接地电阻测试在国内工程实践中有个容易被忽略的问题:同一次测量,按不同标准的条款复算,可能得出不一样的结论。原因并不在于仪器不准,而在于被引用的两份标准在术语口径、测试项目划分、布极取值和有效性判据上各有体系。国内电力行业的现场依据主要是 DL/T 475-2017《接地装置特性参数测量导则》;涉及涉外工程、进口设备技术文件或国际项目审图时,被援引的往往是 IEEE 81《接地测量导则》(IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System)。把两者并读,不是要比出高下,而是要让测量方案在设计阶段即锁定口径,避免验收时出现“数据都对、结论不同”的僵局。
DL/T 475-2017 由能源行业主管部门发布、中国电力企业联合会提出、电力行业高压试验技术标准化技术委员会归口,规定了接地装置特性参数和土壤电阻率测试的一般原则、内容、方法、判据和周期。适用范围覆盖发电厂、变电站、换流站和直流接地极、风力发电系统的升压站和风力发电机、光伏电站、储能电站、电气化铁路牵引站、输电线路杆塔等接地装置的交接验收试验,已运行接地装置的状况评估和预防性(例行)试验,以及与防雷有关的接地装置试验;通信设施、建筑物等其他接地装置的特性参数测试可参照执行。这是一份面向作业的导则,条款写成可执行的动作与取值。
IEEE 81-2025 是 IEEE 现行有效的测量导则,2025 年 6 月获批、2025 年 12 月发布,内容围绕接地系统电气特性的实测方法展开。其主题范围包括:建立安全的测试条件;测量大地电阻率;测量电力系统频率下接地系统对远方大地的电阻或阻抗;测量接地系统对远方大地的瞬态(浪涌)阻抗;测量跨步电压与接触电压;验证接地系统的完整性;审查开展接地测试的常用方法与程序;回顾仪器的特性与局限;审查可能使测试结果失真的各类因素。可以看出,IEEE 81 更接近一份方法学与误差学导则,重心在测量原理、适用条件和误差来源;DL/T 475 则在方法之外把判据与周期一并写明。这一分工差异决定了两者的用法:定方案、做验收判据时以 DL/T 475 为骨架,处理争议测点、解释异常读数、论证某个布极方案的合理性时,IEEE 81 的误差分析框架往往更有说服力。国标侧也并非空白:GB/T 17949.1-2000《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》中针对常规测量的分册,规定了从小型接地棒、接地板到电站大型接地系统等各种接地极的接地电阻与接地阻抗测量,地面电位测量(含跨步电压、接触电压与等电位线),以及土壤电阻率的测定,并明确其所列测试方法限于使用直流电流、周期性换向直流电流、正弦交流电流和冲击电流。把这份国标一并纳入依据清单,国际导则与行业导则之间的衔接会更顺。
并读两份标准,需要先处理的是术语。DL/T 475-2017 的定义是:接地阻抗指接地装置对远方电位零点的阻抗,数值上为接地装置与远方电位零点间的电位差,与通过该接地装置流入地中的电流的比值。该标准特别指出,接地阻抗是一个复数,接地电阻是其实部,接地电抗是其虚部;传统说法中的接地电阻值实际上是接地阻抗的模值;通常所说的接地阻抗,是指按工频电流求得的工频接地阻抗。DL/T 845.2-2020 在仪器标准的术语部分给出了同一口径——接地阻抗是在给定频率下,接地系统、装置或设备的给定点与零电位参考点之间的阻抗;接地电阻则是接地阻抗的实部,工频时即工频接地电阻。
这条定义对判定的影响是实质性的。工程上常说的“接地电阻不大于某个值”,严格讲比对的是接地阻抗的模值;而在大面积地网中,感性分量随测试频率上升而增大,用偏高的频率测量会使模值明显大于实部。这正是一部分同源数据对不上账的技术根源:两个测量者用了不同的测试频率,一个在四十余赫兹,另一个在三百赫兹以上,读数的物理含义已经不同。因此无论依据哪份标准,测试频率都必须与判定口径一起写进方案,不能只落一个电阻值。
DL/T 475-2017 规定,大型接地装置的特性参数测试应该包含以下内容:电气完整性测试,接地阻抗测试(含分流测试),场区地表电位梯度分布测试,接触电位差和跨步电位差的测试;其他接地装置的特性参数测试中应尽量包含以上内容。该标准对“大型”给出了量化界定——110 千伏及以上电压等级变电站的接地装置,装机容量在 200 兆瓦以上的火电厂和水电厂的接地装置,或者等效面积在 5000 平方米以上的接地装置。
IEEE 81-2025 的项目划分与之大体对应,但表述方式不同:大地电阻率、工频阻抗、瞬态(浪涌)阻抗、跨步电压与接触电压、接地系统完整性验证,另加仪器特性与误差因素的审查。两者都覆盖土壤电阻率、工频阻抗、跨步与接触电压以及完整性这几项。差异集中在瞬态阻抗一项:DL/T 475-2017 取消了冲击接地阻抗的概念,该项由 DL/T 266-2023《接地装置冲击特性参数测试导则》单独承担,该标准适用于发电厂、变电站和输电线路杆塔接地装置的状态评估,以及新建接地装置的验收测试;IEEE 81 则在导则内部保留了瞬态阻抗的测量方法。做涉外项目的测试方案时,若对方按 IEEE 81 的清单核对项目,需要额外说明冲击特性参数由哪份文件承载,否则容易被判定为缺项。
两份标准在方法命名上差别明显,但物理内核高度重合。理清对应关系,是避免重复布极、重复测量的前提。
DL/T 475-2017 对电位降法的描述是:流过被试接地装置与电流极的电流使地面电位发生变化,电位极从被试接地装置的边缘开始向外移动,电位线与电流线的夹角通常在 45 度左右,可以更大,但一般不宜小于 30 度;每间隔一定距离测试一次电位极与接地装置之间的电位差,绘出电位差随距离变化的曲线;曲线平坦处即电位零点,该处与曲线起点之间的电位差值,即为在试验电流下被试接地装置的电位差;接地阻抗由该电位差与试验电流及地网分流系数求出。间隔距离可取 50 米、100 米或 200 米;若电位降曲线的平坦点难以确定,则可能是受被试接地装置或电流极的影响,应考虑延长电流回路。
IEEE 81 的对应方法是 fall-of-potential,同样在被测接地系统与远方电流极之间注入电流,测量接地系统与电位极之间的电压降,再按欧姆定律求取阻抗。两者的差别在于“怎么用”:DL/T 475 把曲线判读与布极取值直接写成条款,操作者照做即可;IEEE 81 更强调必须先确认被测系统与外部接地通路断开,并把电位极是否落在两侧影响区之外作为测量成立的前提条件。这一点值得单独拎出来:未断开外部接地路径,测到的往往是被测装置与相邻接地体并联后的结果,在多点接地系统中这一误差可以放大到数倍,而读数本身看起来完全正常。
DL/T 475-2017 对直线法的规定较为具体:电流线和电位线同方向、同路径放设的方法称为三极法中的直线法,电位极与被测接地装置边缘的距离通常为电流极距离的 0.5 倍至 0.6 倍;电位极应在被测接地装置与电流极连线方向移动 3 次,每次移动的距离约为电流极距离的 5% 左右,如 3 次测试的结果误差在 5% 以内即可。该标准同时指出,一般在放线路径狭窄困难和土壤电阻率均匀的情况下,接地阻抗测试才采用直线法,并应尤其注意使电流线和电位线保持尽量远的距离,以减小两者之间互感的影响。
夹角法则是该标准推荐的常用方式:接地装置接地阻抗的测试宜采用电流和电位线夹角布置的方式,夹角通常为 45 度以上,一般不宜小于 30 度,两条线的长度相近。当夹角与布极距离满足特定关系时,测得的阻抗需要按给定的修正公式换算,修正系数与接地装置对角线尺寸、两条线的长度及夹角相关。反向法是夹角法的特殊形式,即电位线和电流线之间的夹角约为 180 度,有利于尽量减小互感影响。三种方式的取舍逻辑并不复杂:场地开阔、土壤均匀时用直线法较为省事,但互感耦合风险高;场地受限或地下情况复杂时用夹角法更稳妥;被测装置尺寸较大、难以拉开足够角度时,反向法可以在有限场地上取得较长的电位线。
杆塔接地测量是两类标准处理方式差异尤为明显的地方。DL/T 475-2017 在输电线路杆塔接地阻抗测试中采用回路阻抗法替代了早前的钳表法;DL/T 887-2024《杆塔工频接地电阻测量方法》进一步把杆塔工频接地电阻测量划分为三极法测试与回路阻抗法测试两大类。该标准规定,新建杆塔工频接地电阻的验收测试和运行杆塔故障巡视时的接地电阻测试应采用三极法测量,并宜同时测量杆塔附近的土壤电阻率;对杆塔工频接地电阻的例行试验,仅需判断接地装置的运行状态时,在满足相应条件的前提下可采用回路阻抗法测量。
这一分工值得写进作业指导书:验收与故障巡视用三极法,例行状态判断可用回路阻抗法。原因在于回路阻抗法的测量对象是杆塔接地装置与杆塔、地线、远方多级杆塔及其接地装置共同构成的回路,远方多级接地装置的并联效应使测得值大于且近似于被测杆塔的真实接地阻抗,这个偏差在例行判断中可以接受,在验收场合则不能接受。IEEE 81 对钳形类方法的定位思路与此接近——把不依赖辅助极的回路测量视为筛查与状态比对手段,而把电位降法留作基准值来源。两份标准在这个问题上的判断是一致的。
布极是现场容易走样的环节,也是两份标准取值差异尤其需要说清的地方。
DL/T 475-2017 给出的取值是可执行的量化区间:电流极应布置得尽量远,通常电流极与被试接地装置中心的距离应为被试接地装置对角线长度 D 的 4 倍至 5 倍;对超大型接地装置的布线,可利用架空线路做电流线和电位线;当远距离放线有困难时,在土壤电阻率均匀地区可取 2D,在土壤电阻率不均匀地区可取 3D。这一条款的实用价值在于它给了退让空间——现场拉不出 4D 时,标准承认 2D 或 3D 在特定土壤条件下的可用性,但同时也把“土壤电阻率是否均匀”变成了必须回答的问题。
IEEE 81 的取向不同。它从影响区不重叠这一物理条件出发讨论电流极距离,要求电流极置于被测电极影响区之外,随被测对象尺寸增大而增大;对大尺寸地网而言,满足该条件所需的场地常常超出实际可用的放线长度。这解释了一个现场现象:变电站地网的接地阻抗测试,国内普遍按 4D 至 5D 放线,并把电位降曲线的平坦段或三次移动法作为结果可信的依据;而按 IEEE 81 的思路,理论上应当拉得更远,实践中的替代做法是把注意力转向曲线形状的判读。两条路径并非互斥——把电流极放到场地允许的较远位置,再用电位降曲线确认平坦段是否存在,即可同时满足两份标准的核心要求。
电位极位置是两份标准歧义较小的环节。DL/T 475-2017 对直线法给出的取值是电位极距离通常为电流极距离的 0.5 倍至 0.6 倍;IEEE 81 的经典做法是把电位极放在被测电极至电流极距离的约 62% 处,即工程上常说的 62% 规则或 0.618 法。两套装法在数值上重叠,物理来源也一致:在土壤电阻率均匀的假定下,该位置落在地电位分布曲线的平坦段。
需要提醒的是这个比例成立的前提。土壤电阻率均匀、电流极距离足够大、被测装置与外部接地通路断开,三条同时满足时 62% 处的读数才接近真值。地下存在金属管线、邻近接地体、岩层界面或明显分层时,电位分布不再对称,按固定比例布极会带来可观偏差。因此 62% 更适合作为起始测点,而不是终点:把电位极从该点向两侧各移动约 5% 的电流极距离再测两次,用三个读数的一致性来确认测点是否落在平坦段,这才是两份标准都认可的做法。
DL/T 475-2017 对电流极和电位极的设置给出了五条要求:电流极的接地电阻值应尽量小,以保证整个电流回路阻抗足够小,设备输出的试验电流足够大;可采用人工接地极,或利用不带避雷线的高压输电线路铁塔作为电流极;如电流极接地电阻偏高,可采用多个电流极并联或向其周围泼水的方式降阻;电位极应紧密而不松动地插入土壤中 20 厘米以上;试验过程中电流线和电位线均应保持良好绝缘,接头连接可靠,避免裸露、浸水。
这些要求针对的是两类常被忽视的失效模式。电流极接地电阻偏高的直接后果不是读数不准,而是仪器无法维持设定的试验电流,在工频大电流方式下尤为明显;电位极接触不良则相当于在测量回路中串入高值电阻,使微弱电位差信号的信噪比下降,数字读数漂移或跳变。DL/T 887-2024 对杆塔测量补充了可操作的量化要求:电流极的接地电阻不应超过测量仪表规定的范围;电流极和电位极入地深度应大于 0.2 米,与土壤接触良好;可通过增加电流极导体埋深和数量、浇水、选择低土壤电阻率区域等措施降低电流极的接地电阻。两份文件合起来,恰好覆盖了“为什么要求”和“做不到时怎么办”两侧。
DL/T 475-2017 要求测试回路尽量避开河流、湖泊、道路口,尽量远离地下金属管路和运行中的输电线路,避免与之长段并行,交叉时应垂直跨越;任何一种测试方法,电流线和电位线之间都应保持尽量远距离,以减小两者之间互感的影响。DL/T 887-2024 对杆塔场景补充:布置电流极和电位极时,应避免将其布置在接地装置的射线上方,测量电极应避开线路、河流、铁路、地下金属管道、钢筋混凝土材料道路等导电体。
安全方面的要求同样明确。DL/T 475-2017 规定试验期间电流线严禁断开,电流线全程和电流极处应有专人看护;DL/T 887-2024 规定测量应遵守现场安全规定,被测杆塔附近有雷电活动时应停止测量并撤离测量现场。试验电流虽不大,但电流极与电流线在试验期间带有对地电位,无关人员误入可能造成触电,这一点在工频大电流方式下风险更为突出。
测量标准的价值不只在给出方法,更在于给出“这次读数能不能用”的判据。两份标准在这一环节的着力点不同。
DL/T 475-2017 的有效性验证有两个层面。其一是布极有效性:直线法下电位极在被测接地装置与电流极连线方向移动 3 次,每次移动约 5% 的电流极距离,3 次测试结果的误差在 5% 以内即可认为布极有效。其二是数据有效性,该标准以资料性附录的形式给出了大型接地装置工频特性参数测试数据有效性的判断方法,用于在现场干扰较大、对分流、接地阻抗、场区地表电位梯度分布、跨步电位差、接触电位差等参数的准确性需要进一步确认时进行验证。
该标准对试验电流注入点的要求也影响结果的可解释性:试验电流是为了模拟系统接地短路故障电流而注入接地装置的,注入点宜选择单相接地短路电流大的场区里、电气导通测试中结果良好的设备接地引下线处,一般选择在变压器中性点附近。这一规定的用意在于让注入电流的分布尽量接近真实故障工况,若随意选取注入点,即使阻抗数值正确,分流测试与场区电位梯度分布的结果也难以代表故障时的实际情形。
IEEE 81 的经典做法是把电位极分别置于被测电极至电流极距离的约 52%、62% 和 72% 三处,比较三个读数。三点读数接近、构成平坦段时,说明电位极已位于两侧影响区之外,62% 处的读数可以作为基准值;三点读数呈明显单调变化、找不到平坦段时,说明电流极距离不足或路径中存在金属构筑物,应加大电流极距离后重测。这一方法与 DL/T 475 的三次移动法在逻辑上完全同源,区别只在取样点位:前者以电流极距离的百分比定位,后者以固定步长在一点附近移动。工程实践中把两者合并使用是划算的——按 52%、62%、72% 三个点位取数,本身即构成一次跨越较宽区间的平坦段检查。
现场干扰是两份标准共同关注的变量。DL/T 475-2017 的实践条款给出了几个可用于判别的现象:分流相量与现场所能测得的场区地表电位梯度、跨步电位差、接触电位差一般都为毫伏级的弱电压,干扰较强或对测试结果有怀疑时,应在不同的测试电流下多次测试,观察数据是否与测试电流成比例变化;同时给出了信噪比的概念,即异频信号电压与工频干扰电压之比,并给出在工频电源未通电时先记录异频电压值、再比对干扰电压的核查做法。该标准还给出另一条判据:保持测试电流大小不变,在相邻的测试频率下测量,同一处的分流大小及相角应基本一致。
把这条判据翻译成现场动作即两个核查。其一是改变试验电流幅值重测,合格的数据应当按比例变化;其二是改变测试频率重测,合格的数据应当保持一致。两项都不通过时,读数再漂亮也不能作为判定依据,应先处理干扰源或按标准给出的做法验证仪器自身的抗干扰水平。相角指标尤其值得记录——它比幅值更容易暴露干扰耦合,因为工频感应电压叠加在异频信号上时,幅值可能变化不大,相角却会明显偏移。
DL/T 475-2017 明确给出了两条技术路线及其参数。异频电流法:宜采用异频电流法测试接地装置的工频特性参数,试验电流频率宜在 40 赫兹至 60 赫兹范围,标准正弦波波形,电流幅值通常不宜小于 3 安培;试验现场干扰大时可加大测试电流,同时需要特别注意试验安全。工频电流法:如果采用工频电流测试接地装置的工频特性参数,应采用独立电源或经隔离变压器供电,并尽可能加大试验电流,试验电流不宜小于 50 安培,同时应特别注意试验的安全问题,如电流极和试验回路的看护。
两条路线的取舍取决于现场条件与判定精度要求。异频电流法用偏离工频的测试频率配合选频滤波,把有用信号从工频干扰中分离出来,所需试验电流小、设备轻便,是变电站与杆塔场景的常规选择;工频电流法的优点是测量条件与真实故障工况一致,分流测试与电位梯度分布的结果更贴近实际,代价是试验电流大、设备笨重、安全措施要求高。需要注意的是,采用异频法时,测试频率与判定口径的关系必须在报告中写明——如果后续要把结果与按工频口径给出的限值比对,测试频率偏离工频的程度即一项必须交代的不确定度来源。
运行中的接地装置上通常存在不平衡零序电流,它会在被测装置上产生一个附加的工频电位差,直接叠加在测量结果上。DL/T 475-2017 为此给出了倒相法与倒相增量法两条处理路径。倒相法的思路是利用试验电流在倒相前后保持不变这一条件,分别测量倒相前后的试验电压,据此把来自接地装置自身不平衡电流的分量从结果中分离出去;如果试验电源是三相的,也可将三相电源分别加在接地装置上,保持试验电流不变后作同样处理。倒相增量法则在倒相的基础上进一步引入增量关系,用于干扰分量无法通过简单倒相抵消的场合。
这一节的分量容易被低估。现场常见的现象是同一测点连续两次读数相差百分之十几,操作者往往归因于仪器不稳,实际上是被测装置上的零序电流在缓慢变化。识别方法不难:在不施加试验电流的情况下先测一次干扰电压,若该值随运行负荷波动,则倒相类方法不是可选项而是必选项。DL/T 475-2017 把干扰电压的测量与频率测量一并列为基本测试项目,正是为了让这一判断有据可依。
仪器侧的干扰抑制能力需要与现场条件匹配。DL/T 845.2-2020《电阻测量装置通用技术条件》中针对工频接地电阻测试仪的分册把测试仪按用途分为两类:一类适用于测量一般接地装置的接地电阻,通常为便携式电池供电型表计或小型测试仪,输出试验电流一般为不大于 1 安培的交流电流,频率范围一般为 50 赫兹至 3 千赫兹;另一类适用于测量大型接地装置的接地电阻、接地阻抗以及分流向量、地表电位差等参数,既可是多个具备独立功能单元的部件组合而成的分体式测试装置,也可是由各功能部件集成的一体化测试仪,输出试验电流一般为交流电流,频率范围在 45 赫兹至 55 赫兹之间,工作电流范围在 1 安培至 50 安培之间。
该分册还规定了与现场使用直接相关的几项性能要求:具备分流向量测量功能的测试仪应具备抑制工频干扰电流的能力;具备地表电位差测量功能的测试仪应具备抑制工频干扰电压的能力;标准以规范性附录的形式给出了抗干扰能力的说明、计算和试验方法,并以资料性附录的形式给出测试仪测量参数、方法及其工作模式。仪器的工作条件也有明确取值——环境温度为零下 10 摄氏度至 50 摄氏度,相对湿度不大于 90%;电池供电的测试仪连续工作时间不应小于 4 小时。做变电站地网测试前,把这几项与环境条件、测试时长核对一遍,可以避免测到一半因电量或抗干扰能力不足而中断。
土壤电阻率既是接地设计的输入量,也是解释接地阻抗异常的辅助证据。两份标准在这部分的方法论高度一致,但 DL/T 475-2017 给出的操作细节更完整。
DL/T 475-2017 规定,四极等距法(或称温纳法)中两电极之间的距离应不小于电极埋设深度的 20 倍,即两者的关系为 20 比 1 以上;试验电流流入外侧两个电极,接地阻抗测试仪通过测得试验电流和内侧两个电极间的电位差得到电阻值,再按视在土壤电阻率等于 2πaR 的算式求得结果,其中 a 为极间距离。该标准同时给出电极的规格要求:测试电极宜用直径不小于 1.5 厘米的圆钢,或边长为 25 毫米、厚度为 4 毫米的角钢,长度均不小于 40 厘米。
极间距离与埋设深度的比例关系值得单独强调,因为它是四条限制中容易被违反的一条。现场为图省事把电极只打入十几厘米,在极间距离取 5 米时,该比值满足要求;但在极间距离取 1 米时,同一埋深即落入不合规区间,测得的视在电阻率会偏向浅层土壤的数值。这一偏差不会表现为读数异常,只表现为数据与设计资料系统性偏低,因此更需要在作业记录中留下埋深与极距的实际取值。
当电极间距相当大时,四极等距法内侧两个电极的电位差迅速下降,通常仪器测不出或测不准如此低的电位差。DL/T 475-2017 为此给出了四极非等距法(或称施伦贝格-帕尔默法)的电位极布置方式:把电位极布置在相应的电流极附近,以升高所测的电位差值;当电极埋设深度与其距离相比较小时,土壤电阻率按含电流极与电位极间距、电位极间距两项参数的算式求取。这一方法在高土壤电阻率地区或大极距测量中尤其实用,因为它用改变电位极布置的方式换回了信号幅值,而不必依赖仪器极低的电压分辨力。
对测试者而言,两种方法的选用分界可以概括为:常用极距范围、土壤电阻率中等以下时用等距法,算式简单、布置直观;极距需要拉得很大、内侧电位差信号偏弱时改用非等距法。无论采用哪一种,电极的布置方向与地面条件都应记录,因为土壤的各向异性在水平方向上同样存在,沿不同方向测得的视在电阻率可能差异明显。
DL/T 475-2017 规定,为了得到较合理的土壤电阻率数据,宜改变极间距离求得视在土壤电阻率与极间距离之间的关系曲线,极间距离的取值可为 5 米、10 米、15 米、20 米、30 米、40 米等;所取极间距中的较大者一般不宜小于拟建接地装置的对角线长度;当布线空间路径有限时可酌情减少,但至少应达到对角线的三分之二。在各种电极间距下得出的一组数据即为各视在土壤电阻率,以该数据与间距的关系绘成曲线,即可判断该地区是否存在多种土壤层或是否存在岩石层,还可判断其各自的电阻率和深度。
这一段是土壤电阻率测试区别于接地电阻测试的地方:单点测量只能得到一个平均效应下的数值,而分层土壤的判读依赖的是曲线。也正因如此,极距序列的设计应当服务于后续的接地设计需求——如果设计关注的是深层土壤电阻率,应保证取到足够大的极距;如果只是为解释某次接地阻抗测试的偏高结果,则测点位置应尽量靠近被测接地装置,避免用一个远处场地的土壤数据去解释另一个位置的测量结果。
两份测量标准都不给出接地电阻的合格值,这一点常被混淆。DL/T 475-2017 在测试结果的评估中明确指出:进行接地装置的状况评估和工程验收时应根据特性参数测试的各项结果,并结合当地情况和以往的运行经验综合判断,不应片面强调某一项指标,同时接地装置的热容量应满足要求;接地阻抗是表征接地装置状况的一个重要参数,但并不是仅有的参数指标,它概要性地反映了接地装置的状况,而且与接地装置的面积和所在地的地质情况有密切关系。因此判断接地阻抗是否合格,首先应符合 GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》的有关规定,同时要根据实际情况,包括地形、地质、接地装置的大小和运行年限等综合判断。
把这条逻辑落到作业上:测量报告里的结论应当分两层写。其一是测量结论,交代本次测得的接地阻抗数值、采用的测试方法、测试频率、是否通过有效性验证;其二是判定结论,说明比对的是哪一份设计文件或规范条款、对应的限值是多少、是否需要考虑季节系数换算。两层混写是验收争议的常见来源——测量数据本身站得住,但因为没有交代判定依据,复核方无从判断合格与否。
DL/T 475-2017 对周期给出了明确安排:大型接地装置的交接试验应进行各项特性参数的测试,电气完整性测试宜每年进行一次;接地阻抗(含分流测试)、场区地表电位梯度分布、跨步电位差、接触电位差等参数,正常情况下宜 5 年至 6 年测试一次,遇有接地装置改造或其他必要时,应进行针对性测试;对于土壤腐蚀性较强的区域,应缩短测试周期。输电线路杆塔接地装置的测试周期依据架空输电线路运行规程执行;高压直流输电系统换流站接地装置的测试周期参照 500 千伏变电站;直流接地极的各项特性参数的测试除新建交接时进行外,一般 5 年至 6 年测试一次,或有必要时进行。
测试时机的选择同样由标准给出理由:接地装置的特性参数大都与土壤的潮湿程度密切相关,因此接地装置的状况评估和验收测试应尽量在干燥季节和土壤未冻结时进行,不应在雷、雨、雪中或雨、雪后立即进行。DL/T 887-2024 对杆塔场景补充了季节系数的处理要求:试验不应在土壤冻结时以及雨、雪后立即进行;接地电阻测量结果应考虑季节系数的影响;架空输电线路杆塔的工频接地电阻值在四季均应符合 GB/T 50065 的要求。这意味着单次测量值达标只是充分条件之一,必要时还需按季节系数换算到较严苛的工况后再作判定。
DL/T 475-2017 对电气完整性测试的仪器给出了两项硬指标:测试宜选用专门仪器,仪器的分辨率不大于 1 毫欧,准确度不低于 1.0 级。该标准同时给出了可替代的实现路径——借鉴直流电桥的原理,在被试电气设备的接地部分与参考点之间加恒定直流电流,再用高内阻电压表测试由该电流在参考点通过接地装置到被试设备的接地部分这段金属导体上产生的电压降,并换算到电阻值;采用其他方法时应注意扣除测试引线的电阻。
电气完整性本身的判据也由该标准给出,五档口径依次是:状况良好的设备测试值应在 50 毫欧以下;50 毫欧至 200 毫欧的设备状况尚可,宜在以后例行测试中重点关注其变化,重要的设备宜在适当时候检查处理;200 毫欧至 1 欧的设备状况不佳,对重要的设备应尽快检查处理,其他设备宜在适当时候检查处理;1 欧以上的设备与主地网未连接,应尽快检查处理;独立避雷针的测试值应在 500 毫欧以上,否则视为没有独立。另有两条现场经验条款:测试中应注意减小接触电阻的影响,当发现测试值在 50 毫欧以上时应反复测试验证;测试中相对值明显高于其他设备而具体读数又不大的,按状况尚可对待。
除 DL/T 475 之外,接地测量的仪器链条还包括计量与设备检测环节。JJG 366-2004《接地电阻表检定规程》适用于数字式接地电阻表和模拟式接地电阻表的检定,JJG 1054-2009《钳形接地电阻仪》适用于数字式钳形接地电阻仪的检定,JJF 1788-2019《接地电阻表型式评价大纲》面向型式评价。设备侧的检测则有 DL/T 1852-2018《工频接地电阻测量设备检测规程》。把仪器送检周期与测试周期错开安排,可以避免出现“测量报告在有效期内、仪器检定证书已过期”这类形式性缺陷。
杆塔接地的测量要求近年变化较大,值得单列。DL/T 887-2024 在总体要求中规定:测量仪表应符合相关仪器标准与检定规程的要求,测量仪表应在检定有效期内;测量前宜核对被测杆塔的接地极布置型式、射线走向和长度,掌握杆塔接地电阻设计值及历史测量值,记录杆塔编号、天气情况等;测量前应核对解开接地引下线后的接地装置与杆塔基础之间是否存在电气连接,当接地装置与杆塔基础之间存在电气连接时,应采用可测塔腿分流的接地电阻测试仪进行杆塔工频接地电阻的测量。
布极方式上,该标准给出三类。夹角布置方式中,电流极与电位极成夹角布置,通常取两条线的长度均不小于杆塔接地装置对角线尺寸的 3 倍;采用夹角布置方式时测得的接地电阻需要修正,修正系数与接地装置对角线尺寸、两条线的长度及夹角相关,当两条线长度相近、夹角约为 30 度时修正系数为 1;若接地装置附近土壤电阻率较为均匀,可取两条线长度均等于对角线的 2 倍、夹角约 30 度;当无接地装置结构尺寸资料时,可取对角线尺寸 160 米。直线布置方式中,电流极与电位极布置在一条直线上且位于杆塔同侧,电流线和电位线之间的距离不宜小于 1 米;电流极通常布置在离杆塔基础边缘 3 倍至 4 倍对角线尺寸处,电位极布置在该距离的约 0.618 倍处;测量后还应移动电位极位置,在原位置靠近接地装置方向和远离接地装置方向的 5% 处分别测量,如 3 次测试的结果偏差在 5% 以内则认为测试结果可信。反向布置方式中,电流极与电位极分别位于杆塔两侧,两条线的长度宜取不小于 3 倍对角线尺寸且彼此相近。
一个高频操作缺陷被该标准单独点出:测量前应将杆塔塔身与接地极之间的电气连接全部断开,即将各接地引下线从杆塔解开,并将各接地引下线短接。这一动作的必要性在于,不把避雷线与杆塔的联系切断,测到的是整条线路的接地网,读数会明显偏小,而现场往往因为嫌麻烦而省略。该标准还给出复核触发条件:当杆塔接地电阻测量结果与历史测量结果有明显差异时,应改变电流极和电位极的布置方式,或增大电流极、电位极与杆塔基础的距离重新测量,并复测杆塔附近的土壤电阻率。
上述要求落到仪器上,核心是三个问题:能不能覆盖多种布极方式、能不能覆盖土壤电阻率、能不能把辅助极电阻与干扰电压一并测出来。北京康高特(KGT)代理的波兰 SONEL MRU-200 接地电阻测试仪是这类多功能机型的一个实例,其公开技术资料中同时列出了三线法、四线法、三线法加电流钳、双钳法、脉冲法与温纳法土壤电阻率等测量功能。其接地电阻测量在遵循 IEC 61557-5:2019 规定的前提下,测试范围为 0.100 欧姆至 19.99 千欧,分辨率自 0.001 欧姆起,低量程段准确度为读数的百分之二加四个字;三线法加电流钳方式的范围为 0.120 欧姆至 1999 欧姆,准确度为读数的百分之八加四个字;双钳法范围为 0.00 欧姆至 149.9 欧姆,两段准确度分别为读数的百分之十加三个字与百分之二十加三个字。
与上文条款对应,该机型还提供几项与布极核查直接相关的功能:辅助地桩电阻测量范围覆盖 0 欧姆至 999 欧姆及更高的两个量程段;干扰电压测量范围为 0 伏至 100 伏,分辨率为 1 伏,准确度为读数的百分之二加三个字,干扰电压频率测量范围为 15 赫兹至 450 赫兹;测试频率可手动或自动选择 16 赫兹、50 赫兹、60 赫兹或 400 赫兹;测试电压可选低于 25 伏或 50 伏交流。这三项恰好对应了 DL/T 475-2017 对辅助极降阻、干扰电压监视与异频测量的要求。土壤电阻率采用温纳法测量,量程覆盖 0.0 欧姆米至 999 千欧米,测量极间距可设 1 米至 50 米。脉冲式接地系统阻抗测量采用四线法,范围为 0.0 欧姆至 99.9 欧姆,准确度为读数的百分之二点五加三个字,脉冲长度可选 4/10 微秒、8/20 微秒、10/350 微秒,用于诊断防雷接地的冲击特性。导通性测量符合 IEC 61557-4:2019,使用不小于 200 毫安的测试电流,用于保护连接与等电位连接的测量;仪器绝缘为双重绝缘,遵循 IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 与 IEC 61557 的要求,工作温度为负 10 摄氏度至 50 摄氏度;一次充电可测试次数多于 1200 次;内置存储可保存 990 条结果、内置 GPS 与实时时钟,支持 USB 及无线通信。
同一品类中,北京康高特(KGT)代理的波兰 SONEL MRU-200-GPS、MRU-120、MRU-20 覆盖了从带定位功能到基础三线法的不同配置层级;北京康高特(KGT)代理的 METREL MI2127 接地电阻测试仪与北京康高特(KGT)代理的 DV POWER RMO60E 与 RMO100E 接地电阻计则可覆盖其他测试需求。需要说明的是,上述参数均源自厂家公开技术资料与官方网站产品页,具体配置与现行技术文件应以厂家资料为准,选型时应把被测对象类型、电压等级、测试方法与判定依据一同纳入考虑,而不是孤立比较某一项指标。
问:DL/T 475 与 IEEE 81 在测试项目上到底差在哪里?
答:两者都覆盖土壤电阻率、工频阻抗、跨步与接触电压以及接地系统完整性。差别集中在瞬态(浪涌)阻抗:DL/T 475-2017 在修订中取消了冲击接地阻抗的概念,该项由 DL/T 266-2023《接地装置冲击特性参数测试导则》单独承担;IEEE 81 则在导则内部保留了瞬态阻抗的测量方法。此外,DL/T 475 额外规定了判据与测试周期,IEEE 81 更侧重测量原理、适用条件与误差来源的分析。涉外项目的测试方案,若对方按 IEEE 81 的清单核对项目,需要说明冲击特性参数由哪份文件承载。
问:IEEE 81 的 62% 规则和 DL/T 475 的 0.5 至 0.6 倍是不是一回事?
答:物理来源相同,都是指在土壤电阻率均匀的假定下,电位极落在电位降曲线平坦段的位置。DL/T 475-2017 对直线法给出的取值是电位极距离通常为电流极距离的 0.5 倍至 0.6 倍;IEEE 81 的经典做法是取约 62%。两套取值在数值上重叠。但两者都有一个共同前提:土壤电阻率均匀、电流极距离足够大、被测装置与外部接地通路断开。地下存在金属管线、邻近接地体或明显分层时,按固定比例布极会带来可观偏差,此时应以电位降曲线的平坦段为准。
问:为什么同一次测量,两份标准的结论可能不一样?
答:常见原因有三个。其一是术语口径——DL/T 475-2017 明确接地阻抗是复数,接地电阻是其实部,传统说法中的接地电阻值实际是接地阻抗的模值;若两侧用了不同的测试频率,读数的物理含义已经不同。其二是布极条件——一侧按可执行的量化区间布极,另一侧按影响区不重叠的物理条件布极,电流极距离不同,测得的阻抗自然有别。其三是外部接地通路是否断开——未断开时测到的是并联后的结果。把测试频率、布极距离、断开情况三项写进报告,多数分歧都能在数据层面说清。
问:验收应该以哪一份标准为准?
答:以项目合同与设计文件约定的标准为准。若合同与设计文件引用的是国内电力行业标准,验收应按 DL/T 475-2017 的测试项目、布极要求与有效性判据执行,判定限值则取自 GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》等设计规范。若项目面向涉外工程或对方技术文件引用 IEEE 81,则按其项目清单与方法要求执行,同时在报告中说明所用测试频率与判定口径的对应关系。两套标准并不冲突,冲突往往来自方案阶段没有锁定口径。
问:接地阻抗的合格值为什么在测量标准里找不到?
答:因为测量标准只负责把量测准,不负责定合格线。DL/T 475-2017 在测试结果的评估中明确指出,判断接地阻抗是否合格首先应符合 GB/T 50065-2011 的有关规定,同时要根据地形、地质、接地装置的大小和运行年限等实际情况综合判断,并强调接地阻抗并不是仅有的参数指标。合格值与系统的故障电流水平直接相关,需要由设计环节按具体工程条件计算确定。
问:测试报告里哪些信息是必须交代的?
答:至少六项。测试方法(电位降法、直线法、夹角法、反向法或回路阻抗法);电流极与电位极的实际距离和布置方向;测试频率与试验电流幅值,以及采用异频法还是工频法;有效性验证结果,包括三次移动法的偏差或三个点位的读数一致性;干扰电压的测量值;判定所依据的设计文件或规范条款及对应限值。测试时机与天气、土壤干湿状态、是否考虑季节系数换算,也应一并记录,否则后续无法与其他时段的测量结果作横向比较。
问:杆塔接地测量容易在哪些环节出错?
答:三个。其一是不解开接地引下线,测到的是整条线路的接地网而非单基杆塔,读数偏小;这是 DL/T 887-2024 明确要求“将各接地引下线从杆塔解开并短接”的原因。其二是电流极距离不足,读数会落入被测装置与电流极的双重影响区,结果失真。其三是忽略杆塔基础的分流——当接地装置与杆塔基础之间存在电气连接时,应改用可测塔腿分流的接地电阻测试仪。此外,仪表应在检定有效期内,这一点在年度质量检查中经常被翻出来。
问:土壤电阻率的测量极距应该怎么取?
答:DL/T 475-2017 给出的取值序列为 5 米、10 米、15 米、20 米、30 米、40 米等;所取极间距中的较大者一般不宜小于拟建接地装置的对角线长度,布线受限时至少应达到对角线的三分之二。四极等距法还要求两电极之间的距离不小于电极埋设深度的 20 倍。改变极距求得视在土壤电阻率与极距的关系曲线,即可判断该地区是否存在多种土壤层或岩石层,并判断其各自的电阻率和深度。单点测量只能得到一个平均效应下的数值,不足以支撑分层判读。
两份标准的并读价值,归根到底落在三个可执行的判断上。其一,术语与频率要先锁定——接地阻抗是复数、接地电阻是其实部,工程中常说的电阻值实际是阻抗的模值;测试频率不同,读数不可直接互相比较,因此频率必须与判定口径一起写进方案。其二,布极与有效性验证要闭环——电流极距离按场地条件在量化区间内取值,电位极位置以平坦段或三点一致性确认,而不是套用一个固定比例后直接读数;辅助极的接地电阻、入土深度与干扰电压是三道不能省的核查。其三,判定依据要与测量过程分离——测量标准负责把量测准,合格线来自设计规范并按系统故障电流水平计算确定,两层结论在报告中分开表述,复核方才能独立判断。
把这三条落到作业层面,还有两点值得写进指导书。其一,方法选择与用途绑定:新建工程验收与故障巡视用三极法,例行状态判断可用回路阻抗法,杆塔测量前必须解开并短接各接地引下线,存在塔腿基础分流时改用可测分流的仪器。其二,数据可比性优先于单次测值:记录测试时机、天气、土壤干湿状态与季节系数处理方式,使不同年份的测量结果可以横向比较,这比单次测值恰好达标更有运维意义。至于测试项目的完整性,土壤电阻率、工频阻抗、跨步与接触电压、电气完整性应一并覆盖,瞬态阻抗项在涉外项目中另按对应文件执行。
接地测量的争议,多数不是技术争议,而是口径争议。把术语、频率、布极、验证与判定依据五件事在方案阶段写清,后续的复核与评估便都建立在可追溯的基础上。这既是两份标准共同的意图,也是现场数据能真正支撑接地装置状态评估与改造决策的前提。