FORMTEXTDLICSFORMTEXT?????FORMTEXT點擊此處添加中國標準文獻分類號FORMTEXT備案號：FORMTEXTDL/TFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT201電力行業(yè)接地系統土壤電阻率、接地阻抗和地表電位測量技術導則GuideforMeasuringEarthResistivity,GroundImpedance,andEarthSurfacePotentialsofaElectricPowerGroundingSystem（征求意見稿）FORMTEXT國家能源局???發(fā)布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXT201X-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施DL/TXXXXX—201電力行業(yè)接地系統土壤電阻率、接地阻抗和地表電位測量技術導則1范圍本標準規(guī)定了電力接地系統土壤電阻率、工頻接地阻抗、地表電位、跨步電位差、接觸電位差、轉移電位差、電流分流、電氣完整性和沖擊接地阻抗測試的一般原則、內容、方法。本標準適用于變電站、輸配電線路、發(fā)電廠、換流站、風力發(fā)電系統的升壓站和風力發(fā)電機、光伏電站、儲能電站、電氣化鐵路牽引變電站等接地系統設計勘察、交接驗收試驗，已運行接地系統的狀況評估和預防性（例行）試驗。其他行業(yè)接地系統可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T50065-2011交流電氣裝置的接地設計規(guī)范DL/T475-2017接地裝置特性參數測量導則DL/T5224-2014高壓直流輸電大地返回系統設計技術規(guī)范3術語和定義下列術語和定義適用于本標準。3.1土壤（大地）電阻率soil(earth)resistivity單位立方體土壤相對兩面間所呈現的電阻，其單位用歐姆·米（Ω·m）表示。3.2視在土壤電阻率apparentsoilresistivity單位立方體不同性質的土壤的總體等效電阻率，其單位用歐姆·米（Ω·m）表示。3.3耦合coupling在兩個或兩個以上電路或系統間，可進行一電路（系統）到另一電路（系統）功率或信號轉換的效應。3.4接地極互阻mutualresistanceofgroundingelectrodes一個接地極中的電流變化在另一接地極中產生的電壓變化，以歐姆（Ω）表示。3.5等電位線equipotentiallineorcontour在給定時間內所有等電位點的軌跡。3.6接地ground在系統、裝置或設備的給定點與局部地之間做電連接。3.7接地（引下）線groundingconductor電力設備應接地的部位與地下接地極之間的金屬導體。3.8接地極groundelectrode埋入地中直接與大地接觸的，具有接地功能的金屬導體。3.9接地裝置groundingdevice接地極與接地線的總和。3.10接地網groundgrid由垂直和水平接地極組成的，供發(fā)電廠、變電站使用的，兼有泄流和均壓作用的水平網狀接地電極，其是接地電極的一種特殊形式。3.11接地系統groundingsystem在特定區(qū)域內由所有互相連接的多個接地裝置組成的系統。注：這些接地裝置往往大小不一，小的可能僅包括幾個接地棒，大的可能設有許多的接地棒或接地井、直埋導線和外部接地端子。外部接地端子包括架空屏蔽線、接地線、中性線、地下電纜屏蔽層、中性點、（架空線防雷保護用）接地極、接地網聯絡線、金屬管及其他提供額外的遠方大地連接通道的接地端子。3.12接地阻抗groundimpedance接地裝置對遠方電位零點的阻抗。數值上為接地裝置與遠方電位零點間的電位差，與通過該接地裝置流入地中的電流的比值。注：輸配電線路桿塔等小型接地裝置的接地阻抗主要由電阻構成，與之不同的是，大型接地系統，尤其在低土壤電阻率區(qū)域，接地阻抗中的電抗分量較大。為避免混淆，本導則用“電阻”表示輸配電線路桿塔等小型接地裝置的阻抗3.13工頻接地阻抗powerfrequencygroundimpedance根據通過接地極流入地中工頻交流電流求得的阻抗。3.14沖擊接地阻抗impulsegroundimpedance根據通過接地極流入地中沖擊電流求得的接地阻抗。注：沖擊接地阻抗為同一時刻的電壓與電流值之比，為暫態(tài)量。工程中常用沖擊接地電阻，即接地極上對地電壓的峰值與電流的峰值之比來表征接地裝置沖擊特性。為工程測量使用方便，本導則沖擊接地阻抗無特殊說明處，均為接地裝置上的沖擊電壓峰值與沖擊電流峰值之比。3.15地電位升groundpotentialrise(GPR)電流經接地裝置的接地極流入大地時，接地裝置與參考地之間的電位差。3.16場區(qū)地表電位梯度分布surfacepotentialdistribution當接地短路故障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分布。地面上水平距離為1.0m的兩點間的電位梯度稱為單位場區(qū)地表電位梯度。3.17跨步電位差steppotentialdifference當接地短路故障電流流過接地裝置時，地面上水平距離為1.0m的兩點間的電位差。3.18接觸電位差touchpotentialdifference當接地短路故障電流流過接地裝置時，地面與接地結構（如設備外殼、架構或圍欄）之間的電位差。3.19分流系數currentsplitfactor經接地網散流的故障電流與總的接地短路故障電流之間的比值稱為分流系數。4測試內容4.1土壤電阻率測量測量土壤電阻率有助于：（1）估算接地系統的接地阻抗。（2）估算電位梯度，包括跨步電位差和接觸電位差。（3）計算相鄰近的電力線路和通信線路間的耦合效應。（4）設計陰極保護系統。（5）設計輸電線路與管道之間的解耦措施。4.2接地阻抗和電位梯度測量測量接地電阻或接地阻抗以及因地電流產生的地表電位梯度有助于：（1）驗證新建接地系統能否滿足設計要求。（2）發(fā)現現有接地系統中的變化。（3）復查現有變電站的跨步電位差和接觸電位差是否安全。（4）確認新變電站的跨步電位差和接觸電位差設計值。（5）確定地電位升（GPR），用于電力線路和通訊線路的保護設計。5土壤電阻率測量5.1概述對于大多數的土壤電阻率測量技術實際上是一樣的，但是對測試數據的分析卻可能是多樣的，尤其是對于多種土壤電阻率的復雜土壤分析時，情況更是如此。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變化規(guī)律見REF_Ref20145933\n\h圖1。a）加鹽b）濕度c）溫度土壤電阻率曲線海水地區(qū)的土壤電阻率小于1Ω?m，而砂巖地區(qū)的土壤電阻率高達109Ω?m。溫度自25℃向0℃下降時，土壤電阻率隨之緩慢上升。在0℃以下，則迅速上升。而凍土（如冬天的表層土壤）的土壤電阻率可能非常地高。各種土壤和水的電阻率參見附錄A。通常土壤有若干層，層與層的土壤電阻率不同。土壤電阻率還存在橫向上的變化，但一般是漸變的，在測量地段附近可不考慮土壤電阻率的橫向變化。在大多數情況下，土壤電阻率主要是深度的函數。一般函數比較復雜，為便于分析測試數據，可先建立一個能給出最優(yōu)近似值的簡單等價函數。對于電力線路和通信線路接地系統的設計，兩個水平層的土壤構造或指數函數的土壤構造可以取得較好的近似效果。接地裝置的地表電位梯度主要是上層土壤電阻率的函數，接地電阻主要是深層土壤電阻率的函數，深層土壤電阻率是指深度大致為水平接地極直徑或十倍于垂直接地極深度的土壤電阻率。為此，在對站址土壤電阻率進行測試時，測試深度應不低于擬建接地裝置最大對角線。當布線空間路徑有限時，可酌情減少，但至少應達到最大對角線的三分之二。極間距離的取值可為5、10、15、20、30、40m、……，以獲取更為詳細的土壤數據用以分析土壤構造。5.2土壤電阻率測試方法5.2.1地質資料和土壤試樣法安裝接地裝置的地區(qū)總要進行大規(guī)模的巖土工程，通常要進行地質勘探，以獲取有關土壤特性和構造的數據。地質資料法是通過獲取地質勘探資料來分析判斷土壤電阻率。土壤試樣法是通過鉆探得到地下不同深度的土壤試樣，在實驗室中進行試樣分析，得到隨深度變化的土壤電阻率分布情況。一般是用已知尺寸的土壤試樣相對兩面間所測得的電阻值來確定土壤電阻率，但土壤試樣和測試電極的接觸電阻會帶來一定的誤差。對試樣進行電阻率測量來得到土壤電阻率近似值是有困難的，且在某種情況下是無法做到的。一是難于獲取有代表性的土壤試樣；二是難以在試驗環(huán)境下模擬原有土壤的緊密性和水分含量。5.2.2深度變換法深度變換法又稱三極法，其原理是測量埋入地中試驗電極的接地電阻，利用接地電阻的計算公式反推出土壤電阻率。深度變換法需逐步增加試驗電極的埋深并測量接地電阻，其目的是促使更多的測試電流流過深層土壤。所測的電阻值將反映各個埋深的視在土壤電阻率。宜使用接地棒作為試驗電極，因為它有以下兩項重要的優(yōu)點：（1）準確計算接地棒的理論接地電阻值是比較容易的，因而分析測試結果也較為容易。（2）將接地棒打入土壤時可以了解接地棒安裝時能夠打入多深。測試時應注意，接地棒在打入過程中由于振動而導致沿長度方向與土壤接觸不良，折算后與真實視在電阻率之間存在偏差。深度變換法能測量到試驗電極鄰近地區(qū)（相當于該試驗電極長度的5～10倍）的土壤特性。用6.2條所述的任一方法，可完成上述測量。為使所測得的接地電阻值盡可能準確，宜采用電位降法測量。對于大面積的測試地區(qū)，可設置多個電極測點，以獲知土壤電阻率的橫向變化。由于在一些土壤中無法打入很長的接地棒，如要測量大體積的土壤（面積大、深度也大），應采用四極法。5.2.3四極法要對大體積未翻動土壤進行土壤電阻率的測量，最準確的方法是四極法，它是歐姆定律的現場應用。測量時，在被測土壤中插入四個輔助電極并保持在一條直線上，埋入深度均為b。使測試電流I流入外側的兩電極，外電極產生的電流場在內電極上產生電位差V，可用電位差計或高阻電壓表測量。V/I即為電阻R。四極法的兩種型式：（1）等距法或溫納（Wenner）法采用此種方法時，電極按\o"CurrentDocument"\hREF_Ref20146006\n\h圖2(a)所示，等距布置。設a為相鄰兩電極的間距，則以a、b表示的視在電阻率ρ為：（1）式中：ρ——視在土壤電阻率；R——所測電阻；a——電極間距；b——電極深度。理論上，電極應當為半徑為b的點接觸型電極或半球型電極。然而實際上，四個電極通常置于間距為a的直線上，入地深度不超過0.1a。因而可假定b=0，則公式簡化為：（2）通過公式得出深度為a的視在土壤電阻率近似值。在不同的電極間距下得出的一組視在土壤電阻率數據，以這些數據與間距的關系繪成曲線，即可判斷該地區(qū)是否存在多種土壤層或是否有巖石層，并得出各層土壤的電阻率和深度\o"CurrentDocument"\h（見REF_Ref20146079\n\h圖3）(a)等間距法(b)不等間距法四極法（2）非等距法或施倫貝格-巴莫（Schlumberger-Palmer）法溫納法的一個缺點是當電極間距較大時，內側兩個電極的電位差迅速下降，給測試帶來困難。溫納法的另一個缺點是在每一個待測深度上都需要重新布置四個電極。為了測量大間距電流極之間的土壤電阻率或提高測量速率，可采用REF_Ref20146006\n\h圖2(b)的布置方式。在測試過程中，內側的電極間距變小，外側的電極間距變大。只需要改變外側電極的位置即可。與溫納法相比，測量不同深度土壤電阻率時，非等距法的速度更快。如果電極的埋地深度b與其間距d和c相比很小，且c>2d時，則所測視在土壤電阻率可按下式計算：ρ=πc(c+d)R/d（3）按照公式（3）計算的電阻率是近似深度（2c+d）/2處的視在電阻率，（2c+d）/2是從測試電極的中心處到外側電流極的距離，見REF_Ref20146006\n\h圖2(b)。典型的土壤電阻率曲線5.2.4大地電磁勘探（MT）法該方法是建立在大地電磁感應原理基礎上的電磁測量方法，利用趨膚效應原理，將趨表深度視為勘探深度，通過改變頻率，可獲取不同勘探深度及其實在電阻率。MT法可探測地下數百米到數百公里深度范圍內的電性變化，對研究大地深部電性分層是一種十分有效的方法，其具體勘探方法可參照DL/T5224-2014第E.0.4條執(zhí)行。5.3測試數據的分析5.3.1總則對現場測試數據的分析是測量過程中最困難的部分。由于土壤構造的不均勻性，土壤電阻率的變化大且規(guī)律復雜。應對土壤構造建立一個簡單的等效模型。模型的建立取決于：（1）測量的準確性和范圍；（2）測量方法；（3）數學運算的復雜性；（4）測量的目的。多數情況下兩層等效模型可以滿足電力工程要求，不需要大量的數學運算。也可借助計算機的解決方案，有效地估算各種測量技術下的多層土壤模型。5.3.2地質資料和土壤試樣法可通過附錄A列出的土壤分類，分析地質勘探所提供的圖表資料。根據簡單的土壤類型分類建立精確的土壤模型是很困難的，這些分類只用于對各類土壤的電阻率進行粗略估計。5.3.3深度變化法將接地棒打入不同的深度，測試其接地電阻。利用均勻土壤中接地棒接地電阻的簡化計算公式，推導出接地棒埋入深度的視在土壤電阻率并繪成曲線，可通過查對視在土壤電阻率曲線解釋測試數據，確定土壤參數。典型分析實例參見附錄B。當使用數值分析方法確定土壤參數時，可以采用基于分層土壤模型的更精確的公式（見附錄C），代替假設土壤電阻率均勻的簡化公式。用簡單的計算機程序或用試探法，得到與所測接地棒接地電阻值相吻合的土壤模型數據（見附錄D）。用深度變化法無法測得距試驗電極較遠區(qū)域（距離大于試驗電極地下部分長度的5～10倍）的土壤電阻率。對于大面積的測試區(qū)域，可分塊測試以掌握土壤電阻率的橫向變化情況。5.3.4四極法四極法所測的視在土壤電阻率與電極間距的關系曲線即表示土壤的構造。從曲線上不易確定各層土壤的厚度，可使用經驗方法確定土壤層厚度。（1）吉什-龍尼（TheGishandRooney）法：該法通過土壤電阻率曲線形狀的變化判斷，在曲線曲率轉折或變化時，與電極間距相等的深度處，開始出現另一層土壤。（2）蘭開斯特-瓊斯（TheLancaster-Jones）法：在曲線出現曲率轉折點時，即是下一層土壤，其深度為所對應電極間距的2/3處。（3）佐迪（Zohdy）指出，有五條規(guī)律適用于所測的視在土壤電阻率與電極間距a的關系曲線：a）計算的視在電阻率總是正的。b）像實際電阻率隨深度增加或減小一樣，視在電阻率會隨著電極間距增大或減小。c）視在電阻率發(fā)生最大變化時的電極間距要大于實際電阻率發(fā)生相應變化時的深度。因此，視在電阻率的變化總是繪制在實際電阻率變化相對應的電極間距的右側。d）視在電阻率與試驗電極間距的曲線幅度總是小于或等于實際電阻率與深度的曲線幅度。e）在多層模型中，厚土層的實際電阻率變化會產生視在電阻率曲線出現類似的變化。應注意曲線中的試驗電極間距并非對應于電阻率發(fā)生變化的實際深度，并且視在電阻率的大小與實際電阻率的大小也有差異。也可以采用特定的土壤模型，如假定土壤是同質的、分層的或按指數變化的。對于每一種土壤模型，其視在土壤電阻率與各土壤參數之間的數學關系需是已知的或是易于計算的。應根據測量目的選取最佳模型，通常用兩層土壤模型能得到較好的結果。附錄C和附錄D中的方法可用來確定符合均勻或兩層土壤模型的土壤參數。也可以使用通過仿真軟件確定分層土壤模型，具體方法與應用實例見附錄E。5.3.5大地電磁勘探（MT）法MT法可探測地下數百米到數百公里深度范圍內的電性變化，對研究大地深部電性分層是一種十分有效的方法，其對現場測試數據的分析方法可參照四極法進行。6接地阻抗6.1 概述接地阻抗測量是接地裝置最常見的試驗，其測量數據可以用于快速估算接地裝置的電位升。對于變電站接地網，其設計主要圍繞控制接地網內地表電位梯度在安全限值以內開展并保障人員和設備安全。對于輸電線路和配電線路桿塔，接地裝置設計和安裝的目的是將其相對于遠方大地的接地阻抗限制在特定范圍內，以便獲得更好的防雷效果。無論哪種情況，接地網或接地電極的接地阻抗測量都是接地系統設計和分析應用中的重要組成部分。接地裝置的阻抗在很大程度上取決于其周圍土壤的電阻率，接地裝置埋地接地導體的延伸范圍及形狀。接地阻抗會隨季節(jié)變化，因為在不同的季節(jié)，土壤的溫度、含水量和密度會有所不同。為盡可能減小接地阻抗測量值與計算值之間的差異，應在與測量土壤電阻率類似的天氣條件下完成接地阻抗測量。同樣，對于受季節(jié)變化影響較大的接地裝置，可在不利的天氣條件下進行土壤電阻率測量，以便設計人員獲得更嚴格的土壤數據。接地裝置安裝以后，隨著每年的周期性氣候變化，土壤密實度發(fā)生變化，導致在安裝后一至兩年內，接地阻抗呈降低趨勢。在安裝后的一兩年后，接地阻抗通常每年變化不會太大。計算和經驗表明，在給定的土壤條件下，接地阻抗很大程度上取決于接地網的整體尺寸。在現有接地網中增加導體和接地棒的數量也有助于降低接地阻抗。但隨著導體或接地棒的不斷增加，其降阻效果相應減少。接地裝置的阻抗是復數阻抗，包含電阻分量、電容分量和電感分量，所有這些分量都影響接地電路的載流能力。如果接地裝置足夠小，接地阻抗主要由電阻分量構成，其對接地裝置工頻特性影響較大。當電阻分量不構成接地阻抗的主要組成部分時，電容分量和電感分量對接地裝置高頻暫態(tài)特性影響較大，例如無線通信設備、防雷設備或大型的接地網。6.2測量接地阻抗的方法6.2.1概述現場接地阻抗的測試方法主要有用于小型接地裝置的簡單測量方法，包括兩點法和三點法；用于大型接地裝置測量的方法，包括電位降法和三極法，三極法又稱為電流－電壓表法；用于輸電和配電線路桿塔接地極測量的方法，包括鉗表法/回路電阻法和電位降-電流表法。各種方法都有其優(yōu)點和局限性，現場使用是應根據測量目的及測量對象選擇適當的測量方法。6.2.1兩點法使用兩點法時，將待測接地極與一個輔助接地極串聯后進行測量。與待測接地極的電阻相比，輔助接地極的電阻可以忽略不計。因此，測量值即為待測接地極的電阻。兩點法通常應用于有金屬自來水管道且管道接頭無絕緣的建筑物的單根接地棒接地電阻的測定。該水管即輔助接地極，其接地電阻假定為1Ω數量級，與接地棒的最大允許接地電阻（通常為25Ω數量級）相比應較低。在測試低電阻接地極時這種方法會出現較大誤差。如果待測接地極和輔助接地極彼此太接近，則接地極之間的互阻也可能導致測量誤差。兩點法適用于僅需判斷通過或不通過的測試。6.2.2三點法三點法使用兩個輔助電極，其電阻分別為R2和R3。待測電極的電阻為R1。每對電極之間的電阻分別為R12、R13和R23。其中：R12=R1+R2，以此類推。求解三個聯立方程，結果如下：(4)測量每對接地極的串聯電阻并將電阻值代入方程中，可以得出R1的值。如果兩個輔助電極的電阻比被測電極的電阻高得多，那么最終結果中每次測量的誤差會被進一步放大。為獲得準確的測量結果，電極之間的距離要足夠遠，以減少電極之間的互阻。如果電極之間的距離不夠，則可能出現零電阻或負電阻的情況。測試接地極的接地電阻時，三根電極間距至少為被測極棒埋深的3倍。輔助電極的埋深應小于或等于被測電極埋深。該方法適用于小型接地極接地電阻的粗略測量。在測試大型接地系統或復雜接地系統時，尤其是對準確度要求較高時，應采用其他測量方法。6.2.3故障電流法（實測法）當需要在某個特定接地裝置上獲得特定數據時，可以在全電壓或降壓運行的條件下進行多級大電流測試。該測試可以通過記錄被測電路中所選測試點之間的電壓和電流完成，最方便的方法是使用系統現有故障記錄儀中的備用采集通道。由于被測的電壓和電流的量級通常較高，可使用衰減電路（電流互感器、電壓互感器、分壓器等）進行測量。可通過電位降測試來估算待測的電壓。為提高測量精度，記錄設備的輸入阻抗需要高于被測的電阻。測試電路中可以設置一個連接到電壓互感器一次側的高電阻輔助電極，通過在電壓互感器和輔助電極之間插入可變電壓源來產生待測電壓，校準記錄裝置。6.2.4電位降法電位降法（FOP）是在被測接地電極G和電流極C之間施加試驗電流，然后測量G與電位極P之間的電壓，如REF_Ref20146209\n\h圖4所示。為減小電流極被測接地電極間互阻的影響，電流極通常布置于距離被測接地電極很遠的地方。電位極的布置方向通常與電流極相同，但是也可以方向相反，如REF_Ref20146209\n\h圖4所示。G:被試接地裝置；C:電流極；P:電位極；D:被試接地裝置最大對角線長度；d:電流極與被試接地裝置中心的距離；x:電位極與被試接地裝置邊緣的距離。電位降法電位極位置的選取對于提高接地極電阻的測量精度至關重要。電位極的位置要確保其不受任何被測接地極和電流極的影響。流過待測接地極G和電流極C的電流，使地面電位變化，在零電位面附近的電位變化很小。在移動電位極時，如果發(fā)現某區(qū)域的電位變化最小，即為零電位面。在測試時，電位極從待測接地極G邊緣處開始，逐點向外移動（50m或100m或200m），每一點測出一個視在接地阻抗值，畫出視在接地阻抗隨間距變化的曲線，該曲線轉入水平階段的歐姆值，即當作待測接地極的真實接地阻抗值，如REF_Ref20146269\n\h圖5。電位降法測試接地阻抗實例為了獲得曲線的水平部分，應將電流極置于待測接地極作用范圍以外。在該范圍以外，地電流所引起的地電位升可忽略不計。理論上，待測接地極的作用范圍可延伸到無窮遠，實際上由于該作用范圍與待測接地極距離的多次冪成反比，其作用范圍是有限的。在測量接地阻抗在1Ω及以下的大型接地網或多根深埋接地棒時，應考慮并測定其作用范圍。通常，此距離至少為被測接地極最大對角線長度D的5倍以上。對于像單根接地棒、桿塔基礎（未與架空地線或地線相連）這樣的小面積的接地極，可按50m數量級的間距設置電流極，此時待測接地極的作用可忽略。需要注意的是，對于非均勻土壤可能沒有或很難尋找曲線的水平區(qū)域。低電阻率區(qū)域的場強很小，在這個區(qū)域的電位變化也很小，測量時有可能將該區(qū)域作為零電位區(qū)域，這會給測試結果帶來很大誤差。可通過延長電流回路的方法來改變電位零點的位置，或者是考慮以其它方法來測試和校驗。6.2.5三極法6.2.5.1補償法對于電位降法，所要求的間距有時在實際測試中很難滿足，縮短測試距離會帶來兩個問題：（1）由于待測接地極到電流極之間的電位分布曲線下降的很快，因此曲線的水平區(qū)域很難達到。（2）由于電流極的影響，此時待測接地極的GPR降低，如果將此時的GPR值除以注入電流值作為所測接地阻抗，則與實際接地阻抗真實值有較大誤差。應將電位極向電流極移動，來補償電流極拉低的GPR值，此時測得的電位差與注入電流的比值才是真實接地阻抗值，電位極的位置稱為補償點。根據電流線與電壓線布置方向不同，可分為直線法（0.618法）和30°夾角法：（1）直線法電位極與電流極同方向布置，見REF_Ref21950678\r\h圖6，如果土壤電阻率均勻，且被測接地裝置與測試電極間的距離足夠遠，所有電極可以看作是半球形，被測接地裝置沒有其他外部連接，理論上電位極x在電流極d的62%處為補償點。d越小，電位分布曲線越陡，測量誤差越大。反之d越大，電位分布曲線越平坦，測量誤差越小。實際應用中，一般選取電流極距離d為5D，電位極的距離x為0.5～0.6倍d。電位極P應在被測接地極G與電流極C連線方向移動三次，每次移動的距離為d的5%左右。如三次測試的結果誤差在5%以內，可取此三個測量值的平均值作為待測接地極的接地阻抗。如果電流極距離d取5D有困難時，對于均勻土壤一般d不宜小于2D，對于不均勻土壤d不宜小于3D。G:被試接地裝置；C:電流極；P:電位極；D:被試接地裝置最大對角線長度；d:電流極與被試接地裝置中心的距離；x:電位極與被試接地裝置邊緣的距離。電流－電壓表三極法測試接地阻抗示意圖（2）30°夾角法30°夾角法是補償法的另一種形式，將電位極與電流極布置呈等腰三角形，電流極和電位極布線長度約為2D。6.2.5.2遠離夾角法遠離夾角法基于零電位點物理意義，將電位極布置在該零電位零點。理論上該點為無窮遠處，而實際測量布置在一個工程上可接受位置，會導致該點有一定的電位升高，導致測量值比實際值偏小。通過數學分析將偏小的幅值進行修正得到接近真實的接地阻抗值。電流線和電位線的夾角θ通常為45°以上，一般不宜小于30°，電位極x的長度與電流極d相近，電流極的要求同電位降法。接地阻抗用式（5）進行修正。（5）式中:θ——電流線和電位線的夾角；——接地阻抗的測試值。反向法是遠離夾角法的特例，將電位極P置于電流極另一側，呈180°布置，可減少測試引線間的互感耦合。布線要求和修正公式與遠離夾角法相同。6.2.5.2三極法的適用條件補償法只適用于土壤較為均勻的場合，如果站址土壤分層較明顯，包括水平分層和垂直分層，則不適用該方法。遠離夾角法結合電位降法和補償法的特點，適用于非均勻土壤中接地裝置接地阻抗的測量，對由于電流極的引入導致地電位畸變而差生的測量誤差進行了修正。補償法雖然可以縮短測量引線的長度，但測量結果受土壤不均勻性的影響較大，因此在條件允許的情況下盡量采用電位降法或遠離夾角法。6.2.7鉗表法/回路電阻法對于具有多級并聯接地回路的輸電和配電線路桿塔接地裝置，可采用鉗表法或者回路電阻法測量接地電阻。鉗表法如REF_Ref20146324\r\h圖7所示，將鉗表夾在引下線上，測量接地極的電阻。鉗表會在包括被測接地極在內的多重接地系統中感應出一定頻率（通常設定在1kHz到3.4kHz之間）的電壓。感應電壓在多重接地系統回路中產生一個電流（Itest），該電流可通過鉗表測量。最后，鉗表確定出電壓電流比（即阻抗）并以數字形式顯示。采用鉗表法（無接地棒測量法）測量電阻鉗表讀數接近接地極的真實電阻需要有一個前提，即多重接地系統（中性或屏蔽線）中被測接地極之外部分的阻抗值與被測接地極自身的阻抗值相比非常小，甚至可以假設其為零（Zeq=0）。這種方法適用于輸電和配電線路，但其原理決定了這種方法存在如下應用限制：（1）在鉗表法的測試回路中，有一部分測試電流將會直接從待測接地極附近的桿塔基礎自然接地體返回，由于待測接地極與桿塔基礎之間的距離通常較近，兩者的互阻效應將會給測量結果帶來明顯的誤差。（2）只使用于與被測接地極連接的接地系統阻抗值相對較低的情況。（3）這種方法不適用于多重連接的接地極系統，例如變電站接地網、多重連接的線桿或構筑物接地網。應該斷開除了測量支路之外的多重連接線桿或構筑物接地網。（4）中性線（或屏蔽線）系統中存在被腐蝕的接頭或連接會影響讀數。這種情況下，鉗表通常會顯示開路的狀態(tài)。（5）如果被測多重接地屏蔽線或中性線系統的感抗與被測電阻相比較大，測量值可能會出現較大誤差。對于外形緊湊的鉗表，由于測試頻率高達1kHz至3.4kHz，測試電路中的電感分量在高頻下會引起較大誤差，導致測量值極不準確。（6）測量回路中的工頻干擾信號會影響鉗表讀數，甚至導致測量值極不準確。（7）系統中的高頻噪音會影響讀數。對高電阻接地系統進行測量時，噪信比會較高。有關鉗表應用的限制條件和準確度見附錄F。回路阻抗法測量原理本質上和鉗表法相同，其同樣存在回路電阻法存在限制條件，但是但其測試電流更大，可達數百mA或更大，一般采用異頻抗干擾等方法，解決了鉗表法的信噪比問題。回路電阻法如REF_Ref20146351\n\h圖8所示，將被測桿塔與被測接地極的電氣連接全部拆除，使桿塔塔身與其接地裝置之間沒有電氣連接，將被測接地極的所有接地引上線金屬短接在一起。接地電阻測試儀在包括被測接地極在內的接地回路中加上一定頻率（通常為40Hz到60Hz之間）的電流，該電流通常可達數百mA以上，同時測量回路兩端的電壓，最后，接地電阻測試儀確定出電壓電流比（即阻抗）并以數字形式顯示。測試時應注意：（1）使用該方法測試結果過大或過小，或與經驗值不符，應用三極法驗證。（2）宜采用異頻正弦波測試信號，這樣既能避免50Hz的工頻干擾，又能保證與工頻測試結果的等效性。（3）儀器應具有較強的抗工頻干擾能力，該方法的測試中，可能由架空避雷線、被測接地裝置以及地中其他雜散信號給測試回路帶來干擾和較大偏差。（4）適當加大儀器的測試電流，可提高信噪比，提高數據可信度。采用回路電阻法測量的桿塔測試接地電阻系統6.2.8電位降-電流表法測量多級并聯接地回路的輸電和配電線路桿塔接地裝置，或所測量桿塔架空地線與桿塔絕緣，可以結合使用電位降法和電流表測量其接地電阻。對于四腳桿塔，先分別測量每個塔腳的電阻，再將各電阻值合并來得出整體電阻。按照儀器的測量原理，電位降-電流表法可分為有源測量和無源測量兩種方法。有源測量的方法需要儀器自己發(fā)出測試電流，并在現場布置電流極和電壓極進行測量，如REF_Ref20146491\n\h圖9所示。電流極和電位極的放置方式與使用電位降法時要求的放置方式相同。除了將電流傳入待測接地極外，還應使用鉗式或柔性電流互感器測量實際流入被測接地裝置的測試電流。測得的電壓與測得的入地電流之比即為待測接地極的電阻。與鉗表法類似，系統中的高頻噪音會影響讀數。對高電阻接地裝置進行測量時，噪信比會較高。采用有源電位降-電流表法的接地電阻測量系統示意圖對于運行中的輸電桿塔，可能會存在感應入地電流。無源測量方法可使用鉗式或柔性電流互感器測量感應入地電流，并使用電位極測量該電流產生的電位降，通過歐姆定律計算得到被測接地裝置的接地電阻，如REF_Ref21951006\r\h圖10所示。有源測量方法可應用于停電輸電線路或者帶電輸電線路桿塔接地電阻的測量，無源測量方法只適用于帶電輸電線路且有感應入地電流的桿塔接地電阻的測量。采用無源電位降-電流表法的接地電阻測量系統示意圖7電流分流7.1概述變電站接地系統通常與輔助接地網、架空地線、配電系統中性點、高壓和通信電纜護套、金屬管道、圍欄和鐵路軌道之間有電氣連接。測量這些電氣連接導體中的電流分流有助于：（1）測量實際經接地網流入大地中的測試電流，并對接地阻抗測試值進行修正，以便與設計計算書進行對比。（2）評估中性線和屏蔽線等導體的接地連接。例如，對城市地區(qū)，相比于配電線路屏蔽線，配電中性線可以有效降低接地網的接地阻抗。（3）通過測量電流分流驗證計算模型。（4）測量架空地線和電纜的屏蔽系數。屏蔽系數高的地線會從接地網中傳輸更多的電流，從而降低變電站的地電位升以及由此產生的跨步電壓和接觸電壓。（5）安裝通信電纜之前進行風險評估。7.2測試方法電流分流的測試可與接地阻抗、地表電位分布測試同時進行，試驗電流可以通過故障電流法或電流（工頻或異頻）注入法提供，同時用一個或多個鉗式或柔性羅氏線圈測量并聯接地路徑中的電流分流，并通過多通道數據采集系統收集測量數據，見圖11。測試時應重點考慮以下問題：（1）由于不同分流導體之間的相位角有很大不同，需要測量分流電流向量（幅值和相位角）。這意味著需要測量參考向量，一般以注入電流為基準參考向量。（2）一般采用柔性羅氏線圈，可方便地圈住分流導體進行測量。測量時，可通過另一個通道接收基準參考向量，這樣可以直接得到分流的幅值和相位角。（3）由于各點的分流大小與測試電流成正比，如果試驗電流太小，則各點的分流數值將很小而難以準確測量。在這種情況下，在保證安全的情況下應盡可能加大測試電流。（4）影響分流測試準確性的最大因素是金屬構架中存在較大的局部工頻循環(huán)電流，運行變電站很多可達數十安培，而典型的分流大小為10mA～2A，這導致分流測試時信噪比往往很小。以異頻電流法為例，用分流測試設備選頻50Hz可測試出工頻干擾電流大小，選擇相應的異頻頻率則可測出異頻分流大小。注意觀察異頻和工頻電流的比值，是否在儀器能保證測試精度的信噪比范圍內，否則應設法加大測試電流提高信噪比，或選用抗干擾性能更強的儀器。現場測試時，可從通過以下方法判斷電流分流測量數據的有效性：a）某一處的分流大小應與儀器輸出的測試電流大小成正比，相位不隨電流大小變化；b）測試電流大小不變，在相鄰的測試頻率下如45Hz、47Hz，某一處的分流大小及相角應接近；c）將羅氏線圈正向及反向纏繞構架，觀察兩次相位是否相差180°。最后，對對試驗電流I∠0?與測量得到的并聯接地路徑電流I∑∠θ∑進行向量運算，得到通過接地網流入大地的電流IG∠θG，并計算地網分流系數K，以修正接地阻抗。地網分流系數K通過公式6進行計算：(6)式中：IG——通過接地網流入大地的電流向量，IG∠θG=I∠0?+I∑∠θ∑，I∑∠θ∑=I1∠θ1+I2∠θ2+…+In∠θn；I——注入地中的試驗電流向量。變電站的分流測試示意圖8地表電位分布、跨步電位差、接觸電位差和轉移電位差8.1概述由于故障電流從接地裝置入地并沿接地導體流過，被試接地裝置所在的場區(qū)地表面會形成電位分布，由此形成地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差和轉移電位差。通過將已知的試驗電流注入接地網并對電位差進行測試，然后按照變電站故障電流比例計算實際的地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差和轉移電位差幅值,并據此來判斷:（1）判斷接地裝置的健康狀況。（2）復查現有變電站的跨步電位差和接觸電位差，與人體可承受的耐受值進行比較。（3）確認新變電站的跨步電壓和接觸電壓設計計算書。由于計算建模取用的都是近似值，因此，計算值可能不同于測量值。8.2測試范圍8.2.1地表電位分布一般通過測試地表電位梯度反映接地裝置所在場區(qū)地表電位分布情況。從一已知參考點沿著選取的測量路徑，測量接地電氣設備周圍的電壓降U，并畫在位置圖上，形成U－x曲線。各路徑的U－x曲線形成場區(qū)地表電位梯度分布，測試示意圖見圖12。場區(qū)地表電位梯度分布測試示意圖測試路徑應根據設備數量、重要性等因素布置，測試路徑間距通常在30m左右。在各條測試路徑上，應等間距的測量地表與參考點之間的電位U，間距d通常為1m或2m。8.2.2跨步電位差和接觸電位差（1）跨步電位差應根據所關心的區(qū)域，如場區(qū)邊緣、重要通道處進行測試。圖13給出了跨步電位差的示意圖。跨步電位差示意圖（2）接觸電位差應重點測量場區(qū)邊緣和運行人員常接觸的設備，如刀閘、構架等。接觸電位差包括：a）結構接觸電位差在接地結構（或變電站內的金屬物體）與1.0m（約為一個手臂的長度）距離內土壤表面之間測量結構接觸電位差。最大值一般出現在距離接地網邊緣最近的結構上。圖14給出了結構接觸電位差的示意圖。結構接觸電位差示意圖b）網孔接觸電位差在接地網以及一個地網網格內的土壤表面之間測量網孔接觸電位差。最大值通常出現在接地網邊緣的網孔中心附近。圖15給出了網孔接觸電位差示意圖。網孔接觸電位差示意圖c）圍欄接觸電位差在金屬圍欄與1.0m（臂展長度）內土壤表面之間測量圍欄接觸電位差。對于與接地網相連的圍欄，最大值通常位于距離地網中心最遠的圍欄拐角外側。對于與接地網不相連的圍欄，最大值可能位于圍欄拐角外側，也可能位于圍欄拐角內側。圖16給出了圍欄接觸電位差示意圖。圍欄接觸電位差示意圖d）門接觸電位差門接觸電位差是金屬門與任何門擺位置1.0m（臂展長度）內土壤表面之間的最大電位差。很多門擺動半徑高達3.0m，所以距離關門位置4.0m以內的點都應測量接觸電位差。圖17給出了門接觸電位差示意圖。門接觸電位差示意圖e）變電站轉移接觸電位差變電站轉移接觸電位差又稱高電位引外，是接地網A點高電位通過連接于接地網的導體引出到電站外B點后，B點與周圍1.0m（臂展長度）范圍以內土壤表面之間的最大電位差。例如在接地網外使用的外殼接地的電動工具、桿塔上電力電纜的接地護套、與接地網存在電氣連接的水管外部截止閥，或連接接地網的鐵軌。圖18給出了變電站轉移電位差示意圖。變電站轉移電位差示意圖f）遠方轉移接觸電位差遠方轉移接觸電位差又稱低電位引入，是指遠方A點低電位通過導體引入到變電站附近B點后，B點與周圍1.0m（臂展長度）范圍以內土壤表面之間的最大電位差。導體包括附近住宅的水龍頭（連接于多點接地配電系統中性線），或者作為遠處接地參考的電話線纜外護套等。圖19給出了遠方轉移接觸電位差示意圖。遠方轉移接觸電位差示意圖8.3測試方法8.3.1一般要求（1）在被測接地網和遠方電流極中注入測試電流模擬故障條件。電位差的測量可與接地阻抗測試同步進行。電流極應置于距離被測接地網足夠遠的地方，如果電流極與接地網之間的距離不充分，所測得的電位差將小于實際值。關于電流極布置要求見第6章。（2）場區(qū)地表電位梯度、跨步電位差和接觸電位差可使用電壓表分別進行測量，測試時使用雙絞線分別連接兩個測試電極（場區(qū)地表電位梯度、跨步電位差），或者連接一個測試電極并用鉗子夾住附近的金屬結構（接觸電位差）。跨步電位差還可以通過測量兩個距離1.0m的接觸電位差，并計算兩個電位差之間的差值來獲取，或是從現場測出的場區(qū)地表電位梯度分布圖中量出。（3）應確保測試電極與地下土壤接觸良好，測試電極可用鐵釬緊密插入土壤中，可以使用單獨的由電池供電的交流電阻表測量測試電極與變電站地面之間的電阻，以確認電阻值小于主要測量儀表的輸入阻抗。（4）測試時應選用較細的測試電極，因為較細的測棒更容易插入土壤，通常深入到下層潮濕的土壤（一般深度為150mm）即可保證測棒電阻足夠小。測棒應堅硬、光滑確抗腐蝕。測棒很難打入瀝青或混凝土路面時，可采用包裹濕抹布的直徑20cm的金屬圓盤，并壓上重物。（5）測試電極布置時可使用衛(wèi)星定位系統或卷尺測量電極距離，可降低因位置偏差而產生的測量誤差。（6）局部電位差往往很小，因此，測試儀應有足夠高的分辨率（小于1mV）和良好的工頻干擾消除性能。由于與接地阻抗測試使用同一個電流源，其抗干擾措施可參見接地阻抗測試排除雜散電流干擾的具體措施11章。（7）測試人員應穿絕緣鞋，因為在使用導電鞋接觸土壤表面來測量跨步電位差或接觸電位差時，如果未達到所需表面接觸電阻，會造成較大測試誤差。8.3.2故障電流法使用變電站相對地的實際故障電流進行測試，可以獲得最準確的地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差數據。但是，開展這類測試的機會很少，除非有一些較為嚴格的原因，如需要確定電路參數、設備性能和保護特性。故障電流測試的實施見第6章，應提前做好準備措施并確保試驗安全。8.3.3工頻電流注入法測試將不小于50A的恒定工頻電流通過接地網流向遠方電流極，并經絕緣導線流回。可將輸電線路或配電線路斷電，用相導線從電源輸送測試電流，如20所示。電源可位于遠方接地極或被測變電站。電源通常由移動變電站或臨時安裝的變壓器組成，也可以使用汽油驅動的交流弧焊機或便攜式發(fā)電機，對調速控制器進行調節(jié)后，在略微偏離工頻的頻率下產生幾百安培的測試電流以避免工頻雜散電流的干擾。在連續(xù)向接地網注入測試電流的同時，測量地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差和轉移電位差。典型的電流注入法示意圖還可以通過倒相的方法，消除工頻干擾電流（圖20）。用電源輸出側的開關1-4讓測試電流反向，通過操作開關，獲得各接地參數的以下三個測量值：（1）無測試電流（“0”極性）（2）施加與干擾電流同向的測試電流（“a”極性）（3）施加與干擾電流反向的測試電流（“b”極性）以測試電流和接觸電位差為例，其準確值可通過式（7）和式（8）來確定。（7）式中：Itst——實際注入被測接地網的測試電流。Itst(0)——沒施加測試電流，電流表顯示的電流值，如變壓器中性點的不平衡電流；Itst(a)——施加與干擾電流同向的測試電流，電流表顯示的電流值。Itst(b)——施加與干擾電流反向的測試電流，電流表顯示的電流值。（8）式中：Vt——排除工頻干擾后的接觸電壓值。Vt(0)——沒施加測試電流，測試得到的接觸電壓值；Vt(a)——施加與干擾電流同向的測試電流，測試得到的接觸電壓值。Vt(b)——施加與干擾電流反向的測試電流，測試得到的接觸電壓值。當對各變量測量三次可能無法實現時，可通過提高測試電流強度來提高干擾噪聲相比，以縮短測試持續(xù)時間。8.3.4異頻電流注入法可通過使用常規(guī)接地阻抗阻抗測試儀進行測量，儀器將恒定異頻電流通過接地網流向遠方電流極，并輸出電壓/電流比（阻抗），單位歐姆。以接觸電壓測試為例，測試示意圖見圖21，接地測試儀測量的是接地結構與被測場區(qū)地表之間的阻抗（V電位差/I異頻電流）。將阻抗測量值乘上估算的變電站故障電流，計算得到被測點的接觸電位差。用常規(guī)接地測試儀測量接觸電位差8.4測試結果分析根據進入接地裝置的最大故障電流按比例折算地表電位梯度、跨步電位差和接觸電位差實際值，折算方法如式（9）：（9）式中：U——折算成進入接地裝置最大故障電流的實際值（V）；U'——測量的電位差（V）；Is——注入接地系統的測試電流（A）；Im——進入接地裝置最大故障電流（A）。跨步電位差和接觸電位差折算后與GB/T50065-2011的4.2節(jié)規(guī)定的安全界定值進行比較判斷。注：場區(qū)路面經常會因地下泥土侵蝕、雜草生長或微粒污染而損壞，表層土壤電阻率季節(jié)性變化也對測試結果影響較大，最高電位差通常出現在表層土壤電阻率最大處。測量表層土壤電阻率（見附錄F）有助于確定允許的電位差安全界定值。場區(qū)地表電位梯度折算后應滿足DLT475-2017中6.3.3的要求。9電氣完整性9.1概述變電站控制室中敏感的電子設備的接地引下線與主地網的接觸不良是雷擊或故障沖擊時造成其損壞的重要原因之一。為了判斷變電站中各種電氣設備在運行過程中是否存在接地不良的狀況，通常需要對其定期開展電氣完整性測試，即測試接地網上的兩個接地點之間的連接質量。有時對于大型接地網系統，如發(fā)電廠的接地系統，也將完整性測試作為基建后的質量控制手段來實施。9.2測試方法電氣完整性測試通常也稱為導通性測試。其基本原理為，通過試驗電源在接地網的兩根接地引下線之間注入一個測試電流I，測試該電流在流經這兩根引下線之間的接地網導體上產生的壓降U，然后利用歐姆定律R=U/I換算得到這兩根引下線之間所有接地網導體的綜合等效導通阻抗（以下簡稱“導通阻抗”），通過該阻抗來表征接地網的導通狀態(tài)。接地網完整性測試示意圖一個典型的接地網電氣完整性測試回路如圖22所示，包括試驗電源(一般10~300A)、電壓、電流測試儀表以及電壓、電流測試引線。如有條件，也可采用專門的集成式的接地網導通測試儀，儀器的分辨率不大于1mΩ，準確度不低于1.0級。測試時，首先選定一個很可能與主地網連接良好的設備或構架的接地引下線作為測試參考點（通常可選主變中性點），然后逐次測試周圍其它電氣設備或構架的接地引下線與該參考點之間的導通阻抗，直至完成整個變電站的測試。如果開始即有很多設備測試結果不良，宜考慮更換參考點。在整個測試回路的總阻抗中，除了接地網的導通阻抗外，有時還包括測試引線的阻抗。為了消除其影響，通常可采取以下兩種方法。一種方法是將電流測試引線與接地網斷開并將其短接，通過注入電流測試獲得該測試引線的阻抗，并從總回路阻抗中扣除該阻抗，便可得到接地網的導通阻抗。如果在不同測點的導通性測試過程中不更換測試引線，那么測試引線的阻抗只需要測量一次即可。測試引線的阻抗測試一般在所有測點的導通性測試完成之后再進行，以便保證測試引線的溫度和阻抗與導通性測試過程中相近。另外，如果采用交流電源進行測量，應注意避免將多余的引線繞成線圈，否則將會顯著增加測量引線的感抗，從而增大測量誤差。另一種更為實用和簡易的方法是采用四極法布線，如REF_Ref20147635\n\h圖22中所示。從待測點和參考點的引下線上各引出2根測試引線。其中一對作為電流線，連接試驗電源，另一對作為電壓線，連接電壓測試儀表。在該布線方式下，由于電壓測試回路中未包含電流線上的壓降，因此所測得的阻抗值即為接地網的導通阻抗。9.3測試結果的判斷和處理雖然電氣完整性測試判斷接地網的狀態(tài)簡易實用，但其測量結果往往僅適用于進行定性地分析，而非定量地判斷。一個有效的評估方法是，通過橫向比較不同測點之間的導通阻抗測試值，如果某個測點的導通阻抗值較其它測點異常增大，則該測點可能存在接地不良的安全隱患，應立即進行詳細檢查。如果采用直流進行測量，也可用DL/T475-2017中的要求進行判斷和處理。在接地網完整性的測試回路中，由于接地網為網狀結構，其支路繁多，導通阻抗很難反映接地網的單根導體支路的狀態(tài)變化。因此，接地網完整性測試通常只是用于判斷接地引下線的導通情況及其與主地網之間是否連接良好，而非用于判斷主地網導體的腐蝕狀況及連接質量。10沖擊接地阻抗10.1概述接地系統在雷電沖擊下的特性對確保雷電防護系統的有效性很重要。確保接地系統提供的不僅僅是低電阻而是低接地阻抗十分必要，并且是接地系統雷電防護設計原則的核心。因雷擊引起的電壓上升（地電位升）不僅與接地系統電阻有關，還與接地系統電抗有關。雷擊產生的沖擊電流由高頻分量和低頻分量兩部分組成。沖擊波形的特點是開始時電壓和電流急劇上升，隨后是一個多余能量的長波尾。雷擊首次沖擊時，電壓和電流一般在1μs~10μs內達到峰值，對于雷電繼后沖擊，電壓和電流一般在0.1μs~1μs內達到峰值。沖擊波形中的高頻分量與快速上升波頭相關，低頻分量則存在于高能長波尾中。由于電流急劇上升，接地系統的感抗成為影響系統電壓上升的主要因素。以電壓峰值與電流峰值之比表征接地裝置的沖擊接地阻抗，向接地裝置注入標準雷電波時，電壓峰值和電流峰值出現的時間可能不同。簡單接地極的沖擊接地阻抗與沖擊電流的幅值有關，并按沖擊波波形隨時間變化。接地阻抗的非線性特性主要是由于土壤的局部放電（火花效應）所引起，由于地中電場梯度會在接地極處達到最高值，當土壤局部區(qū)域的電場強度超過2.5kV/cm~3kV/cm時會發(fā)生放電擊穿，將鄰近接地極處的土壤層局部短路。因此，沖擊大電流下接地系統的瞬時阻抗比常規(guī)方法所測得的穩(wěn)態(tài)阻抗要小，也比低幅值沖擊電流時所測得的阻抗要小，在較低幅值沖擊電流作用時土壤不會發(fā)生放電現象。當用高陡度波頭沖擊電流對長度超過300m的接地極進行測試試驗時，會觀察到一種相反的結果，即在接地阻抗兩端的電壓降中有一個較大的電感分量。瞬時阻抗通常是同一瞬間測得的所施加的瞬時電壓和電流的比值。高陡度沖擊波波頭（或沖擊電流突然增加時）產生的接地電抗兩端的附加電壓分量，被認為是接地阻抗的增量（電感效應）。常規(guī)接地測試儀采用低頻交流平衡電橋或其他類似的工作原理，所測得的阻抗接近于直流電阻，不包括高頻電抗分量。用于評估接地極高頻電抗的測試儀應能施加幾十kHz的高頻電流或快速上升（1μs）的陡波沖擊電流。這類測試儀通常采用補償法或電位降法布置測試電極。測試時需要斷開架空地線，以便將被測桿塔接地極與輸電線接地系統隔離。10.2使用移動式沖擊電流發(fā)生器測量接地系統的雷電沖擊阻抗可以通過再一定距離外向其注入高陡度波頭的沖擊電流，并記錄電壓和電流波形的方式來測量。沖擊阻抗是高頻參數，通常表示為電阻。一旦在導電介質內有行波產生，沖擊阻抗就成了主要參數。以標有阻抗75?的電視同軸電纜為例，如果用直流伏特-歐姆表或其他低頻阻抗儀在測量同軸電纜兩端的阻抗，其讀數接近0?而不是75?。但是，如果采用高頻信號測量，端到端的阻抗就是75?，也稱為同軸電纜的沖擊阻抗。因此，在測量高頻參數時，需要使用高頻測量技術。2.4m×16mm接地棒沖擊阻抗測量舉例當記錄到了電壓和電流波形后，電流波形上di/dt（斜率）=0的時間點（峰值）（并且，此后Ldi/dt=0）就是純電阻點。將與該點時刻對應一致的電壓值除以同一時刻的電流值，所得結果就是導電介質的沖擊阻抗。有時，這個過程會因為波形的反射而變得十分復雜，但對于簡單接地極而言，可以簡單地將電壓峰值和電流峰值定義為同時出現（因為沖擊阻抗呈現純電阻性）。圖23給出了長2.4m，直徑16mm的接地棒的沖擊電壓和電流示例，接地棒的沖擊阻抗約為190?（40kV/210A）。T&D接地極沖擊阻抗測量設置REF_Ref21951807\r\h圖24所示為使用移動式沖擊電流發(fā)生器測量輸電桿塔接地的典型設備和儀表設置。引線和參考接地布置的變化和限制與低頻電位降測試相同。但是，使用高壓沖擊發(fā)生器時，電流引線和電壓引線必須與地隔離，以避免干擾。將引線懸掛在聚氯乙烯（PVC）管道上，可以很容易實現試驗引線與地的隔離。與低頻測試相似，通過電流引線向大地注入沖擊電流。然后，在數字記錄儀上同時測量電流和電壓波形。沖擊電流波頭時間通常設為0.5μs。利用這種高陡度波頭沖擊電流波，可以在大約150m的范圍內建立一個完整的行波。為了減少沖擊阻抗測量時的布線長度，提高沖擊電流利用效率，同時減小電壓引線和電流引線之間的干擾，沖擊阻抗測量盡量選用補償法中的夾角法進行布線。10.3使用寬帶測量儀測量采用補償法并使用制造商提供的探頭和同軸電纜引線進行測試，測試中對100Hz~1MHz之間的一組20個頻率點進行測量。使用寬帶阻抗測量儀測量2.4m×16mm直徑接地棒沖擊阻抗舉例REF_Ref21951836\r\h圖25給出了示例測量所得的輸出阻抗。橫軸為頻率，豎軸是以Ω為單位的阻抗。利用軟件根據處理過的數據繪制出了阻抗、電阻和電抗三條曲線。本例中，Z為總阻抗、R為電阻、X為電抗。為方便演示，將軟件生成的電抗進行了反向處理。所以，當電抗為正值時為感性電抗，為負值時為容性電抗。上例中，低頻接地阻抗和電阻在300?范圍內。當達到100kHz左右時，電抗向下穿過零線，阻抗和電阻達到峰值并相等。阻抗值在該點略高于300?。但是，請注意，電抗在略高于1MHz時再次接近零線。此時，阻抗和電阻為100?左右。10.4測試設備REF_Ref21951883\r\h圖26所示為所用設備的電路原理圖。測量埋入地中的接地棒的瞬時阻抗需要使用專用的設備，高壓沖擊大電流的產生是利用一個脈沖大電容器對沖擊電阻、電感網絡放電，通常會在高壓實驗室中用到該設備。參看圖26，脈沖電容器先被充電至高直流電壓。充電后，球隙相互靠近，直到間隙產生火花放電，并由此產生所需的沖擊電流和沖擊電壓。雖然該放電電路可以在現場臨時搭建，但在多數情況下使用的是移動式沖擊發(fā)生器。雖然目前沒有普遍認可的沖擊電流波形標準，但是通常使用8/20μs或4/10μs沖擊電流波進行瞬時接地阻抗測量。除了被測接地裝置外，測試電路還必須有另一個輔助接地，將通過被測接地裝置返回的電流輸送回沖擊發(fā)生器（圖24）。該輔助接地可分布式布置，以提供盡可能低的阻抗。將沖擊發(fā)生器通過一個高頻分流器連接到被測接地裝置，從而實現沖擊電流的測量，并用分壓器測量被測接地裝置上的電壓降，分壓器宜采用電阻型分壓器并且電壓范圍設計能夠滿足預期電壓要求。同時，必須將分流器和分壓器的接地點通過低電感的短引線直接連接至輔助接地。沖擊發(fā)生器基本原理圖分壓器與被測接地極之間的導線應盡可能短，以便最大程度地降低該導線的阻抗誤差。通常用示波器同時記錄電壓和電流沖擊波形。示波器連接分壓器與分流器的兩根同軸電纜長度應相同，以避免記錄的測量值之間存在時滯。11影響測試精度的因素及應對措施11.1電流分流試驗電流分流會對測量接地阻抗引入測試誤差。架空地線、地下水管、電纜外皮、相鄰的鐵路軌道、傳送系統等都可能對被測電路產生影響，使測量值小于實際值。其中架空地線（包括普通地線和OPGW光纖地線）、雙端接地的電纜外護套對分流系數貢獻最大。注：有時架空地線因有意為之或因接觸不良而對地絕緣，因此低電壓的測試結果與真實故障時的測試結果可能不同。為提高測量的準確性，使接地阻抗測試值盡可能接近計算（設計）值，可在連接屏蔽線、金屬管線以及其他外部干擾之前進行，并確定應接入接地網的接地部件無漏接。或對電流分流進行測試并對接地阻抗測試結果進行修正，具體測試方法見第7章，修正方法參見DL475-2017中6.2。11.2測試電極接地阻抗測試需要用到電流極和電壓極，該試驗電極的阻抗可能會對接地阻抗測量的準確性產生較大影響。兩點法或三點法在測試原理上，導致試驗電極的接地阻抗對測試結果影響很大，其中兩點法要求，試驗電極與待測接地極的接地阻抗值相比應可忽略，三點法要求，試驗電極的阻抗與待測接地極的接地阻抗應屬同一數量級，否則測量結果可能不正確。對于FOP法或三極法在測試原理上，對電流極的阻抗沒有嚴格要求，電流電極的接地阻抗不會影響測量結果。但實際上電流極的接地電阻應有一定限度，否則將導致流過測量儀器的電流不足。為提高測量的準確性，測試設備的電流應足夠大。測試電流不足將導致：（1）測試電流小于測量設備的靈敏度；（2）測試電流與大地中的雜散電流屬于同一數量級；（3）以上兩者皆有。對于第一種情況，在測量現場應提高測試電流，可升高電源容量，或降低電流極的接地阻抗。增加測試電流最有效的方法是降低電流極的接地電阻，可通過增加電流極埋深、在電流極周圍澆水、或打輔助電極和電流極并聯等方式實現。但在所潑的水中添加鹽效果并不明顯，主要是依靠增加濕度來降低接地阻抗。如電流極是由多個極棒并聯組成，則極棒間應留有足夠的距離（應不小于極棒入地部分的長度）以減小極棒間互阻的影響。對于第二種情況，在使用直流電流測試時，測試電流應顯著高于地中直流雜散電流來降低干擾。在用交流或周期性換向直流電流測試時，可通過將測試信號的頻率設置為雜散電流中不存在的頻率或使用隨機的噪聲信號來降低干擾。電壓極的接地阻抗如果與測試設備的輸入阻抗數量級相同，則實際電壓為測量電壓與電壓極上分壓之和。在土壤電阻率較低時，這種影響帶來的誤差可忽略不計，但在砂質、巖石等土壤電阻率較高的情況下，應降低電壓極的接地阻抗來減少測試誤差。否則，測試結果將小于實際值。11.3雜散電流在進行土壤電阻率、接地阻抗測試時，可能存在雜散電流的干擾，降低測量準確度。雜散電流主要包含直流雜散電流和交流雜散電流。（1）直流雜散電流土壤的導電是電解性導電，直流電流導致化學反應、產生電位差。在不同類型的土壤間及土壤與金屬間的電池效應，都產生直流電位。管道、電氣化鐵路、直流輸電線路的陰極保護系統是土壤中直流電流的幾種主要來源。直流電位、極化、以及直流雜散電流都可能嚴重干擾直流電流的測量。在使用四極法進行土壤電阻率測試時，宜采用交變直流法進行測試，避免交流法引起的互感誤差和避免直流法土壤極化引起的誤差。試驗電極應采用可最大限度減少試驗電極間直流電壓的材料制成。（2）交流雜散電流土壤、待測接地裝置以及試驗電極中的交流雜散電流是影響測量結果的主要因素，交流雜散電流主要由工頻基波及其奇次諧波頻率成分組成。在使用工頻電流測量接地阻抗時，為消除交流雜散電流在被測接地裝置上產生工頻電壓降對接地阻抗測量的影響，可通過改變測試電流的頻率（雜散電流中不包含此頻率）、加大測試電流或者使用抗干擾技術來排除干擾。注入電流的頻率可為工頻電流或異頻電流。如果采用工頻電流，應盡可能加大試驗電流，試驗電流不宜小于50A。如果采用異頻電流，電流幅值通常不宜小于3A。還可采用倒相法或倒相增量法來排除干擾，導向法和倒相增量法應按照DL475-2017中6.2.1.4的方法進行。11.4大型接地系統接地阻抗的感性分量大型接地系統的接地阻抗通常很低（小于1Ω），但可能含有較大的感性分量。在測量大型接地裝置的接地阻抗時，試驗電流頻率應稍高或稍低于工頻，宜在40Hz～60Hz范圍，標準正弦波波形，以獲得更為準確的測量結果。11.5耦合在進行土壤電阻率、接地阻抗、場區(qū)地表電位梯度分布、跨步電位差、接觸電位差、轉移電位的測試時，附近電路與試驗引線、試驗引線間存在耦合效應，會對測試造成有源干擾。土壤電阻率測試時這些有源干擾可能成為電流源，使引入被測土壤的測試電流增大或減小，會導致電位極處的電位發(fā)生變化。對于大型接地裝置一般接地阻抗較低，測量試驗引線很長，試驗引線之間的耦合會引入較大的誤差。對于接地阻抗為10Ω或以上的接地裝置，其試驗引線間的耦合通常可忽略。對于接地阻抗為1Ω或以下的接地裝置，應重視試驗引線間的耦合。而對于接地阻抗在1Ω～10Ω的接地裝置，應考慮試驗引線間的耦合。對于運行變電站使用異頻電流進行場區(qū)地表電位梯度分布、跨步電位差、接觸電位差、轉移電位的測試時，這種有源干擾尤為明顯，測試結果有時存在較大誤差。試驗引線間的解耦可通過調整電位引線和電流引線的走向來實現，應將電流線和電位線之間都應保持盡量遠距離，以減小電流線與電位線之間互感的影響。測試回路應避免與運行中的輸電線路長段并行，當與之交叉時應垂直跨越。應保證現場測試的信噪比在儀器能保證測試精度的范圍內，否則應設法加大測試電流提高信噪比。11.6埋地金屬物體部分或完全埋地的金屬物如鐵軌、水管、線路接地極、建筑物基礎或其他工業(yè)金屬管道對土壤電阻率、接地阻抗測量結果產生無源干擾。在需要測量土壤電阻率的地方，這些無源干擾使測試電流在土壤中產生的電位發(fā)生變化。如能確定地下金屬物的位置時，可通過將試驗電極排列為與該地下金屬物的走向垂直，來減少金屬物對土壤電阻率測量結果的影響，試驗電極應盡可能遠離地下金屬物。大部分條件無法準確確定地下金屬物的位置，可通過在所關注區(qū)域的多個斷面上進行測量，來確定附近導電物體對測量結果產生的干擾。或通過與第一次測量的方向成90°角并在相同的位置重復進行測量的方法，來判斷埋地金屬導體是否對測量結果產生干擾，如果兩次的測量值具有相關性，則可排除這種干擾。在接地阻抗測試時，地下金屬物尤其是構筑物接地網會嚴重影響零電位的選取，測試回路應盡量遠離。11.7非均勻土壤被測接地裝置以及測量電極布置范圍內土壤電阻率不均，會導致接地阻抗隨試驗電極的布置方向不同而得到相差較大的測量結果。這時不應使用補償法進行測量，應使用電位降法或遠離夾角法。還可通過對土壤電阻率數據分析，得到實際土壤分層結構，對于給定電流極位置，通過分析計算得到實際電位補償點位置進行接地阻抗測量。12影響人身安全的因素及預防措施12.1接地及測試由于接地網測試內容之一是為電流極和電位極選定遠方零電位點的位置，這些試驗電極的引線與接地網上的任意一點之間都可能存在電位差。尤其是在系統故障或雷擊時，可導致被測接地網與遠方零電位點之間產生高達幾千伏的電位差。在進行接地網測試時，注入遠方電流極的測試信號可能會在測試電極上產生危險的接觸電壓。如果在測試時發(fā)生接地故障，此時地電位升可達到幾千伏的數量級，被測接地極、測試設備和試驗電極周圍的跨步電壓和接觸電壓也可能是致命的。對上述危害可采取預防措施如下：（1）切勿通過手或身體的其他部位在可能存在高電位差的兩點之間構成回路。在接觸延伸到（變）電站接地網之外的測試引線過程中，應使用絕緣手套和絕緣鞋。（2）在施加測試電壓之前，測試人員應與裸露的測試引線和電極保持一定安全距離。在將試驗引線連接到可能承受系統接地故障電流的接地網之前，測試人員也應與裸露的測試引線和電極保持一定安全距離。（3）施加試驗信號時間不宜過長，試驗結束后，應立即拆除所有試驗接線。（4）若電流極和電壓極遠離試驗人員視線，或試驗引線位于公眾活動區(qū)域，如測試信號沒有停止或遠方電位超過50V，應設專人看護，并與試驗操作人員保持無線通訊聯絡。若試驗引線可能在故障條件下產生超過50V的轉移電位，只要試驗引線與接地網相連，同樣應設專人看護。（5）如果數百米的試驗引線與帶電線路平行布置，會在試驗引線上感應出危險電壓，可能導致感應電壓傷人。布置試驗引線時，嚴禁與大電流源長段并行。可通過改變試驗線走向、接地等方式降低風險。12.2接地引下線測試如果斷開運行避雷器的接地引下線，則避雷器底座的電壓可能達到系統線電壓水平。另外，測試過程中避雷器存在向地面釋放能量極高的短時雷電或操作沖擊電流的可能，這種沖擊電流可能超過50000A；無論線路帶電與否，斷開中性線和屏蔽線與接地網的連接會產生危險的感應電壓；帶電設備的中性點接地不良或與接地引下線斷開會導致中性點電壓升高。對上述在接地引下線測試過程中的安全隱患，在測試時應特別注意：在設備帶電情況下，嚴禁斷開避雷器、設備中性點的接地引下線；只有在采取了充足的安全防范措施的情況下，才能對接地引下線進行測試，避免感應電壓、中性點零序電壓或避雷器動作時產生的過電壓對人身造成損害。

附錄A

（資料性附錄）

土壤和水的電阻率參考值類別名 稱電阻率近似值（Ω?m）不同情況下電阻率的變化范圍較濕時（一般地區(qū)、多雨區(qū)）較干時（少雨區(qū)、沙漠區(qū)）地下水含鹽堿時土陶粘土105～2010～1003～10泥炭、泥灰?guī)r、沼澤地2010～3050～3003～30搗碎的木炭40———黑土、園田土、陶土5030～10050～30010～30白堊土、粘土60砂質粘土10030～10050～30010～30黃土200100～20025030含砂粘土、砂土300100～10001000以上30～100河灘中的砂—300——煤—350——多石土壤400———上層紅色風化粘土、下層紅色頁巖500（30%濕度）———表層土夾石、下層礫石600（15%濕度）———砂砂、砂礫100025～10001000～2500—砂層深度大于10m1000———地下水較深的草原地面粘土深度不大于1.5m、底層多巖石巖石礫石、碎石5000———多巖山地5000———花崗巖200000———混凝土在水中40～55———在濕土中100～200———在干土中500～1300———在干燥的大氣中12000～18000———礦金屬礦石0.01～1———

附錄B

（資料性附錄）

深度變化法土壤模型分析典型實例接地棒的打入深度為l1至ln，表B.1顯示了一組樣本的測量值。與l相比接地棒的半徑r很小，可利用式（3）計算每一個測量值對應的視在電阻率。式（3）的推導是基于均勻土壤電阻率的假設，所以計算的視在土壤電阻率為近似值。埋在均勻土壤中的接地棒接地電阻的計算公式為：（1）或（2）式中：ρ——視在土壤電阻率；R——接地棒接地電阻；r——接地棒半徑；l——接地棒埋深。不同的近似值選用不同的公式。推導出視在電阻率的公式為：（3）將與對應的l值繪成曲線，可看出土壤電阻率隨埋深變化的情況。假設表B.1的現場測試數據得出如圖B.1(a)和B.1(b)所示的曲線。這些曲線通過數學推導擬合了雙層土壤模型。從曲線可知，圖B.1(a)所示的土壤構造至少可分為兩層。在上層土壤（深0m~6m），土壤電阻率接近300?·m。下層土壤導電性更好，土壤電阻率接近100?·m。因此，可直觀地建立一個兩層土壤模型。在圖B.1(b)中，上層土壤的深度約為6m，土壤電阻率約為100Ω·m。然而，從曲線上無法直觀地得到下層土壤的真實值。下層的土壤電阻率看似接近于250Ω·m，而其真實值卻為300Ω·m。通過增加測量次數有助于獲得每一層的土壤電阻率，但每一層土壤的厚度有時很難確定，而且極棒埋深繼續(xù)增大可能較困難且導致成本增加。此時，可根據所測的數據，用數值分析方法或借助專用計算軟件獲得等效土壤模型效果更好。表B.1用于推導雙層土壤模型的三點法現場測量值接地棒深度mρ1=300,ρ2=100,h=6.1mρ1=100,ρ2=300,h=6.1m電阻（?）視在電阻率（?·m）電阻（?）視在電阻率（?·m）0.3647.60299.3218.30100.90.9270.60296.592.68101.61.5177.10294.