新型高壓鐵塔鉗式接地阻抗測試儀器的開發

、研發背景：

送電線路桿塔必須有可靠的接地，以確保雷電流導泄入大地，保護線路絕緣。為了確保雷電流導入大地而不對線路絕緣產生危害，就必須保證整個電流回路的暢通無阻。從以前只注重地網的接地電阻，發展到把導泄雷電流通道作為整體加以考慮和測試，實踐證明，接觸電阻是桿塔接地系統中的薄弱環節，經過處理后的桿塔接地系統，可降低反擊跳閘率，提高桿塔的耐雷水平，對線路防雷具有重大現實意義。降低電力線路桿塔接地電阻可以提高線路的耐雷水平，減少雷害事故，在桿塔附近降低接觸電壓和跨步電壓，防止人畜觸電事故。因此桿塔的接地電阻是一個重要數據。設計、施工、運行的各個環節都必須十分重視，要準確測出它的真實數值，并使其低于規定值。以往是使用接地搖表來或數字式接地電阻測試儀來測量接地電阻的，但由于需要從接地網向外引100米以上的測量線和兩根輔助地極相連，工作量大，而且往往受到地形和環境的限制，輔助地極的位置無法達到要求，因而很難得到正確的測量結果。

近年來引進的鉗型接地電阻測試儀，運用新式鉗口法，無需打樁放線進行在線直接測量。國家有關部門對鉗式接地電阻測試儀與傳統電壓電流法對比試驗的結果說明，它完全可取代傳統的接地電阻測試方法，對接地電阻值給出可信的結果。從測量原理來說，鉗式接地電阻測試儀必須用于有接地環路的情況下，由于其測量方法簡便，為廣大線路工作者所歡迎。用鉗型接地電阻測試儀測量電力線路桿塔接地電阻方法簡單，測量結果可信度高，但只能用于有架空地線的高壓線路上，測量時待測桿塔只允許存在一條接地引下線，如各塔腳的地網是不連通的，應將其余各腳的接地引下線拆開后用臨時線與測量腳的引下線連通(連通點在鉗表之下)。由于接地引下線與塔基間隙較小，并且測試時需要斷開接地引下線，因此如何采用新技術來實現野外現場快速測試電力鐵塔接地阻抗是本次課題主要解決的技術關鍵。

變頻技術應用于接地阻抗測試已有相關的標準及測試導則，我們開發的新型電流傳感器的應用為新技術實現的提供了有力的支持，本次采用的柔性電流鉗作為主要測試元件是一種根據羅氏線圈原理制作而成，可與示波器、萬用表等低壓測量儀器配合使用，也可用于某些在線檢測儀器的電流采樣。柔性電流傳感器適用于一般測量儀器很難進行測量的特殊場合，能在狹小空間里能進行彎曲，如較密集的線路、鋁排、銅排、母線電流的測量。采用特殊的柔性材料作為線圈骨架，經特殊工藝處理，積分電路相位差小，具有測量精度高，測量范圍寬等特點。

一個完整的羅氏線圈電流測量系統包括羅氏線圈及積分器。

羅氏線圈及積分器是一種通用的交流電流測量系統，應用的場合很廣泛，它對待測電流的頻率、電流大小、導體尺寸都無特殊要求。系統的輸出信號與電流頻率無直接關系，相位差小于0.1度，可測量波形復雜的電流信號，如瞬態沖擊電流。線圈的輸出電壓可以用公式Vout=M di/dt來表示。其中M為線圈的互感。di/dt則是電流的變比。通過采用一個專用的積分器將線圈輸出的電壓信號進行積分可以得到另一個交流電壓信號，這個電壓信號可以準確地再現被測量電流信號的波形。

1.1 傳統法使用接地電阻測試儀進行電力鐵塔的接地電阻測量

傳統方法必須將接地線解扣及打輔助接地極。即將被測的接地極從接地系統中分離；且須將電壓極及電流極按規定的距離打入土壤中作為輔助電極才能進行測量。如下圖所示

1.2 采用柔性電流鉗使用接地電纜進行電力鐵塔的接地電阻測量

高壓線常附帶一根接地電纜，該電纜通過排電塔可以放電至接地端。如果所有的電塔連接至這根導線，這所有的電塔的接地電阻是并聯的，這意味著不能使用傳統的3P法對電塔進行接地電阻的測量，除非斷開接地電纜，但此種操作危險且費時。采用變頻接地阻抗測試儀結合柔性電流鉗相關連接后就可以進行電塔接地電阻的測量，甚至可以嘗試在電塔的接地并行網絡中進行選擇性測量。將四條柔性電流鉗纏繞在電塔的支撐腳根部，設定好測試頻率便可準確的測量電塔的接地阻抗，二使用柔性電流鉗以為著適合任何形狀的電力鐵塔的接地阻抗測試。如下圖所示。

通過一次測量，我們同時可以獲得大量有價值的數據：

1）鐵塔所有接地線的電阻

2）鐵塔的參考電阻

3）電力鐵塔每一支撐點的電阻

二、   解決問題方案

本項目的儀器開發利用現行的變頻接地阻抗測試技術并結合了傳統伏安法測量的特點與鉗口法新技術原理，發揮柔性電流鉗測量頻帶寬的技術優勢，運用先進的計算機控制技術和分散傅里葉級數展開及數字濾波技術，實現對電力鐵塔方便、快速、準確測試接地阻抗。

1、   儀器構成及目標：

構成：電池（或充電電池組）、直流逆變電源、變頻電源、數據采樣計算單元、顯示電源、4只柔性電流鉗等組成。

2、   各單元技術指標：

2.2.1直流逆變電源：采用電池通過電路產生較大功率的交流電源，滿足現場測試接地裝置的接地阻抗要求，輸出功率不小于50VA。

2.2.2 變頻電源：產生測試需要的變頻電流。

2.2.3 數據采樣計算單元：通過數字濾波及傅里葉變換技術測試試驗頻率下的電壓及電流，并通過數學模型計算出被測裝置的接地阻抗值。

2.2.4  柔性電流鉗：每只長度1米，利用羅氏線圈完成對電力鐵塔支撐腳的纏繞將微弱的變頻（定頻）電流信號準確測試出來并傳送至儀器主機計算。

三、完成目標

3.1實現目標：提高儀器的抗干擾能力強：自產生定頻電流，通過數字濾波方式過濾掉由于互感引起的接地引下線中的50HZ 、100HZ等諧波干擾電流，即使在較大的工頻干擾環境下，也能精確測量；

3.2測量范圍廣、分辨率高：量程從0.01Ω～1000Ω，分辨率0.01Ω，對0.7Ω以下接地電阻，也能準確測量；

3.3 柔性電流鉗的特殊設計：長度1米，可滿足電力鐵塔支撐腳接地引下線的電流采樣。

3.4 變頻接地阻抗測試儀與柔性電流鉗配合使用，可測量高壓輸配電搭桿腳的漏電流和接地阻抗，而不需要斷開架空地線；同時對各塔角的接地阻抗進行對比，以消除由于接地引下線因腐蝕、斷裂引起的塔基接地阻抗超標的安全隱患。

3.5 儀器內置相關標準，方便現場測試人員查對標準要求，判斷測試數據及測試結論。

3.6  實現測試選項：四角塔接地阻抗測試、雙桿塔接地阻抗測試、單桿塔接地阻抗測試、土壤電阻率測試。

3.7  擴展（四級法）土壤電阻率測量，為整改不合格的桿塔接地阻抗提供第一手技術資料。

3.8  測試結果按照塔身高度、土壤電阻率提示標準限值，實測結果自動進行季節系數修正。

3.9  測試阻抗范圍： 0.01Ω～1000Ω，分辨率0.01Ω；

3.10  測試準確度： ±(2～5 %+2計數)

接地阻抗限值及季節系數依據以下標準：

GB/ 50150－2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》

DL/T 620-1997 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》

DL/T 887-2004 《桿塔工頻接地電阻測量》