Ω•m。

曲线1：接地电阻随接地极深度增加而降低，可以通过深埋接地极降低接地电阻；

曲线2：深埋或浅埋均效果不佳；

曲线3：接地电阻不随深度增加而降低，可以增加条带型地极或地网降低接地电阻。

通过测试不同电极距离下的土壤电阻率；测试的数据与曲线①吻合，土壤电阻率随着深度增加而降低，可以采用深埋接地极的方法降低接地电阻。

结论

本次测试以#1主变接地引下线为电流注入点，选择等距相邻两点变化率最小处的电阻值为地网接地电阻实测值,以DL475-2006《接地装置工频特性参数的测量导则》为依据。对照测试数据，110kV勐海变主接地网接地阻抗值为0.749Ω。

本次测试值0.749Ω与变电站设计值(设计值小于0.5Ω)有差异，鉴于110kV勐海变于今年大修检测期间已多次对主地网检测及连通性测试，检测结果与本次测试值差异不大，地网连通性测试数据无异常。且主地网开挖检查并无腐蚀痕迹。为保障系统及变电站设备安全运行，提出改造方案对110kV勐海变主地网进行改造。

4、故障整改与消缺处理

案例

针对110kV勐海变电站地网电阻过大的问题，我们通过多次不同的现场测试，测试值也都与此次测试的0.749Ω (设计值小于0.5Ω)比较相近，但都属于超标状态，鉴于110kV勐海变于今年大修检测期间已多次对主地网检测及连通性测试，检测结果与本次测试值差异不大，地网连通性测试数据无异常。且主地网开挖检查并无腐蚀痕迹。参照DL/T621―1997《交流电气装置的接地》之6.1.3条的规定,综合110kV勐海变周边自然环境及人文环境，无法采用敷设引外接地极和敷设水下接地网的方法。因此，110kV勐海变可采用深井式、深钻式接地极的方法降低主接地网工频接地电阻值；同时考虑到110kV勐海变投运未达5年，主网接地电阻实测值为0.749Ω，与设计值0.5Ω的要求相差较远，单一采用深井法降低主地网工频接地电阻值工程量较大，成本较高，且难以达到预期效果。因此，考虑采用深井式、深钻式接地极与填充电阻率较低的物质或降阻剂相结合的方法对变电站主地网进行综合改造。

5、总结：

通过变电站地网综合测试系统的应用，我们实现了对变电站接地网的小信号测试，并且取得了比较明显的效果。实践证明，该系统能够很好地实现地网的接地电阻、土壤电阻率、地表电位分布、接触电压、跨步电压、地网接地引下线的导通性进行有效地测量，实现对大型地网的综合评估。在综合系统的长期使用中，使工作人员对该系统及其测量方法有了更加全面的认识和了解。同时,通过传统的测试方法及现场使用,表明此测量系统功能正常，使用状况良好。利用综合测试系统能够非常方便、迅速而又准确地测量出大型地网的各项参数,为全面地评估地网的运行状况提供有效的技术依据。在往后的工作中，我们还将更好的使用该测试方法，使得能够真正的服务于电网生产事业。

参考文献

［1］何金良. 现代电力系统接地技术［R］. 清华大学电极工程与应用电子系技术报告, 2002.6

［2］中华人民共和国电力行业标准: 电气试验设备交接标准(GB50150－2006)［S］.

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[关键词]接触网；降低接地电阻；耐雷水平

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0360-02

引言

目前接触网接地系统多采用集中接地方式，接地点数量较少，接地电阻较大是接触网耐雷水平偏低，致使支柱遭雷击烧伤及绝缘子击破的主要原因。当接触网的支柱形式、尺寸与绝缘子形式和数量确定后，影响接触网反击防雷水平的主要因素则是集中接地电阻的阻值，降低接地电阻可以有效提高避雷器及避雷线等防雷设备的耐雷水平。

一、雷电反击

雷击支柱顶作用于接触网雷电反击过电压，不仅有雷电流通过支柱并在支柱顶产生电位，同时空气中迅速变化的电磁场还在导线上感应电压。雷击杆塔时，雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。雷击杆塔时杆顶电位迅速提高，其电位值为

Ut=iRd+L×di/dt

式中i―――雷电流；

Rd―――冲击接地电阻；

L×di/dt―――暂态分量。

当杆顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由杆顶至导线的闪络。即Ut-U1>U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um>U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和杆体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关。雷电反击情况较为复杂，主要看支柱接地状况，支柱接地状况好则对设备绝缘的危害小。

二、防止雷电反击的技术措施

1、采用氧化锌避雷器降低其接地电阻

氧化锌避雷器就是一种过电压保护设备，用来保护接触网或变电所等供电设备，免遭雷电产生的大气过电压和操作过电压对设备的危害。避雷器与被保护设备并联且位于电源侧，其放电电压低于被保护设备的绝缘电压；沿线路侵入的过电压将首先使避雷器击穿并对地放电，从而保护其后面设备的绝缘，避免了变电所内断路器跳闸。当过电压对地瞬间放电后，避雷器迅速恢复对地的绝缘。避雷器接地电阻应足够小，一般不超过10？，否则，避雷器动作时接地电阻上的电压降与避雷器的残压B加，将导致避雷器保护水平下降，使得避雷器保护作用失效，可能造成接触网绝缘击穿并造成永久性接地。

2、降低架空地线接地电阻

防止雷电反击的主要技术措施是降低接触网支柱的接地电阻，但对每个支柱做接地极显然不现实，为此将接触网钢柱安装结构中的架空地线兼作架空避雷线，通过将架空地线与接地极良好的联通，如果雷电来时，接触网在避雷线的保护区内，雷电直接通过避雷线至接地极再回到大地，形成对地放电回路，相当于降低了接触网支柱的接地电阻，可以有效地防止雷电反击对接触网的侵害。若接地极接地电阻因外界变化增大、大于10Ω时，强大的雷电电流则会对钢柱进行较大的放电，将对支柱上绝缘子、支柱及基础本身造成极大损害。

三、接地电阻仿真结果分析

1、雷击支柱时，耐雷水平随接地电阻的变化如表1所示。

由表1可以看出，接触网耐雷水平随接地电阻的增加而下降，即在土壤电阻率高的区域，接触网耐雷水平低；在接地电阻为30Ω、土壤电阻率大于900Ω？m时，接触网耐雷水平比在10Ω时下降了84%，因此在土壤电阻率高的区域，应当加强雷电防护。

四、土壤电阻率

土壤电阻率是决定接地电阻的主要因素，由于土壤类型及土壤中含水量的不同等，土壤电阻率的变化范围很大，表2给出了各种土壤和水的电阻率的参考值。由于实际情况的复杂性，同一种土壤在不同的地点会有不同的电阻率，所以土壤电阻率的确定主要靠实测。

五、降低接地电阻措施

1、采用YF系列低电阻接地模块：低电阻接地模块是一种以导电非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性好的非金属材料、电解质、吸湿剂和防腐金属电极组成。通常的地网建设多以金属导体，如角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等为主，其缺点是用材多、耗资大、施工复杂、寿命短、稳定性差，在高电阻率土壤区使用很难达到预期效果。而这种低电阻接地模块则用料少、耗资少、施工大大简化，而且寿命长、稳定性好，特别适合于高电阻率土壤地区使用，如接地点周围为砂石或岩地层，可用它来解决接地工程施工中的难题。

2、使用接地降阻剂：降阻剂是具有良好导电性能的非金属复合材料，电阻率R=0.45，降阻率在60―90%之间（土壤电阻率高，降阻越明显），它能有效的降低接地装置接触电阻，并能延缓活性氯离子对金属接地极腐蚀（PH值为8）理论有效期达30年以上。

3、特殊区段增加避雷器：（1）土壤电阻率高且降低接地电阻困难的区段在相应的支柱上安装避雷器。（2）在雷电活动强烈、落雷概率比较大的地势较高区段相应接触网支柱上增加避雷器。其冲击放电电压必须低于接触网绝缘或电力机车保护电器的冲击放电电压，才可防止避雷器保护范围内的接触网绝缘闪络或电力机车车顶保护电器动作。

六、结论

防雷设备的接地装置是用来向大地引泄雷电流的，降低其接地电阻可以提高耐雷水平。应每年进行一次接地电阻测试，要求阻值不大于10Ω；设备耐雷水平的提高能够对旅客人身安全、设备安全使用等起到极其重要的作用。

参考文献

[1] 刘继.电气装置的过电压保护[M].北京：电力工业出版社，1992.

篇9

接地的实质是控制变电所发生接地短路时，故障点地电位的升高，因为接地主要是为了设备及人身的安全，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数。接地电阻，《电力设备接地设计技术规程》中对接地电阻值有具体的规定，一般不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区，当接地装置要求做到规定的接地电阻在技术经济上极不合理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5Ω，但应采取措施，如防止高电位外引采取的电位隔离措施，验算接触电势，跨步电压等。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。因地层土壤特性在各层具有不同的特性，电阻率可能沿不同路径变化。当计算时选取的土壤电阻率合适，计算结果才能反映接地网的情况。我国是用四管法测量，取10米内的土壤电阻率的平均值。实际工作中对土壤电阻率的测量不够重视，往往是现场观察一下，直接从规程中选取一个参考值进行设计工作，有时进行测量也是测取场地平整前的表层土壤电阻率，不能反映该地区的实际情况。这个工作是接地装置的前期工作，必须充分注意做好。

2接地网设计问题

接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，接地问题越来越受到重视。变电所地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护困难等特点在受到重视。其问题可以归纳为以下几点：一、土壤电阻率的测量工程土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，由于受到测量设备、方法等条件的限制，土壤电阻率的测量往往不够准确。我省地处青藏高原东部，地质结构复杂，变电所占地虽然不大，但多为不均匀地质结构。现在的实测，往往只取3～4个测点，过于简单。二、长孔地网均压线与主网连接薄弱，均压线距离较长，发生接地故障时，沿均压线电压降较大，易造成二次控制电缆和设备损坏。当某一条均压线断开时，均压带的分流作用明显降低，而方孔地网的均压带纵横交错，当某条均压线断开时，对地网的分流效果影响不大。三、关于变电站内一次线对二次线的影响问题随着系统容量的增大及系统短路水平的提高，变电站内一次线对二次线的影响问题越来越突出。系统发生接地短路时，强大的人地电流经地网向地中流散，在接地网上将产生强大的电位升，使接地网上的二次设备和二次电缆呈现很高的电位，很可能造成二次电缆或二次绝缘的击穿或烧毁，这就是反击事故；人地电流可能经电缆的外皮向地中扩散，缆皮温度升高使其绝缘加速老化甚至燃烧，这两种情54•况均能引起高电位引入主控制室，使控制保护设备误动作。同时人地短路电流在地网中流散时，会在电缆芯线上产生较高的感应电压，严重影响到二次电缆的正常工作。四、国外接地装置都使用铜材，而且截面积较大。例如某电厂主变压器区域（比利时设备），在主变压器周围是TJ-150裸铜绞线；跨越主变压器基础，埋在混凝土中的是TJ-185裸铜绞线。我们设计的升压站等，全厂接地装置是钢材。这就有一个钢材被腐蚀而截面积被减少的问题。有两个问题需要讨论：一是接地装置的服务年限；二是腐蚀速度，以及采取的相应防腐措施。从广东省中试所“接地网腐蚀调查情况”看，运行10年及以上的130个35～220千伏变电所的接地装置的挖土检查，有61个接地网有不同程度的腐蚀，占46.92??.腐蚀速度为0.1～0.4?M年。在同一个变电所接地网内，园钢腐蚀的较扁钢快3～4倍。接地网的服务年限如何确定，众说不一。

我们考虑，在设计变电所、发电厂升压站时，是根据5～10年电力系统发展规划进行设计的。10年以后，电力系统发展的大了，主要设备技术性能不能满足要求了，就进行更新换代。接地网设计也按同一原则设计是比较合理的。五、在发生接地故障时，地面上可能出现很高的电位梯度，会给运行人员和设备带来危险；在土壤电阻率很高的情况下，要使接地电阻满足<0．5n的规定非常困难，即使满足此规定，也不可能排除危险，但是只要设计合理，也完全能够达到安全的目的。要考虑电位梯度带来的危险，就不可避免地要对地网上土壤表层的电位分布进行计算，以往对于等间距布置均压导体的矩形地网，均采用简化的计算公式或者经验公式来计算次边角网孔的网孔电压。但要计算地网上土壤表面任何一点的电位，特别是对于复杂形状的地网，这些公式还不太完善。

3关于电力系统接地网设计的几点建议

目前国内的一些研究机关、大专院校从国外引进一些有关接地网计算的程序，其中的土壤电阻率的计算也是采取这种方法。接地线的热稳定截面积计算中，短路电流持续时间的取值。单相短路电流持续时间的取值，直接关系到最大接触电压、跨步电压的允许值，关系到接地线截面积的选择。这个时间的取值方法各异：电力设备接地设计技术规程规定，短路的等效持续时间按主保护动作时间确定，这是考虑到主保护失灵而又遇到系统最大运行方式和最不利的短路点我们位置等各种最不利情况同时出现的概率不高而确定的；另一种意见是计入主保护失灵，加上后备保护动作时间，重合闸断电时间。通常在计算中取1秒。我们考虑，应按实际网络情况，取主保护动作时间加后备动作时间及断路器分闸时间，再为继电保护装置及断路器动作的可靠性留出一定的裕度。另外，主变压器中性点接地线被烧断的事故，这个问题引起我们的充分重视。中性点接地引下线被烧断的原因，主要是选择导线截面时考虑到中性点处的特点不足，不能满足热稳定的要求。在主变压器中性点处，由于单相短路电流的高度集中及继电保护动作时限的差异，往往造成主变压器中性点处的接地引下线稳定截面不够而被烧断。我们认为，在选择主变压器中性点接地引下线时，校验接地引下线用的短路等效持续时间取2秒；主变压器中性点接地引下线不应利用钢支架、电缆穿管的钢体等作接地线用（即暗接地引下线），而应敷设独立的明接地引下线；主变压区域的接地网应相应加强。值得一提的是，架空地线系统的影响对于有效接地系统110kV以上变电所，线路架空地线都直接与变电站内出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，因此，在计算时，应考虑该部分分流作用，发生接地故障时，总的短路电流是一定的，只要增大架空地线的分流电流，就可减小入地短路电流，因此，降低架空地线的阻抗也是安全接地设计重要的一个分支。架空地线采用良导体，正确利用架空地线系统分流，将使地网的设计条件更为有利。

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关键词：高速公路 防雷装置检测 误区

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：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

雷是发生于大气中的一种瞬时高电压、大电流、强电磁辐射的灾害性天气现象。雷电灾害有两类：一类为直接雷击灾害；另一类为感应雷击灾害。前者会直接击死、击伤人畜、击坏输电线、建筑物，甚至引发火灾；后者悄悄发生，不易察觉，主要以电磁感应和过电压波的形式对微电子设备构成危害。两种形式的雷击尽管表现形式不同，但对人们生命财产均构成严重威胁[1]。

随着防雷装置使用年限的累积，加之防雷装置多为露天装设、易受雨雪侵蚀锈蚀，导致性能下降甚至失效，因此对高速公路机电设施定期进行性能检测，对于科学掌握防雷装置性能状态，针对性进行科学维护，保障高速公路机电设施雷电安全具有重要意义。在实际操作过程中，由于高速公路点多线长，机电设施装设环境复杂，加之供电、通讯系统种类多，对防雷装置性能需求不统一，对机电设施防雷装置现场检测工作在仪器使用、测试部位选取和测试结论记录等方面存在较多误区。通过对这些误区的分析和应对，可以使检测工作做到更加科学、有效，更加真实的反映高速公路机电设施防雷装置的性能状态，以及更针对性地提出维护保养以及整改的建议。

1 检测仪器使用的误区分析

目前，对高速公路机电设施防雷装置检测使用的仪器主要包括工频接地电阻测试仪[2]、毫欧表、压敏电压测试仪、电磁屏蔽测试仪、等电位测试仪、土壤电阻率测试仪[2]、静电电压表、万用表。其中，工频接地电阻测试仪、土壤电阻率测试仪和等电位测试仪在使用过程中容易产生误区。

1.1 工频接地电阻测试仪使用误区

接地极位置选择错误。在高速公路收费区检测过程中，工频接地电阻测试仪接地极安放位置附近有供配电设备、地下埋有大尺寸金属物或与被测设备接地位置重合。此类误区导致测试仪表测试结论显示值波动、测试值较实际值偏小。

测试延长线选择错误。由于高速公路机电设施往往沿高速公路路线敷设，在检测过程中需要使用延长测试线的方法，避免反复移动测试仪表，造成测试值失准。但在选择延长线的过程中，检测人员往往不注意测试仪表对线径、线材和线阻的要求，盲目选择粗、长、硬的线材来做测试延长线，导致测试结果失准。

1.2 土壤电阻率测试仪使用误区

常用的土壤电阻率测试仪采用四极法测量土壤电阻率：选取四个接地电极按直线排列，则根据极间距离及测试仪读数即可直接求得土壤电阻率[3]。由于高速公路机电设施敷设多为周边空旷且露天的环境，受雷电直接侵袭和雷击电磁脉冲侵袭概率较大，因此，利用土壤电阻率计算防雷装置散流效率尤为重要。

但在土壤电阻率测试仪使用过程中，受限于测试环境，接地极在沿高速公路线路敷设时，往往与地下大尺寸金属物、管线平行布置，此类误区导致测试仪表测试值较实际值偏小。

1.3 等电位测试仪使用误区

由于受环境限制，在缺少土地供工频接地电阻测试仪测量时，也使用等电位测试仪测试接地电阻。在高速公路机电设施防雷装置检测过程中，往往在收费区测试车道设备、相关机房设备时使用等电位测试仪。等电位测试仪的使用误区主要集中在测试基准点的选取方面，往往在不察觉的情况下利用带弱电性的设备外壳作为测试基准点，造成测试仪表测试结论显示值波动。

2 测试部位选取的误区分析

2.1 防直击雷装置测试部位选择误区

高速公路机电设施防直击雷装置装设位置主要包括高杆灯、广场摄像、自动气象站等，这些设施在装设防直击雷装置时要求各有不同，如自动气象站要求设置独立的引下线和接地装置，不得利用金属支撑杆做引下装置等。但在检测过程中，由于对相关标准不熟悉，检测人员在检测过程中容易错误选择测试部位。

2.2 土壤电阻率测试部位选择误区

高速公路机电设施的接地装置安装位置大多是回填区域，由于高速公路的环境特性，周边农田或林地较多，测试过程中，测试人员在未掌握接地装置是否安装在回填区域的情况下，容易盲目选择土壤电阻率低的农田或林地进行测试，反而无法测得真实数据。

2.3 等电位测试部位选择误区

在对高速公路机电设施进行等电位测试时，测试基准点选择误区已做介绍，此外还存在的误区包括，测试目的不同导致选择测试部位错误，例如，需要测试接地电阻的设备或需要单独接地的设备（消防控制设备等），无法进行等电位测试的情况。

3 测试结论记录使用的误区

高速公路机电设施防雷装置检测需要在一定的环境、气象条件下进行，如周围无大型电磁设备、无雨、非冻土等。不同的环境、气象条件测得的数据，均需要进行修约比较和加权处理后才能客观、科学地显示真实数值，如未进行相关数据处理而直接使用测试值作为结论，往往导致结论失准。

4 结语

防雷装置检测工作是一项技术性、规范性较强的工作，知识技术涉及面广，工作程序要求严谨，测试结论和建议应慎重。从技术方法上讲，无论是国际俗肌⒐家标准还是行业标准都有明确规定。因此，开展防雷装置检测工作时，尤其要结合项目特性，制定科学、全面的检测方案，查阅有关设施设备的防雷标准和要求，切勿由于主观失误造成结论谬误。

参考文献

[1] 金磊.城市灾害学原理[M].北京：气象出版社.

[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，建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京：中国标准出版社.2015.