CN107219405B - 一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法 - Google Patents
一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，包括：获取待测输电线路的杆塔参数；在第k基杆塔注入一测试电流；测量第k+j基杆塔的m个塔腿流入混凝土的电流和通过接地引下线流入接地装置的电流的和Ik+j；测量第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线共同的地电位升Uk+j；根据得到第k+j基杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻Z。本申请公开的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试方法，避免了测试电源回流级的影响，测量的精确度高、工作量小且效率很高，测得电阻为杆塔塔腿基础和接地装置的电阻，能够反映输电线路遭受雷击时的总的电阻，与实际更一致。
Description
技术领域
本申请涉及高压电技术领域，尤其涉及一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法。
背景技术
在电力系统中，将电气设备的某些部分与大地相连接称为接地。电力系统中的接地根据接地目的不同可分为工作接地、防雷接地和保护接地。其中，防雷接地是为了避免雷电的危害，将雷电流通过避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备导入相应的接地装置，进而通过接地装置将雷电流导入大地的一种接地方式。相较其他电气设备，电力系统中的输电线路由于分布广泛，最容易遭受雷击，与输电线路上防雷设备相对应的接地装置为杆塔底部的人工敷设接地装置。国内外的运行经验表明，较低的杆塔接地电阻(杆塔的接地装置的接地电阻)能提高输电线路的防雷效果。
为了保障输电线路的防雷效果，需要定期对杆塔接地电阻进行测量。目前测量接地装置的接地电阻的方法为电位降法(三极法)和钳表法。其中，三级法的测量系统参见图1，如图1所示，三级法的测量系统包括接地装置1、电压极2、电流极3、电压表4、电流表5和电源6，电压极3设置在接地装置1与电流级3之间，d12为接地装置1与电压极2之间的距离，d13为接地装置1与电流极3之间的距离，d23为电压极2与电流极3之间的距离。电源6、接地装置1、大地以及电流极3组成电流回路，电流表5测得电流为通过接地装置1的电流；电压极2为大地零电位参考点，电压表测得电压为接地装置1的电压；通过测得接地装置1的电压与电流，根据二者比值确定接地装置1的接地电阻。
为准确测量接地电阻，电压极2应处于地电位零点处，在土壤电阻率均匀且假设为半球的情况下，通过推导计算可得，当d12＝0.618时，可使接地电阻测量误差为零。但是实际的土壤结构很少为均匀土壤结构以及地下未知的金属管道、距离测量误差等的影响，实际测试过程中电压极很难正好在零电位点上。为了尽量减小测量的误差，需要增加d13，导致电流测量线较长，而且，三级法测量接电阻还需要向大地中分别打入电流极和电压极，测量工作量大。而钳表法只是一种估测的方法，本身带有一定的理论误差，且目前的规程需要满足一定的条件才能采用钳表法进行测量。另外，现有技术中测量的接地电阻为杆塔人工敷设接地装置的接地电阻，忽视了埋入地中的杆塔塔腿基础同样具有将雷电流导入大地的作用，导致现有技术中测量的接地电阻用于判断输电线路的防雷效果偏于保守。
发明内容
本申请提供了一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，以解决现有技术中通过测量接地电阻判断输电线路的防雷效果的可靠性低的问题。
本申请提供了一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，该方法包括：
获取待测输电线路的杆塔参数，其中，所述杆塔参数包括塔腿数m、杆塔数n和接地装置的射线长度l；
在第k基杆塔注入一测试电流，其中，所述第k基杆塔的避雷线与所述第k基杆塔直接连接，k≤n；
测量第k+j基杆塔的m个塔腿流入混凝土的电流和通过接地引下线流入所述接地装置的电流的和Ik+j，其中，j为大于或小于零的整数；
测量所述第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线共同的地电位升Uk+j；
根据得到所述第k+j基杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻Z。
优选地，所述测试电流的注入位置包括所述第k基杆塔的塔腿处。
优选地，所述测试电流的大小与所述第k基杆塔、第k+j基杆塔之间的间距正相关。
优选地，测量第k+j基杆塔的m个塔腿流入混凝土的电流和通过接地引下线流入所述接地装置的电流的和，其中，j为大于或小于零的整数，包括：
将m个线圈分别布置在m个塔腿的接地引下线以上部分；
将所述m个线圈均连接到示波器，获取m个线圈测得电流的和Ik+j。
优选地，测量所述第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线共同的地电位升Uk+j，包括：
设置一个辅助电压接地极，所述辅助电压接地极与第k+j基杆塔的塔腿之间的间距大于所述杆塔塔腿基础的深度和所述射线长度l；
测量所述辅助电压接地极和第k+j基杆塔的塔腿接触大地处之间的地电位升Uk+j。
优选地，所述射线长度l小于或等于100米。
优选地，所述辅助电压接地极埋入大地中的深度大于或等于20厘米。
优选地，所述地电位升Uk+j取多次测量的平均值，且在所述多次测量中，所述辅助电压接地极和所述第k+j基杆塔的间距依次增加。
优选地，所述测试电流的频率大于或小于工频电流频率。
本申请提供的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法的有益效果包括：
本申请提供的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，通过向第k基杆塔上注入测试电流，使第k+j基杆塔上带有部分测试电流；通过测量第k+j基杆塔塔腿流入混凝土的电流和通过接地引下线流入接地装置的电流的和，获得第k+j基杆塔的入地总电流；通过测量第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线共同的地电位升，获得第k+j基杆塔带有部分测试电流后造成的地电位升；通过计算第k+j基杆塔地电位升和入地总电流的比值，获得第k+j基杆塔的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻。本申请提供的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试方法，注入电流的杆塔为k基杆塔，测量入地电流和地电位升的杆塔为k+j基杆塔，两基杆塔的间距通常较大，避免了电源回流级的影响，测量的精确度高；不需要向大地中分别打进一个电流极和电压极以及铺设较长的电流测量线，测试工作量小；可同时进行多基杆塔的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测量，测量效率高；进一步的，本申请测量的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻为杆塔入地部分的电阻，入地部分包括塔腿基础和接地装置，更能反映输电线路实际防雷效果，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中三级法测量接地电阻的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试系统的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种测量入地总电流的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种测量地电位升的示意图；
符号表示为：
11-试验电源，12-第k基杆塔，13-架孔地线，14-第k+j基杆塔，15-电压测量装置，16-示波器，17-地电位升辅助接地桩，18-接地装置，19-接地引下线。
具体实施方式
参见图2，为本申请实施例提供的一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法的流程示意图。如图2所示，本申请实施例提供的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，具体包括以下步骤：
步骤S110：获取待测输电线路的杆塔参数，其中，杆塔参数包括塔腿数m、杆塔数n和接地装置的射线长度l。
具体的，塔腿数m与杆塔材质有关，通常水泥塔m为2、钢管塔m为1、铁塔m为4，杆塔数n与线路长度有关，通常大于等于2，射线长度l通常大于或等于100米。
步骤S120：在第k基杆塔注入一测试电流，其中，第k基杆塔的避雷线与第k基杆塔直接连接，k≤n。
具体的，选取待测输电线路上n基杆塔中的第k基杆塔作为测试电流注入点，其中，第k基杆塔的避雷线与第k基杆塔直接连接，k≤n。测试电流的一部分经避雷线流入第k基杆塔的塔腿基础和接地装置中，另一部分经第k基杆塔上的架空地线流向其他杆塔，如第k+j基杆塔上的架空地线，其中，j为大于或小于零的整数，j的取值与测试电源的功率、电流和第地电位升测量装置的灵敏度和精确度有关，进而流向第k+j基杆塔的塔腿基础和接地装置中。本申请实施例中，通过测量第k+j基杆塔等其他杆塔的塔腿基础和接地装置接地电阻，反映待测输电线路遭受雷击时总的电阻。试验电源的电流可选择100A，第k+j基杆塔处的测试电流的大小与第k基杆塔、第k+j基杆塔之间的间距正相关。其他杆塔如第k+j基杆塔与电流注入杆塔，即第k基杆塔之间的间距较大，能够避免电源回流级的影响，使接地电阻测量的精确度大大提高。更为具体的，测试电流的注入位置为第k基杆塔的塔腿处。从第k基杆塔的塔腿处注入测试电流，满足第k+j基杆塔和注入电流处间距的要求，且注入方便。
进一步的，测试电流的频率优先选择异于工频频率50Hz的电流频率。当第k基杆塔上的线路正常输送电时，第k基杆塔上的架空地线上将会有频率为工频的感应电流，并流向其他杆塔。因此，采用异于工频频率的测试电流注入到第k基杆塔上，使后续步骤测量流入其他杆塔架空地线的测试电流时能够与感应电流进行区分，从而在测量过程中无需停电，不影响待测输电线路的正常输送电，且提高测试的准确性。
步骤S130：测量第k+j基杆塔的m个塔腿流入混凝土的电流和通过接地引下线流入接地装置的电流的和Ik+j，其中，j为大于或小于零的整数。
具体的，将m个线圈分别布置在m个塔腿的接地引下线以上部分，则线圈测得的电流为入地电流，本申请实施例中，入地总电流指经杆塔的四个塔腿基础流入混凝土的电流以及经接地装置流入大地的电流之和。将m个线圈均连接到示波器，获取m个线圈测得电流的和Ik+j，电流Ik+j为第k+j基杆塔的入地总电流。
步骤S140：测量第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线共同的地电位升Uk+j。
具体的，第k基杆塔与第k+j基杆塔之间的电场影响范围为第k基杆塔与第k+j基杆塔之间的区域，本申请实施例中，通过设置一个辅助电压极作为参考零电位，将辅助电压极设置在与第k+j基杆塔的塔腿之间的间距大于射线长度l处，即设置在第k基杆塔与第k+j基杆塔之间的区域外、且距离k+j基杆塔100m外的大地内，能够避免电源回流极对参考零电位的影响，使参考零电位更接地无穷远处的大地零电位，提高了参考零电位的准确性。
进一步的，辅助电压极可选为地电位升辅助接地桩，地电位升辅助接地桩设置在大地中的深度优选为20厘米以上。在进行测量时，将电压装置测量装置的正极触头接第k+j基杆塔的塔腿接触大地处，负极触头接地电位升辅助接地桩，测量的电压即为第k基杆塔入地部分和辅助电压极之间的电压，该电压可作为第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线在测试电流作用下共同的地电位升Uk+j。
更进一步的，辅助电压极的数量可设置为多个，多个辅助电压极与k+j基杆塔的间距依次增加。多次测量地电位升Uk+j，并取平均值，将平均值作为第k+j基杆塔的地电位升，准确性更高。
步骤150：根据得到第k+j基杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻Z。
具体的，获取步骤S130中测得的入地总电流和步骤S130中测得的地电位升。根据地电位升和入地总电流的比值得到第k+j基杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻Z。
为对上述杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻的测试方法进一步说明，本申请实施例还提供了一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试系统。参见图3，为本申请实施例提供的一种杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试系统的结构示意图。如图3所示，本申请实施例提供的一种杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试系统，包括试验电源11、第k基杆塔12、架空地线13、第k+j基杆塔14、电压测量装置15、示波器16、地电位升辅助接地桩17、接地装置18和接地引下线19。
具体的，试验电源11与第k基杆塔12的塔腿连接，第k基杆塔12与第k+j基杆塔14通过架空地线13连接，第k+j基杆塔14的塔腿通过接地引下线19与接地装置18连接，地电位升辅助接地桩17与电压测量装置15的正极端连接，第k+j基杆塔14和大地的相接处与电压测量装置15的负极端连接。
利用本申请实施例提供的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试系统测试杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻时，利用试验电源11向第k基杆塔12的塔腿处注入测试电流Is，测试电流中的一部分经第k基杆塔12流入大地，这一部分标记为第一入地电流IG1；测试电流中的另一部分经第k基杆塔12流入架空地线13，这一部分电流标记为IT1。流入架空地线13的电流IT1的一部分流向第k+j基杆塔14，这部分电流标记为Iw2(包括Iw21、Iw22、…、Iw2n)；电流IT1的另一部分流向其他杆塔，这部分电流标记为Iw1(包括Iw11、Iw12、…、Iw1n)。流到第k+j基杆塔14的电流Iw2，一部分流入第k+j基杆塔14，这一电流标记为IT2；电流Iw2的另一部分经过第k+j基杆塔14后继续前进，这部分电流标记为Iw3(包括Iw31、Iw32、…、Iw3n)。其中，电流IT2的一部分经第k+j基杆塔14的塔腿直接流入到与其相接触的大地中，这一部分电流标记为IG21；另一部分经第k+j基杆塔14的塔腿流入接地装置18，经接地装置18流入到大地中，这一部分电流标记为IG22。
由电流IT2的流向可得，测量第k+j基杆塔14的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻，即测量第k+j基杆塔14中埋入大地部分的塔腿电阻与接地装置18的电阻之和，更能反映第k+j基杆塔14的接地效果。测量杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻，需要得到电流IG21与电流IG22的和，即入地电流IT2。参见图4，为本申请实施例提供的一种测量入地总电流的示意图。如图4所示，第k+j基杆塔14的塔腿的接地引下线以上部分套设有电流探头，电流探头与示波器16连接。具体的，第k+j基杆塔14的各塔腿的接地引下线以上部分均套设有电流探头，多个电流探头将测量的电流汇聚传输到示波器16中，利用示波器16可计算入地总电流IT2。
参见图5，为本申请实施例提供的一种测量地电位升的示意图。如图5所示，第k+j基杆塔14的塔腿与大地接触处与电压测量装置15正极连接，电压测量装置15负极与地电位升辅助接地桩17连接。利用电压测量装置15可测得第k+j基杆塔14地电位升。根据地电位升与入地电流IT2的比值，可获得第k+j基杆塔14的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻。
进一步的，本申请实施例中，由于向杆塔塔腿注入测试电流时，测试电流沿着架空电线可流向多根杆塔，因此，可同时对多根杆塔进行杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测量。例如，当向第n基杆塔注入测试电流时，其中，n大于或等于1，可同时测量第9基、11基、12基等杆塔的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻，测试效率高。
由上述实施例可见，本申请提供的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试方法，通过向第k基杆塔上注入测试电流，使第k+j基杆塔上带有部分测试电流；通过测量第k+j基杆塔塔腿流入混凝土的电流和通过接地引下线流入接地装置的电流的和，获得第k+j基杆塔的入地总电流；通过测量第k+j基杆塔的塔腿和接地引下线共同的地电位升，获得第k+j基杆塔带有部分测试电流后造成的地电位升；通过计算第k+j基杆塔地电位升和入地总电流的比值，获得第k+j基杆塔的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻。本申请提供的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测试方法，注入电流的杆塔为k基杆塔，测量入地电流和地电位升的杆塔为k+j基杆塔，两基杆塔的间距通常较大，避免了电源回流级的影响，测量的精确度高；不需要向大地中分别打进一个电流极和电压极以及铺设较长的电流测量线，测试工作量小；可同时进行多基杆塔的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻测量，测量效率高；进一步的，本申请测量的杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻为杆塔入地部分的电阻，入地部分包括塔腿基础和接地装置，更能反映输电线路实际防雷效果，可靠性高。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
Claims (5)
1.一种输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，其特征在于，包括：
获取待测输电线路的杆塔参数，其中，所述杆塔参数包括塔腿数m、杆塔数n和接地装置的射线长度l；
在第k基杆塔的塔腿处注入一测试电流，其中，所述第k基杆塔的避雷线与所述第k基杆塔直接连接，k≤n，所述测试电流的大小与所述第k基杆塔、第k+j基杆塔之间的间距正相关；
将m个线圈分别布置在m个塔腿的接地引下线以上部分；
将所述m个线圈均连接到示波器，获取m个线圈测得电流的和Ik+j；
设置一个辅助电压接地极，所述辅助电压接地极与第k+j基杆塔的塔腿之间的间距大于所述杆塔塔腿基础的深度和所述射线长度l；
测量所述辅助电压接地极和第k+j基杆塔的塔腿接触大地处之间的地电位升Uk+j；
根据得到所述第k+j基杆塔塔腿基础及接地装置共同的接地电阻Z。
2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，其特征在于，所述射线长度l小于或等于100米。
3.根据权利要求1所述的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，其特征在于，所述辅助电压接地极埋入大地中的深度大于或等于20厘米。
4.根据权利要求1所述的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，其特征在于，所述地电位升Uk+j取多次测量的平均值，且在所述多次测量中，所述辅助电压接地极和所述第k+j基杆塔的间距依次增加。
5.根据权利要求1所述的输电线路杆塔塔腿基础及接地装置接地电阻测试方法，其特征在于，所述测试电流的频率大于或小于工频电流频率。
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2017
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Patent Citations (5)
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