GXDS-2019系列 大型地網接地裝置工頻特性測試系統

1系統簡介

本測試系統適用于電力行業中發電廠、變電站、換流站和直流接地極、風力發電系統的升壓站和風力發電機、光伏電站、儲能電站、電鐵牽引站等接地裝置的交接驗收試驗，已運行接地裝置的接地

狀況評估和預防性（例行）試驗，與防雷有關的接地裝置特性試驗。主要用于測試接地裝置的電氣接地完整性、接地網工頻接地阻抗、分流系數、場區地表電位梯度、跨步電位差、跨步電壓、接觸電位差、接觸電壓、轉移電位等工頻特性參數以及土壤電阻率測試。采用變頻抗干擾技術，選頻抗干擾性能（信噪比）優于1/1000，能在強干擾環境下準確測得接地裝置的各類工頻特性參數?？刹捎?5Hz-65Hz之間的基波頻率相鄰對等頻率1Hz/5Hz任意選擇雙頻率或單頻率的交流電源自動測試，測試電流完全符合《DL/T475-2017接地裝置特性參數測量導則》變頻法試驗電流規定及要求（3A～20A），可以在不停電的情況下進行大型接地網工頻特性參數測量。

整套測試系統儀器組成及滿足功能:

（1）地網接地阻抗測試電源裝置，根據被測接地裝置地網土壤條件及接地裝置的最大對角線選定對應型號---滿足地網接地阻抗測試、分流測試、跨步電位差、接觸電位差、梯度分布等測試時恒定注入異頻電流，完成接地裝置工頻特性參數和接地狀態安全評估。

（2）抗干擾接地導通測試儀---滿足運行變電站具有較高工頻零序電流導致測試點間具有工頻電壓條件下準確測試引下線兩點間真實的直流電阻值，反映接地網實際接地導通狀況，完成接地裝置的電氣完整性測試。儀器內置可充電高能鋰電池組，最大測試電流10A，采用離散傅里葉展開技術，即諧波分析（FFT）及數字濾波實現抗干擾，保證在交流信號與直流信號疊加情況下準確分離出直流分量，有效解決運行變電站工頻干擾電壓對測試結果的影響。

（3）接地評估專用無線遙測選頻電壓/電流測量裝置---以無線遙測方式實現不同測試點（最大距離1.6km）在選定頻率及恒定電流為參考基準條件下，對架空避雷線和電纜金屬屏蔽的分流幅值、相位進行測量；對測試場區任一走向位置兩點之間和構架之間的電位差進行測量。滿足導則規定對地網分流系數、場區地表電位梯度、跨步電位差、跨步電壓、接觸電位差、接觸電壓、轉移電位測試；頻點任選可覆蓋所有類工頻的接地阻抗測試儀的測試頻率。采用無線遙測通訊，高精度對時同步鎖頻采樣技術，高效完成地網分流測試和地網分流系數計算、場區地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差等特性參數測試和安全評估。

（4）大型地網接地評估專用測試電極GPS定位儀---依據試驗參考點的經緯度采用GPS準確定位，確定電位極和電流極的選定位置距參考點的直線距離及其夾角是否符合所采用測試方法的規定和要求，為周期性地網接地狀態評估提供標準布線條件對比基準。

2 引用參考標準文件

(1) GB/T17949.1- 2000《接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則  第1部分  常規測量》

(2) GBT17949.1-2000《接地電阻測量導則》

(3) GB50169-2006《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》

(4) GB/T50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》

(5) GB/T50064-2014 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》

(6) GB/50150－2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》

（7） DL/T887-2004 《桿塔工頻接地電阻測量》

（8）DL/T266-2012《接地裝置沖擊特性參數測試導則》

（9） DL/T253-2012《直流接地極接地電阻、地電位分布、跨步電壓和分流的測量方法》

（10）DL/T 437-2012《高壓直流接地極技術導則》

（11）DL/T 1554-2016接地網土壤腐蝕性評價導則

(12) DL/T 1532-2016《接地網腐蝕診斷技術導則》

(13) DL/T 1680-2016《大型接地網狀態評估技術導則》

(14) DL/T 475-2017《接地裝置特性參數測量導則》

3 接地裝置工頻特性參數相關標準要求部分摘要

根據我國最新發布的國家標準《GB50150-2016電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中規定：

第25.0.1 電氣設備和防雷設施的接地裝置的試驗項目應包括下列內容：1 接地網電氣完整性測試；2 接地阻抗；3 場區地表電位梯度、接觸電位差、跨步電壓和轉移電位測量；

第25.0.2接地網電氣完整性測試，應符合下列規定：直流電阻值不宜大于0.05Ω。

第25.0.3 接地阻抗測量，應符合下列規定：試驗時應排除與接地網連接的架空地線、電纜的影響。

接地裝置規定的測試周期：

電氣完整性測試宜每年進行一次，在《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中，明確提出接地裝置引下線的導通檢測工作應每年進行一次。

接地阻抗、分流系數、場區地表電位梯度測試、跨步電位差、接觸電位差、轉移電位等參數，正常情況下宜5～6年測試一次，遇有接地裝置改造或其他必要時，應進行針對性測試。

導則中對變電所大型主接地網電氣完整性，分流系數對接地阻抗的測試影響及場區地表電位梯度測試等重要內容，并給出了測試結果的參考界定值。除測試各類接地裝置的工頻接地阻抗外（校核地網分流系數后的修正阻抗）、可通過實測數據推算出系統最大單相故障接地電流下接觸電壓和跨步電壓最大值作為驗收接地裝置的安全判據，對接地網的各項參數進行全面測試和綜合判斷。

4測試系統成套單元功能簡述

接地阻抗參數測試采用變頻抗干擾技術，采用與50Hz相鄰對等頻率的交流電源自動雙頻跟蹤測試，能在強干擾環境下準確測試并換算到工頻50Hz下的數據，可以在變電站正常運行狀態下進行準確測量。

4.1接地裝置的電氣完整性

抗干擾接地導通測試儀，開路電壓25V，最大電流10A，采用FFT分散傅里葉展開計算及數字濾波技術，有效解決運行變電站零序工頻干擾電壓在導通測試兩點間產生交流電壓時對導通直流電阻測試結果的影響。

4. 2 接地裝置工頻接地阻抗

根據大型地網土壤電阻率河接地網最大對角線距離，選擇對應功率的接地阻抗測試主機，完成大地網接地阻抗測試。大功率變頻穩流電源頻率輸出準確度優于0.1%，可連續穩流輸出時間不低于4小時，穩流精度不低于0.5%，以滿足大型變電站多點注入電流的電流分流幅值、相位；場區電位梯度、跨步電位（跨步電壓）、接觸電位（接觸電壓）、轉移電位的連續測試要求，準確對大型接地網整體接地裝置特性參數進行安全評估。

☆ 測試電源裝置功能

1）電流極、電流極引線回路絕緣性能檢測

2）電流極、電壓極測試引線回路阻抗檢測

3）電壓極工頻干擾電壓檢測

4）地網實測工頻接地阻抗及修正工頻接地阻抗

5）接地裝置分流測試—常時間穩流輸出

6）土壤電阻率測試

4.3 接地網狀態評估及分流系數測試

對于大型地網應選配專用無線遙測選頻電壓/電流測量裝置，完成地網分流系數測試、場區地表電位梯度、跨步電位差（跨步電壓）、接觸電位差（接觸電壓）等工頻特性參數測試。

4. 4 測試樁電極標準布線

依據試驗選擇參考點的經緯度采用GPS準確定位，根據接地網最大對角線分選擇的測試方法，按照標準規定及要求準確選擇電流極和電壓極的標準位置，為周期性地網接地狀態評估提供標準對比基準。對于超大型地網，應采用GPS接地極布線專用定位儀來確定電位極和電流極與接地網參考點的直線距離，計算電流極引線與電位極引線的夾角是否符合測試布線要求。

5 主機功能選型表

6 測試原理及干擾分析

隨著超高電壓、大容量電廠、變電站在系統中的普遍使用，大型接地網數量劇增，現行測量儀器及測量方法，因測量準確度和施工過程復雜已不能滿足大型接地裝置特性參數測量的要求。特別是在進行分流系數和場區地表電位梯度的測試時，通常較大規模的變電所需要測試的點較多，這就需要提供的電流值要較高并可以具有較長時間的維持，這在一定程度上對試驗設備提出了更高的要求。

在對接地裝置進行測量時，由于受不平衡零序電流以及射頻等各種干擾，使得測試結果產生很大的誤差。特別是大型接地網的接地阻抗一般很?。ㄒ话阍?span>0.5Ω以下），干擾帶來的相對誤差更大。為了降低現場干擾的影響，目前采用的方法主要有以下兩種，第一種方法是通過加大工頻測試電流（DL/T475-2017標準推薦不宜小于50A）來加大信號電壓和信號電流，從而提高信噪比，減小測量誤差。這種方法由于采用了很大的測試電流，使得設備非常笨重，且布線勞動強度很大，耗時耗力。而且，由于主要干擾與信號同頻，無法從根本上消除干擾的影響。第二種是變頻法原理，是通過改變測試電流的頻率來避開工頻干擾，由于信號頻率與干擾頻率不同，就可以通過測量系統選頻濾波方式來消除干擾的影響，從而提高測量精度。變頻法由于采用的測試電流無需太大，因此設備小巧，布線勞動強度也大大減輕。根據實踐經驗，地中雜散電流的分布面很廣，而且其變化情況通常沒有規律可循。它隨著電網的運行方式和負荷的變化情況而改變，其主要頻率為工頻基波，也有一定數量的諧波。在同一地點，雜散電流隨時間而變化，在同一時間，它又因地點改變而不同。為了保證測試的準確性，測試頻率按照行業標準DL/T475-2017規定測試電流頻率宜在40～60Hz之間。

本測試系統測試電源采用40Hz-60Hz（按1Hz或5Hz與50Hz相鄰對等頻率）的交流電源自動選頻跟蹤測試，能在強干擾環境下準確測量后換算到工頻50Hz下的數據，因此測量的準確性和等效性進一步得到提高。

測試系統變頻穩流電源可輸出頻率為40Hz～300Hz的正弦波測試電流，輸出頻率及電流大小幅值受系統程序指令控制。測量部分電壓采樣電路具有較高輸入阻抗，在跨步電位、接觸電位、梯度分布等測試時不易受兩電位極與變電站地面接觸電阻大小變化影響，電壓測量電路將采集到信號放大后送給數字濾波器，數字濾波器用于濾除非選頻的工頻等干擾信號，只接受儀器選定的頻率信號。采用自動雙變頻（也可單頻）方式進行接地阻抗的自動測試，儀器測量及控制系統通過A/D轉換器取得遠端電流極的注入異頻電流和電位極測取的同頻電壓波形數據，取試驗雙頻率點的平均值作為實測工頻接地電阻R_D、接地電抗X_D，并導算出接地阻抗Z_D、接地電感L_D，根據地網最大對角線長度布置的電流極和電壓極的布線長度及夾角進行阻抗修正計算。

7 地網參數測試要求

7.1 接地阻抗測試

可選變電站內一個接地點（一般選擇主變中性點接地）為參考點，按照地網最大對角線的距離，根據設備選擇的測試方法，使用GPS定位儀按照選定的測試方法布置電流極和電壓極接地樁位置及夾角，測取接地裝置的接地電阻R_D、接地電抗X_D，并導算出接地阻抗Z_D、接地電感L_D；

7.2 接地網分流系數、跨步電位、接觸電位、梯度分布測量

在需要進行地網分流系數測試的接地裝置，應先測試并計算出接地裝置地網的分流系數K后，再進行接地阻抗的測試，主機可對分流系數K校正后計算出接地裝置的真實接地阻抗。測試時，電源恒定注入電流串接在選頻裝置主機電流通道，提供分流測試矢量相位基準，使用大口徑羅氏線圈測取各分流點的幅值及相對于注入電流的相位角度，通過無線通訊方式將測試數據發送到主機進行矢量計算和阻抗校正計算。

對接地裝置跨步電位、接觸電位、地表電位梯度分布測量時，采用恒定異頻電流注入，根據接地特性參數測量導則和大型接地網狀態評估技術導則要求，通過主機預置的接地網最大故障電流幅值，借助于數據計算仿真運算，計算出接地網在實際故障短路狀態下最大的整體接地網各處的安全電壓是否超過標準限值規定，判斷接地網的狀態是否符合運行要求。

跨步電位差和接觸電位差測試應符合下列要求：

a)       在接地網邊緣附近，站內人員活動頻繁區域和大門等重點區域測試跨步電位差；

b)       在各個電壓等級設備場區，選擇5個～10個有代表性的觀測點，重點在靠近圍墻場區邊緣的人員常接觸的設備處測量接觸電位差；

7.3 地網接地引下線導通測試時測量接地網節點對的選取應遵循以下原則：

a) 優先測量原則:變壓器中性點和進線端避雷器區域入地故障電流，不平衡電流和雜散電流較大，該區域規定為有限測量區域，重要高壓開關設備區域亦為有限測量區域。

b)分塊測量原則:對大型接地網，宜采用分塊測量原則，縮短測量時所用導線長度，按不同電壓等級場區和設備間隔進行分塊，每個場區根據面積大小劃分為2個～3個小分塊。

c)不動點測量原則:對大型接地網，按分塊原則進行測試的同時，在各小分塊中可采用不動點測量原則進行。

d)主接地網取樣點選擇：

主變壓器接地點；接地網中間構架或高壓開關設備接地點；進線端避雷器接地點；主接地網最外圍邊角處；電纜溝接地網取樣點。

電纜溝內的接地體處于潮濕環境中，容易形成氧濃度差腐蝕電極，應選點取樣。獨立避雷針接地體影響雷電流的散流水平，宜選點取樣。

以經測試且被證實接地良好的接地點為參照，測其它設備的接地點與它們之間的導通電阻;主變各點和避雷器各相之間必測，其它設備選測，多多益善。

8 大型接地裝置工頻特性參數現場測試步驟

a）根據大型地網的結構和尺寸，經現場踏勘后確定采用的測試方法，電位極和電流極位置。

b）現場布線方向及接地極布置。

c）測試回路調試，包括線路絕緣狀況測試，干擾測試，回路阻抗測試。

d）接地阻抗測試（含分流測試）。

e）場區地表電位梯度分布、跨步電位差、接觸電位差測試。

f）收線及恢復現場。

9大型接地裝置工頻特性參數測試系統各單元概述

9.1 接地阻抗測試系統電源裝置功能特點

（1）抗干擾能力強。本儀器采用變頻法原理測量，配合現代軟硬件及數字濾波技術，使得儀器具有很高的抗干擾性能，測試數據穩定可靠。儀器內置的變頻試驗電源可輸出45Hz/55Hz或49Hz/51Hz兩組頻率的試驗電流,在程序的自動控制下，它分別以45Hz/55Hz或49Hz/51Hz的試驗電流進行兩次測試，測試完成后折算到50Hz后取其平均值為測量結果。由于試驗電流的頻率與系統工頻十分接近，所測結果完全可等效為接地裝置的工頻接地阻抗。在不均勻土壤地質條件的變電站采用遠離夾角法時，可根據變電站最大對角線長度、電流極和電壓極測試引線長度、輔助接地樁布置的經緯度信息自動進行接地阻抗修正計算。

（2）大屏幕彩色液晶顯示，全中文菜單觸屏式操作，一屏顯示出所有測量信息和結果，可記錄/存儲/打印所有的測量數據，如測量布線方式：平行法/夾角法；地網最大對角線距離；電流極、電壓極布線長度或經緯度；電壓及工頻干擾電壓；電流接地極回路阻抗等。

（3）測量內容包括地網的接地阻抗Z、純電阻分量R和純感抗分量X、地網接地裝置電感L，儀器可測量現場干擾并阻斷工頻干擾電壓及其諧波,最高至200V波峰值，可有效消除測量過程中引線互感（特別針對平行布線法的引線互感誤差）與地網自感的影響，即使在強干擾電壓和電流條件下，其測量結果仍具有很好的重復性和準確性。

（4）全自動測試接地裝置的接地阻抗，測試過程中可自動測試電壓極的工頻干擾電壓和電流接地極的回路阻抗，并據此自動調節異頻電源的輸出達到最大電流值，無須人為干預，即可全自動完成測試。

（5）可保存1000組測量數據，掉電不丟失，可隨時查看歷史數據，且自帶微型打印機可現場打印測量結果或使用U盤導出測試數據編輯測試報告。

（6）兼容了接地裝置接地阻抗和土壤電阻率的測試功能，方便為周期性地網接地狀態評估提供標準對比基準。

（7） 技術參數

額定功率：定制型/10kVA； A型/8kVA； B型/5kVA；C型/3kVA；

電源輸入： 220V       輸入頻率：50Hz±2%（可使用發電機供電）

裝置輸出頻率：40Hz～60Hz任一頻點程控單頻輸出，穩定度±0.1%

地網阻抗測試：45Hz/55H或49Hz/51Hz 自動雙頻輸出

40～60Hz (以1Hz頻率間隔連續單頻輸出)

裝置輸出電壓/電流：定制型：500V/20A～1000V/10A～2000V/5A

B型：200V/40A～400V/20A～800V/10A

C型：150V/30A～300V/15A～600V/8A

D型：100V/30A～200V/15A～400V/8A

裝置連續工作時間：≤4小時

輸出端電壓測量范圍：0～400V～1000V～2000V  自動量程

裝置接線/測量方式：標準四極法/自動測量

電流極電流測量：0～2A～50A  自動量程   分辨率0.0001A

電壓極測量電壓：0～2V～200V  自動量程  分辨率0.001V

相位測量誤差：0～360°  ±（讀數+0.05°）

接地阻抗測量范圍：0～1000Ω   分辨率：0.001Ω

測量準確度：±（讀數×1%+0.002Ω）

9.2接地評估專用無線遙測選頻電壓電流測量裝置

a) 主機

采用大屏幕彩色液晶顯示，表格化菜單設置，可按照基頻±1、±2.5、±5、±10選頻測量、亦可對基頻測量。

1)電流內置CT量程：50A 最高分辨率：0.0001A 準確度：±0.5%

2)電壓測量量程0～2V～20V（自動）最高分辨率：0.1mV 準確度：±0.5%

3)帶有高精度GPS時鐘對時，選擇以注入電流為參考基準，注入電流與分流電流相位測量范圍：360° 分辨率：0.01°準確度：±0.05°

4）具有無線通訊及收發數據功能，帶有打印、存儲、查詢，存儲數據U盤導出，GPS電極經緯信息導入，多個電流量電流幅值及相位矢量和運算功能，與注入電流基準的分流計算和分流系數計算，實測電壓換算到最大短路條件下的電壓計算。

b) 分機

單色高對比液晶顯示，可按照基頻±1、±2.5、±5、±10選頻測量、亦可對基頻測量，具有通訊測量數據傳輸功能。

1)電流測量：長度3米柔性RCT測試線圈，量程：1A/20A雙量程自動切換，最高分辨率：0.1mA，準確度：±2%

2)電壓測量：電壓測量通道為3MΩ高內阻，防止電位測試極與地面接觸不良時，外部電阻改變儀器內阻引起測量偏差，量程0.2V/20V雙量程自動切換，最高分辨率：0.1mV；準確度：±1%

3）測試數據自動編號識別，與主機進行高精度GPS時鐘對時后，測量出RCT微小電流幅值與注入電流的相位角度，進行數據編碼回傳到主機進行存儲，同時分機可對主機存儲的痕跡測試數據進行回看。

9.3專用測試電極GPS定位儀技術參數

1) 定位時間：1-3分鐘，空曠環境；

2) 熱啟動定位時間：＜5s；

3) 定位精度：≤10m；

4) 無線傳輸距離：≤1800m；

5) 經緯度更新頻率：1s/次;

9.4 抗干擾接地導通測試儀

1）測試最大電流及開路電壓：最大可達到10A/25V。

2）測量方式及電流輸出：標準四線制測量

自動--程序自動加載最大測試電流；手動--選檔1A、5A、10A

3）內置4.4AH高能可充電鋰電池供電，可連續使用4小時以上。

4）導通電阻測試范圍及準確度：

測試電流	被測導通阻值范圍	準確度
		無干擾	有干擾
1A	100 mΩ～25Ω	±（0.2%±2字）	±（0.5%±5字）
5A	20 mΩ～5Ω
10A	1 mΩ～2Ω

6）測試附件：(2.5+1.6 )mm²/50米便攜式測試鉗線盤；(2.5+1.6 )mm²/10米測試線鉗，專用充電器1個，打印紙10卷。