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大型接地网接地电阻的测量:大电流法与变频法的对比

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-29 09:43:37 作者: 浏览次数:1085次 分类:技术文章

文章概述: 现场给大型接地网测接地电阻,常听到大电流法与变频法两种说法。翻 DL/T 475-2017《接地装置特性参数测量导则》,两个说法都找不到。规程给的正式名称是异频电流法与工频电流法。两个都不算数。 异频电流法写在 6.1.1:试验电流频率宜在四十赫兹到六十赫兹,标准正弦波波形,电流幅值通常不宜小于三安。工频电流法写在紧接着的一条:应采用独立电源或经隔离变压器供电,试验电流不宜小于五十安,并要求电流极与试验回路全程有人看护。三安与五十安差出十六倍多,这个倍数对应的是两条不同的抗干扰路子。 工频法难在干扰与信号同频,选频滤波没有落脚处,只能靠把信号抬高来压过干扰。规程为此还给了倒相法与倒相增量法两种算法补偿,后者面向牵引站这类场景,电流下限落到一安。异频法把频率挪开,信号与干扰错开之后可以选频,代价是测到的值要等效回工频。代价在等效。 真正的分野在接地阻抗是复数。规程 3.7 注明:接地阻抗为复数,接地电阻是其实部,接地电抗是其虚部,平时说的接地电阻值实际上是接地阻抗的模值。电抗分量随频率走,四十五赫兹下的电抗是五十赫兹下的零点九倍,五十五赫兹则是一点一倍,方向相反。规程把频率夹在工频正负十赫兹之内,管的正是这件事。 换电源解决不了的是布线与分流。电流极与被试接地装置中心的距离要放到对角线长度的四倍到五倍,两线之间要拉开以减小互感,分流系数对三种测试方法同样适用,必须做相量测试来修正。

大型接地网的接地电阻怎么测,现场常听到两种说法。一种叫大电流法,往地网里灌进几十安的工频电流,把信号硬顶出来。另一种叫变频法,用偏离工频的电流去测,靠选频把干扰滤掉。两种说法都在现场流通,可它们在规程里的名字并不叫这个。

翻 DL/T 475-2017《接地装置特性参数测量导则》,找不到“大电流法”这一条,也找不到“变频法”这一条。规程给的正式名称是异频电流法与工频电流法,各自带着一个明确的电流数字。把两个数字摆到一起看,这两种做法的差别才真正清楚起来。

分清楚规程里的叫法与对应的条款,很多争执会自己停下来。

一、先把两个叫法对回规程

1、现场说的变频法,规程叫异频电流法

规程6.1.1给出的原文是这样的:宜采用异频电流法测试接地装置的工频特性参数,试验电流频率宜在四十赫兹到六十赫兹范围,标准正弦波波形,电流幅值通常不宜小于三安。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。

这段话里有三个约束:频率范围、波形、电流下限。三个是一起给的,拆开看会漏掉东西。别只盯电流。

2、现场说的大电流法,规程叫工频电流法

紧接着的下一条写的是: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,试验电流不宜小于五十安,并应特别注意试验的安全问题,如电流极和试验回路的看护。

这里也有三个约束:电源要独立或者经隔离变压器、电流下限五十安、全程有人看护。

3、两个数差出十倍不止

三安与五十安摆在一起,后者是前者的十六倍多。这个倍数不是随意写的,它对应着两种抗干扰路子的根本不同,后面几章会一层层拆开。

先看一个容易被跳过的点:规程这两条的顺序是先异频后工频,6.1.1开头用的表述是“宜采用异频电流法”。规程的倾向写得很清楚。

4、“大型”这两个字有明确界定

题目里说的是大型接地网,规程3.4给的大型接地装置界定是三条并列:一百一十千伏及以上电压等级变电站的接地装置,装机容量在二十万千瓦以上的火电厂和水电厂的接地装置,或者等效面积在五千平方米以上的接地装置。

三条里沾上任何一条,便算大型。这一界定决定了后面的布线尺度与电流要求,也决定了小型接地装置用的那套便携表能不能直接搬过来。尺度先定下。

二、工频电流法为什么把电流抬到五十安

1、干扰落在信号频率上,滤不掉

接地装置上常年存在不平衡零序电流,还有地中的杂散电流。这些干扰的主要成分正是工频。用工频电流去测,信号与干扰挤在同一个频率上,选频滤波没有落脚的地方。

滤不掉,只能压过去。办法只有一个,把信号抬高到干扰压不住的程度,即提高信噪比。

2、规程给的办法是加大电流,不是换算法

6.1.1.2的表述是“尽可能加大试验电流”,并给出五十安这个下限。这是一条硬要求,不是建议。现场为了省事把电流降到十几安,等于把规程给的抗干扰手段自己废掉了一半。别省这一档。

3、倒相法是在电流之外再补一道

规程6.2.1.4把工频电流法分成倒相法与倒相增量法两种。倒相法的思路是:接地装置里有不平衡零序电流,除了增大试验电流,还可以靠把试验电流倒相一次,用两次读数把零序的影响算掉。

公式里出现三个电压。一个是不加试验电压时接地装置的对地电压,即零序电流在接地装置上产生的压降。另外两个是倒相前后的两次试验电压。试验电流在倒相前后保持不变。若试验电源是三相的,也可以把三相分别加到接地装置上,保持电流不变再做同样的处理。

这一层是算法上的补偿,与电流的提升是叠加关系,不是替代关系。

4、还有一条把电流降下来的路

倒相增量法面向的是电气化铁路牵引站这类有间歇性大工作电流注入的接地装置。做法是让试验电流与不平衡零序电流同相位,再叠加一次增量试验电流,用增量去算阻抗。

规程在这里专门写了一句:倒相增量法对试验电流的要求与通常的工频电流法不同,而与异频电流法相似,即试验电流尽量小,但不宜小于一安。

工频法与异频法之间由此多出一个中间档。同样是工频,同样要处理零序,电流下限却从五十安落到一安。这一条常被忽略,遇到牵引站这类场景时格外有用。

5、代价写在后头

五十安的电流不是凭空来的。电源容量要够,电流线的截面要够,放线距离又远,整套装备的重量与工作量都上去了。规程6.1.5为此单列一条: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。

电流越大,这条越不是形式。

三、异频电流法为什么三安便够

1、信号频率错开干扰,便可滤波

异频法把试验电流的频率挪到偏离工频的位置。干扰主要还在工频上,信号已经不在了,选频滤波这才有地方下手。电压信号采进来之后,只保留仪器选定的那个频率成分,其余一并滤掉。

这也是为什么规程要求标准正弦波波形。方波或者别的波形会带进一串谐波,每一个谐波都是一个新频率,选频滤波的选择性会被这些多余的频率摊薄。

2、四十到六十赫兹等于正负十赫兹

工频是五十赫兹,四十到六十正好是它上下各十赫兹。这个区间不是随手画的,它在两件事之间取平衡:偏得太近,干扰躲不开。偏得太远,测出来的值离工频值又太远。两头都要顾。

后面会看到,这个“太远”是有明确物理原因的,不是感觉。

3、测出来的不是工频值,要等效回去

这是异频法绕不过去的一步。规程要的是工频接地阻抗,异频法测的是异频下的阻抗,两者之间要做等效换算。

现场常见的一种做法是取四十五赫兹与五十五赫兹两个频率,这两个频率关于五十赫兹对称,各测一次之后再算出五十赫兹下的等效值。对称取点的好处是偏差方向相反,取中可以抵消掉一部分。

4、省下的不只是电流

电流从五十安降到三安,跟着降下来的是电源容量与导线截面,还有搬运量与放线时间。规程把异频法放在前面推荐,这一层是重要原因。

省下来的是工作量,没有省掉的是布线尺度。这一点下一章单独说。

四、真正的差别:阻抗是复数

1、规程要的是接地阻抗,不是接地电阻

规程3.7把接地阻抗定义为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电流的比值。

定义后面那句注是理解两种方法的钥匙: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。

一句一句拆开,可以有四条结论:测出来的量是复数,平时说的电阻是这个复数的模,电抗分量真实存在,而规程默认要的是工频下的那个值。

2、电抗分量随频率走

接地装置有电感,接地网的导体铺开成网格,电感分量不容忽略。电抗与频率成正比,频率变了,电抗跟着变,电阻那一部分基本不动。

举一个能自己算的例子:四十五赫兹与五十赫兹相比,频率是后者的零点九倍,电抗分量也便是后者的零点九倍,差出一成。五十五赫兹则是五十赫兹的一点一倍,同样差出一成。

注意方向相反。四十五赫兹偏低一成,五十五赫兹偏高一成。上一章提到的双频对称取点,抵掉的正是这一成。

3、频率偏得越远,等效性越差

把这一层看明白,四十到六十赫兹这个区间便不再是刻板规定。频率离工频越远,电抗分量的差别越大,等效回工频的误差跟着变大。规程把这个区间夹在正负十赫兹之内,管的正是这件事。

这也解释了一个常见的误会:既然异频法靠偏离工频躲干扰,是不是偏得越多越好?答案是否定的。偏得多了,干扰是躲开了,等值性也丢了。

4、工频法没有这一步

工频法直接在工频上测,测出来的正是工频接地阻抗,不需要任何等效换算。这是它格外实在的一个好处。

可这个好处是用五十安的电流换来的。两种方法各自让出了一样东西:异频法让出的是等值性,工频法让出的是设备体积与工作量。各让一步。

五、布线这一层,两种电源共用

1、电流极要放到四到五倍对角线长度

规程6.1.2规定,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的四倍到五倍。地网是网格状,对角线不止一条,取其中距离较大的那条来算。

放线确实有困难时,规程给了退让:土壤电阻率均匀的地区可取两倍,不均匀的地区可取三倍。超大型接地装置还可以利用架空线路做电流线和电位线。线路可借用。

注意这个退让与电源无关。异频法同样要按这条布线,不会因为电流小便可把电流极挪近。

2、电流线与电位线之间要拉开

规程在这一条的末尾写了一句: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,以减小电流线与电位线之间互感的影响。

“任何一种”这四个字是关键。互感耦合是布线几何决定的,与注入的电流是工频还是异频没有关系。现场换了异频仪便把两根线并在一起走,是把这一条忘掉了。

3、直线法只在两种条件同时具备时用

6.2.1.2.1是直线法,即电流线与电位线同方向放设。规程给的适用条件是放线路径狭窄困难,且土壤电阻率均匀。

电位极的位置规程给的是一个区间:通常为电流极距离的零点五倍到零点六倍,不是某一个固定比例。规程还要求把电位极在连线方向移动三次,每次移动的距离约为电流极距离的百分之五,三次结果的误差在百分之五以内即可。

三次移动与百分之五的判据,是这套方法的验收环节。跳过这一步,等于把平坦段是否存在这件事交给运气。验完才算数。

4、远离夹角法是规程推荐的那一种

6.2.1.2.3写的是:通常情况下,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。夹角通常为四十五度以上,一般不宜小于三十度,电位极的长度与电流极的长度相近。

这样布置的代价是测试值要用公式修正。修正公式里出现四个量:夹角、电位极距离、电流极距离,还有接地装置的对角线长度。几何一定,修正量便定了。

5、另有两种专门布置

土壤电阻率均匀时可用三十度夹角法,取等腰三角形布线,电位极距离与电流极距离相等且都不小于两倍对角线长度。

反向法是远离夹角法的特殊形式,电位线与电流线之间的夹角约为一百八十度。这样拉线的用意是尽可能减小两条线之间的互感,布线要求与修正公式同远离夹角法一样。

六、分流系数:换电源解决不了的那一项

1、分流是怎么来的

规程3.8的定义是:接地装置内发生接地短路故障时,通过架空避雷线和电缆两端接地的金属屏蔽向地网外流出的部分故障电流称为分流,它导致经接地网实际散流的故障电流减少。经接地网散流的故障电流与总的接地短路故障电流之间的比值,称为地网分流系数。

简单说,注进地网的电流有一部分顺着避雷线与电缆屏蔽层跑到远处去了,没有从被试地网散出去。

2、规程点名了要测的场所

对于有架空避雷线和金属屏蔽两端接地的电缆出线的变电站,线路杆塔接地装置和远方地网对试验电流进行了分流,规程要求应进行架空避雷线和电缆金属屏蔽的分流测试。

分流测试是相量测试,既要测幅值,也要测它相对于试验电流的相角,再把所有分流做相量运算,得到分流系数,用以修正接地阻抗。现场一般用带相量测试功能的柔性罗氏线圈,测与避雷线相连的金属构架基脚以及出线电缆沟。

3、这一项两种电源都绕不过

规程在6.2.1写了一句很关键的话:分流系数对接地阻抗的影响,同样适用于电流电压表三极法与接地阻抗测试仪法,也适用于工频电流法的接地阻抗测试。

三种方法全在列。换句话说,分流是地网拓扑与出线方式决定的,换电源解决不了。现场遇到两个方法的结果差得多,先查分流,比争论哪种电源准有用。

七、两个数字怎么核对

1、规程给了一条很实用的判据

规程在测试注意事项里写下:由于现场干扰的存在,使得接地阻抗以及场区地表电位梯度分布、跨步电位差、接触电位差的测试结果有时存在较大误差。当现场干扰较强,或对测试结果有怀疑时,应改变试验电流大小和频率多次测试,观察结果的重复性。正确的测试数据应与测试电流的大小成正比。

“与测试电流的大小成正比”这一句可以直接拿来做核查。电流加大一倍,电位差应当跟着加大一倍,算出来的阻抗不变。若电流变了阻抗跟着变,说明测到的电位差里混进了不随试验电流走的东西。

2、电位降法怎么找平坦段

电位降法是规程列出的头一种方法。做法是让电流流过被试接地装置与电流极,电位极从接地装置的边缘开始向外移动,每间隔一段距离测一次电位差,间隔通常取五十米、一百米或两百米,再把电位差与距离的关系画成曲线。

曲线平坦处即电位零点,与曲线起点之间的电位差值,正是试验电流下被试接地装置的电位差。阻抗由这个电位差除以试验电流得到。

3、平坦段找不出来怎么办

规程给了两条出路。若平坦点难以确定,可能是受被试接地装置或者电流极的影响,这时考虑延长电流回路。也可能是地下情况复杂,那便考虑以其他方法来测试和校验。

这两条都不允许直接挑一个点当作结果。不能硬选。

4、测试时机的要求

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。土壤含水率直接影响散流,同一座地网在旱季与雨季测出来的值本身便有差别,这个差别与选哪种电源无关。

八、两类现场情形

1、同一座地网,两个方法差出一截

某座一百一十千伏变电站的接地装置做复测,异频仪给出的值与上一轮工频大电流法留下的记录差出不少。现场先怀疑仪器,把两台设备都送去校准,回来还是差。

排查从布线开始。上一轮放的是直线法,这一轮换成了夹角法,两次的电流极距离也不相同。把两次的几何代进修正公式重算一遍,差值收掉了一大半。剩下的一小部分落在分流上:这一轮没有做避雷线的分流测试,而这座站有多回带避雷线的出线。

这一例说明的不是哪个方法准,是几何与分流这两项的权重。方法只是靠后的一环。

2、干扰大的站,读数跟着时间走

另一回,一座站的异频仪读数上午与下午对不上,差值反复出现。仪器自检正常,接线也查过。

原因是干扰本身在变。不平衡零序电流随电网运行方式与负荷变化,同一地点不同时间的干扰并不一样。规程给出的对应办法正是改变试验电流大小和频率多次测试,看结果重不重复。现场把电流从三安往上加,又换了一个频率重测,读数这才收敛。

这一例的教训是:异频法躲开了频率,没有躲开干扰幅度。干扰强的时候,加大电流这一招在异频法上同样要用。

九、现行标准各管哪一段

1、规程本体

DL/T 475-2017《接地装置特性参数测量导则》现行有效,二零一七年八月二日发布、二零一七年十二月一日起实施。本篇引到的试验电源选择、布线尺度、测试方法、分流系数,以及核查判据,全部出自这一本。

2、国标侧的常规测量

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》现行有效,二零零零年一月三日发布、二零零零年八月一日起实施。国标这一本对应的是常规测量,与行业导则可以互相印证。

3、判据不在测量规程里

接地阻抗的判断应符合 GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》中 4.2 的有关规定,标准是二零一一年十二月五日发布、二零一二年六月一日起实施。测量导则只管怎么测,合不合格要看设计规范,这一层常被混在一起。

4、杆塔另有一本

DL/T 887-2024《杆塔工频接地电阻测量方法》现行有效,二零二四年十二月二十五日发布、二零二五年六月二十五日起实施。杆塔接地装置与变电站地网不是同一种对象,测量方法另有成文依据。

5、仪器与设备的技术条件

DL/T 845.2-2020《电阻测量装置通用技术条件 工频接地电阻测试仪》现行有效,二零二零年十月二十三日发布、二零二一年二月一日起实施,管的是仪器本身的技术要求与试验方法。

DL/T 1852-2018《工频接地电阻测量设备检测规程》现行有效,二零一八年六月六日发布、二零一八年十月一日起实施。设备要定期检测,依据是这一本。

6、周期归谁

试验周期与项目安排按 DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》执行,它二零二一年四月二十六日发布、二零二一年十月二十六日起实施。

十、仪器各自站在哪一侧

1、便携接地电阻测试仪在规程里的位置

规程6.2.1.3是接地阻抗测试仪法,原文开头一句是:接地装置较小时,可采用接地阻抗测试仪测接地阻抗。这类仪表通常是四端子式,也有三端子式,由电池供电或者做成摇表形式,布线要求参照三极法。

“接地装置较小时”这六个字是边界。前文引过的规程3.4对大型接地装置的界定摆在那里,便携表对应的场景是杆塔、配电变压器、独立接地极这类对象,不是五千平方米以上的地网。

2、两台便携表的参数落在哪一段

北京康高特(KGT)代理的波兰 Sonel MRU-200,官方给出的接地电阻测试方法是三线法与四线法,另有不需断开的三线加钳法与双钳法。它的分辨率可到零点零零一欧,电力系统频率可手动或自动选择十六赫兹、五十赫兹、六十赫兹或四百赫兹,测试电压可选低于二十五伏或五十伏交流。它还能测干扰电压与干扰电压频率,测土壤电阻率用温纳法,地桩间距可设到五十米,另有卫星定位与九百九十组结果存储。频率档要挑。

北京康高特(KGT)代理的德国 METREL MI2127 走的是四线法,可测接地电阻与土壤电阻率。官方参数给的是测试电压低于四十伏、一百二十五赫兹,短路测试电流低于二十毫安,接地电阻量程到十九点九九千欧,分辨率零点零一欧,准确度为正负百分之二加三位,土壤电阻率按二倍圆周率乘以极距再乘读数来算,电极距离到三十米,防护等级 IP54,机身一点二千克,可存一千组数据。

3、把参数与规程对一下

规程6.1.1给异频电流法定的电流下限是三安。MI2127 的短路测试电流低于二十毫安,与三安差着两个数量级还多。MRU-200 的频率档位里,五十赫兹与六十赫兹落在规程要求的四十到六十赫兹区间内,另两档十六赫兹与四百赫兹在区间之外。

这不是说这类仪表不好用。它们对口的正是规程6.2.1.3那句话里的“接地装置较小”。用它们去测杆塔与独立接地极,路子是对的。把它们按大型地网的路子接上去,电流与布线尺度都对不上规程给的条件。

4、别把两个“大电流”混在一起

北京康高特(KGT)代理的瑞典 DV POWER RMO60E 与 RMO100E,输出的是直流电流,一款到六十安,一款到一百安。可它们的服务对象是设备保护接地连接的导通性,依据的是 IEC 61010-1:2010,判据是保护导体端子与可触及部件之间的电阻不超过零点一欧,与接地网对远方电位零点的接地阻抗不是同一个量。

同样是几十上百安,一个测的是金属回路的导通,一个测的是大地里的散流。名字里都有接地两个字,测量的东西差得远。

5、选型时先问哪一句

先问被测对象算不算规程3.4意义上的大型接地装置。算,便得按6.1 这一套来:异频电源或者工频大电流系统,配四到五倍对角线长度的布线,做分流测试,再按选定的几何修正。北京康高特(KGT)的产品线里没有这一类大型地网测试系统,这一层要如实说清。

不算,便携接地电阻测试仪便能覆盖。杆塔接地另有 DL/T 887-2024《杆塔工频接地电阻测量方法》可依。

十一、现场常被问起的七个问题

1、两种方法测出来的值,哪个算数

规程要的是工频接地阻抗。工频法直接测在工频上,异频法测完要等效到工频。两者条件都满足规程要求时,结果应当接近。差得多的时候,先查布线几何与分流系数,再看测试时机这三项,之后才谈方法本身。

2、四十到六十赫兹这个范围能不能突破

规程用的是“宜在”,给的是推荐区间。突破的代价是等效性变差,因为电抗分量随频率走。偏离工频越远,把异频值等效成工频值这一步的误差越大。要突破,得有说得清的理由与验证数据。理由要写下来。

3、异频法能不能不加大电流

干扰强的时候不行。规程6.1.1明确写了试验现场干扰大时可加大测试电流。异频法躲开的是干扰的频率,不是干扰的幅度。电流提高,信号跟着提高,信噪比才会改善。

4、倒相增量法用在哪

用在电气化铁路牵引站这类有间歇性大工作电流注入的接地装置上。它仍是工频,但试验电流与不平衡零序电流同相位,靠叠加一次增量电流来算阻抗,规程给的电流下限是一安。

5、分流测试能不能省

不能省。规程特意写明分流系数对接地阻抗的影响同样适用于三极法与测试仪法,也适用于工频电流法。有架空避雷线和电缆金属屏蔽两端接地出线的变电站,这一项必须做,而且是相量测试,只测幅值不够。

6、接地电阻与接地阻抗到底是不是一回事

严格说不是。接地阻抗是复数,接地电阻是它的实部,接地电抗是虚部。平时口头说的接地电阻值,规程注明实际上是接地阻抗的模值。写报告的时候按规程的口径写接地阻抗,判断依据另看 GB/T 50065-2011 中 4.2 的有关规定。

7、便携表测出来的数能不能填进大型地网的报告

不能按大型地网的路子填。规程6.2.1.3把接地阻抗测试仪法限定在接地装置较小的场景。大型接地装置要满足的是6.1 这一套电流与布线条件,便携表的输出电流与布线尺度都对不上。

结语

大电流法与变频法的差别,说到底不在谁的读数更可靠,而在各自让出了什么。工频电流法把电流抬到五十安,换来的是直接测在工频上,不需要等效换算,代价是电源容量与导线截面,还有全程看护。异频电流法把频率挪出工频,换来的是三安电流便能测,代价是测到的值要等效回五十赫兹,而等效的误差由电抗分量随频率变化这一条物理规律管着,规程因此把频率夹在正负十赫兹之内。

真正决定结果可信度的,多半不在电源这一段。电流极放到四到五倍对角线长度,电位极按零点五到零点六倍选取并移动三次验证,夹角拉开到三十度以上再用公式修正,避雷线与电缆屏蔽的分流按相量测出来修正阻抗,这几项两种电源一个也少不了。现场拿到两个对不上的数字,先查几何与分流,再谈方法。规程给的那句判据一直管用:正确的数据应当与试验电流的大小成正比。

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