2022-11-04發布2023-05-04實施國家能源局發布IDL/T2553—2022 Ⅱ 1 13術語和定義 14測試目的 35土壤電阻率 36接地阻抗 77電流分流 8地表電位 169電氣完整性 2 23 25 28附錄A(資料性)土壤的電阻率參考值 附錄B(資料性)深度變化法土壤模型分析實例 30附錄C(資料性)非均勻土壤的地電參數 32附錄D(資料性)分層土壤模型參數的確定 34附錄E(資料性)通過仿真軟件建立分層土壤模型的方法 36附錄F(資料性)電位降法原理 附錄G(資料性)鉗形接地阻抗測試儀 40附錄H(資料性)地面表層材料電阻率 43附錄I(資料性)本文件與ANSI/IEEEStd81-2012的主要技術差異及其原因 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》1接地極(3.4)與接地線(3.3)的總和。2由水平和垂直接地極(3.4)組成的，供發電廠、變電站使用的，兼有泄流和均壓作用的水平網狀接地系統groundingsystem接地裝置(3.5)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，與通過根據通過接地極(3.4)流入地中沖擊電流求得的接地阻抗(3.8)。數值上等于在沖擊入地電流的電流經接地裝置(3.5)的接地極(3.4)流入大地時，接地裝置與參考地之間的電位差。當接地短路故障電流流過接地裝置(3.5)時，被試接地裝置所在的場區地表面形成的電位梯度分當接地(3.2)短路故障電流流過接地裝置(3.5)時，地面與接地結構(如設備外殼、架構或圍欄)之間的電位差。接觸電位差(3.14)的一種特殊情況，當接地(3.2)短路電流流過接地裝置(3.5)時，將接地裝置高電位引出站外的導體與附近地面的電位差，或將站外低電位引入站內的導體與附近地面的電經接地網(3.6)散流的故障電流與總的接地(3.2)短路故障電流之間的比值。3耦合coupling在兩個或兩個以上的電路或系統間，可進行一電路(系統)到另一電路(系接地極互阻mutualresistancea)含鹽量4有限時，可酌情減少，但至少應達到最大對角線的2/3。極5a)等距法或溫納(Wenner)法。采用此種方法時，電極按p——視在土壤電阻率，Q·m;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(1)簡化為：通過公式(2)可得出深度為a的視在土壤電阻率近似值。6可按公式(3)計算：p=πc(c+d)R/d……(3)第E.0.4條。7四極法的測試數據分析與深度變化法相似。四極法所測的土壤電阻率與電極間距的關系曲3)視在土壤電阻率發生最大變化時的電極間距應大于實際土壤電阻率發生相應變化時的89有故障記錄儀中的備用采集通道。由于被測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。可能出現的最大電壓值以及由此所需的電壓互感器變比，可電位降法(FOP)是在被測接地極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，如圖4所示。為減小電流極被測接地極間互阻的影響，電流極通常布置于距離被測接地極很P——電位極接地阻抗測試值(Q)接地阻抗測試值(Q)于電流極的引入導致地電位畸變而產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。對于具有多級并聯接地回路的輸電和配電線路桿塔接地極，可采用鉗表法或者回路阻抗法測量接y高壓輸電線路鉗表圖7采用鉗表法測量接地阻抗示意圖鉗表讀數接近接地極的真實接地阻抗需要有一個前提，即在多重接地系統中，除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(Z=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；b)只適用于與被測接地極連接的接地系統接地阻抗值相對較低的情況。c)多重接地系統屏蔽線(或中性線)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狀態。e)測量回路中的工頻和高頻干擾信號會影響鉗表讀數，尤其對高阻抗接地系統進行測量時，信噪比會較高，導致測試失敗。有關鉗表應用的限制條件和準確度見附錄G。回路阻抗法測量原理本質上和鉗表法相同，其同樣存在鉗表法存在的限制條件，但是其測試電流更大，可達數百毫安或更大，解決了鉗表法的信噪比問題。采用回路阻抗法測量接地阻抗示意圖如圖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極之間沒有電氣連接，將被測桿塔的所有接地引下線金屬短接在一起。接地A高壓輸電線路000接地阻抗，如圖10所示。0測試儀Tr,參考電壓極變電站接地網通常與遠方接地網、架空地線、配電系統中性點、高壓和通信電纜護套、金屬管DL/T2553—2022□言由于不同分流導體之間的相位角有很大差異，需要測量分流電流向量(幅分流系數K通過公式(6)進行計算：…差、接觸電位差和轉移電位差幅值，并據此判斷：c)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。地表電位測試應包含地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差和轉移電位差等內容。8.2測試范圍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位U,并畫在位置圖上，形成U-x曲線。各路徑的U-x曲線形成場區地表電位梯度分布曲線，測試示意圖見圖12。xP設備圖12場區地表電位梯度分布測試示意圖根據下述重點區域測試跨步電位差和接觸電位差。a)跨步電位差應根據所關注的區域，如場區邊緣、重要通道處進行測試。圖13給出了跨步電位差的示意圖。b)接觸電位差應重點測量場區邊緣和運行人員常接觸的設備，如隔離開關、構架等。測試時應重點測試以下位置：1)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(約為一只手臂的長度)距離內的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。圖13跨步電位差示意圖Rk——人體等效電阻；圖14結構接觸電位差示意圖地線地線四地面圖15網孔接觸電位差示意圖3)圍欄接觸電位差。在金屬圍欄與1.0m(臂展長度)內的土壤表面之間測量圍欄接觸電位差。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給出了圍地線圖16圍欄接觸電位差示意圖4)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)內的土壤表面之間門圖17門接觸電位差示意圖a)變電站轉移電位差。變電站轉移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BAB￥ADL/T2553—2022f)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，其抗干擾措施可見第11章中接地阻抗測試測試時，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，如圖20所示。電源可位于遠方接地極變電站。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式發電機，對調速控制器進行調節后，在咯微偏離工頻的頻率下產生幾3號圖20典型的工頻電流注入回路示意圖還可以用電源輸出側的1號～4號開關讓測試電流反向，通過倒相的方法來消除c)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參數為例，其準確值可通過公式(7)和公式(8)來確定。進行比較判斷。場區地表電位梯度折算后應滿足DL/T475—2017中6.3.3的要求。9電氣完整性變電站控制室中敏感的電子設備的接地引下線與接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=UII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。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10A～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。圖22接地網電氣完整性測試回路示意圖測試時，首先選定一個很可能與接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(通常可選主變壓器中性點),然后逐次測試周圍其他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，另一種更為實用和簡易的方法是采用四極法布線，如圖22所示。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，因此所測得的阻雖然電氣完整性測試判斷接地網的狀態簡易實用，但其測量結果往往僅適用于進行定性分析，而非定量判斷。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他測點異常增大，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，導通阻的單根導體支路的狀態變化。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接地系統雷電沖擊特性對確保雷電防護系統的有效性很重要。確認接地系統提阻而是低接地阻抗，是雷電防護的核心設計原則。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。首值。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十千赫茲的高陡波沖擊電流。這類測試儀通常采用三極法或電位降法布置測試電極。測試時，需要斷開架空地線，擊阻抗就成了主要參數。以標有阻抗75Ω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測量同軸電纜兩端的阻抗，其讀數接近0Ω而不是75Ω。但是，如果采用高頻信號測量，端到端的阻抗就是75Q,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,直徑為引線必須與地隔離，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，可在大無反射沖擊接地阻抗測量(接地棒長2.4m,直徑16mm)s00dd沖擊電壓分壓器接地回路TA電壓極電流極組20個頻率點進行測量。圖25給出了使用寬帶阻抗測量儀測試2.4m(長)×16mm(直徑)接地棒沖擊接地阻抗測試實低頻接地阻抗和電阻在300Ω范圍內，如圖25所示。當頻率達到100kHz左右時，電抗向下穿過接近零線，此時阻抗和電阻為100Ω左右0—Z-----R—X火花間隙充電電阻波頭電阻火花間隙充電電阻沖擊電容充電電阻火花間隙充電電阻波尾電阻沖擊電容沖擊電容架空地線、地下水管、電纜外護套、相鄰的鐵路軌道等都可能對被測于實際值。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，可在屏蔽線、金屬管線以及其他外部干擾與待測接地裝置連接之前進行測試，或對電流分流進行測試并對行修正，具體測試方法見第7章，修正方法按DL/T475—2017中6.2的要求。接地阻抗測試需要用到電流極和電位極，該試驗電極的阻抗可能會對接地阻抗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可忽略；三點法要求，試驗電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制，否則將導致流過測試回路的電流不足。為提高測試的準確性，測試設備的對于第一種情況，在測試現場應提高測試電流，為此可升高電源容量，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阻抗，可通過增加電流極埋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(不應小于對于第二種情況，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電位極的接地阻抗如果與測試設備的輸入阻抗數量級相同，則測量電壓為被測接地裝置電壓與電位極分壓之和。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b)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流不宜小于50A。如果采用異頻電流，對于大型接地裝置，試驗電流幅值通常不宜小于3A;使用回倒相法或倒相增量法來排除干擾，倒相法和倒相增量法應按照DL/T475—2017中6.2.1.4規定的方大型接地系統的接地阻抗通常很低(小于1Q),但可能含有較大的感性分量。在測量大型接地裝接地阻抗為10Ω或以上的接地裝置，其試驗引線間的耦合通常可忽咯。接地阻抗為1Ω或以下的接地DL/T2553—2022統故障或雷擊時，可導致被測接地裝置與試驗電極(遠方零電位點)之間產生高達幾千伏的轉移電遠方電位超過50V,應設專人看護，并與測試操作人員保持無線通信聯絡。若測試引線可能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對上述在接地引下線測試過程中的安全隱患，應特別注意：在設備帶電情況下，嚴禁斷開避雷(資料性)類別電阻率近似值不同情況下電阻率的變化范圍(一般地區、多雨區)(少雨區、沙漠區)土陶黏土一黑土、園田土、陶土白堊土、黏土1000以上 煤—多石土壤上層紅色風化黏土、下500(30%濕度)一—600(15%濕度)砂一地下水較深的草原1.5m、底層多巖石巖石一多巖山地一一混凝土在水中—一在濕土中——在干土中—在干燥的大氣中-礦DL/T2553—2022(資料性)或…與1相比，接地棒的半徑r很小，可利用公式(B.3)計算出表B.1中每一個測量值對應的視在電表B.1用于推導兩層土壤模型的深度變化法現場測量值m電阻Ω電阻ΩP1=300(Ω·m),p?=100(Q·m),h=6.1(m)P?=100(Ω·m),p?=300(Q·m),h(資料性)……—將公式(D.3)代入公式(D.4),可得：(資料性)E.1在接地裝置所在的站址，采用四極法或者大地電磁法，實測得到不同探針距離(深度)的若干組(3組～5組)視在土壤電阻率數據。E.2站址土壤結構模型宜分成表(淺)層、中層和深層，與此對應，視在土壤電阻率實測宜分為短距、中距和長距測試三個步驟，至少進行10個不同探針距離(深度)的測量，最大極間距離(最大深度)不宜小于接地網尺寸(取最大等效對角線),至少應大于接地網尺寸的2/3。析軟件，通過對站址土壤分層結構的數值分析，得到土壤電阻率隨測量極間距(E.10確定土壤模型后，計算反演得到E.11選擇的層數越多，土壤分層結構模型越詳細，接地裝置電氣參數計算精確度提高，但計算時間某水電廠屬引水發電型水電站，從廠房后面高坡上水庫通過兩根管道引水到廠房后進入尾水河尾水接地網構成，接地網總面積約為500m×100m。站址周圍不同測量探針距離的視m表E.1(續)m35(資料性)UE為接地極E通過1A電流所引起的電位升高，其值為接地極E的阻抗Re。因此，公式(F.3)……F.3均勻土壤根據公式(F.4),若滿足下列條件，測得的阻抗R=UI等于真實阻抗Rg,即：或若電極E和G完全相同，則φ=ψ。假設D足夠大以使U?=η(D)=0,則公式(F8)變為在均勻土壤中，若電極E和G為半球電極，將電極P布置于EG上與E相距0.618D處，或布置于公式(9)的正根即為電位極的布置地點x?=0.618D,即0.618法則。若電位極布置地點位于E與G連線的反向延長線上P?處(見圖F.1),則公式(F.9)中D-x的應替換成D+x,此時只有復數根。若電位極布置地點位于E與G連線的延長線上P?處(見圖F.1),則D-x應替換成x-D,公式(資料性)圖G1為鉗表法的基本原理示意圖。鉗表鉗住Rx,所有測極系統中，電流回路由所有接地極和大地共同組成，單個接地極的電阻值遠大于其余所有接地極的圖G2給出了一個使用鉗表法完成高效測量的實例。輸電或配電輸電線路桿塔接地極通過中性線Z(10,Lso)=12.12+0.102i=12.124Ω,比實際的接地極的接地電阻10Ω高21.24%;Z(100,Ls?)=120.12+0.103Z(1,L2403)=2.034+2.856i=3.5058Ω,比實際的接地極的接地電阻1Ω高251%;Z(10,L2403)=13.56+4.827i=14.392Ω,比實際的接地極的接地電阻10Ω高43.92%;Z(100,L240)=120.62+5.733i=120.752,比實際的接地極的接地電阻100Ω高20.75%。Z(1,L?3)=2.144+3.852i=4.408Ω,比實際的接地極的接地電阻1Ω高341%;Z(10,