新型高压铁塔钳式接地阻抗测试仪器的开发

、研发背景：

送电线路杆塔必须有可靠的接地，以确保雷电流导泄入大地，保护线路绝缘。为了确保雷电流导入大地而不对线路绝缘产生危害，就必须保证整个电流回路的畅通无阻。从以前只注重地网的接地电阻，发展到把导泄雷电流通道作为整体加以考虑和测试，实践证明，接触电阻是杆塔接地系统中的薄弱环节，经过处理后的杆塔接地系统，可降低反击跳闸率，提高杆塔的耐雷水平，对线路防雷具有重大现实意义。降低电力线路杆塔接地电阻可以提高线路的耐雷水平，减少雷害事故，在杆塔附近降低接触电压和跨步电压，防止人畜触电事故。因此杆塔的接地电阻是一个重要数据。设计、施工、运行的各个环节都必须十分重视，要准确测出它的真实数值，并使其低于规定值。以往是使用接地摇表来或数字式接地电阻测试仪来测量接地电阻的，但由于需要从接地网向外引100米以上的测量线和两根辅助地极相连，工作量大，而且往往受到地形和环境的限制，辅助地极的位置无法达到要求，因而很难得到正确的测量结果。

近年来引进的钳型接地电阻测试仪，运用新式钳口法，无需打桩放线进行在线直接测量。国家有关部门对钳式接地电阻测试仪与传统电压电流法对比试验的结果说明，它完全可取代传统的接地电阻测试方法，对接地电阻值给出可信的结果。从测量原理来说，钳式接地电阻测试仪必须用于有接地环路的情况下，由于其测量方法简便，为广大线路工作者所欢迎。用钳型接地电阻测试仪测量电力线路杆塔接地电阻方法简单，测量结果可信度高，但只能用于有架空地线的高压线路上，测量时待测杆塔只允许存在一条接地引下线，如各塔脚的地网是不连通的，应将其余各脚的接地引下线拆开后用临时线与测量脚的引下线连通(连通点在钳表之下)。由于接地引下线与塔基间隙较小，并且测试时需要断开接地引下线，因此如何采用新技术来实现野外现场快速测试电力铁塔接地阻抗是本次课题主要解决的技术关键。

变频技术应用于接地阻抗测试已有相关的标准及测试导则，我们开发的新型电流传感器的应用为新技术实现的提供了有力的支持，本次采用的柔性电流钳作为主要测试元件是一种根据罗氏线圈原理制作而成，可与示波器、万用表等低压测量仪器配合使用，也可用于某些在线检测仪器的电流采样。柔性电流传感器适用于一般测量仪器很难进行测量的特殊场合，能在狭小空间里能进行弯曲，如较密集的线路、铝排、铜排、母线电流的测量。采用特殊的柔性材料作为线圈骨架，经特殊工艺处理，积分电路相位差小，具有测量精度高，测量范围宽等特点。

一个完整的罗氏线圈电流测量系统包括罗氏线圈及积分器。

罗氏线圈及积分器是一种通用的交流电流测量系统，应用的场合很广泛，它对待测电流的频率、电流大小、导体尺寸都无特殊要求。系统的输出信号与电流频率无直接关系，相位差小于0.1度，可测量波形复杂的电流信号，如瞬态冲击电流。线圈的输出电压可以用公式Vout=M di/dt来表示。其中M为线圈的互感。di/dt则是电流的变比。通过采用一个专用的积分器将线圈输出的电压信号进行积分可以得到另一个交流电压信号，这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。

1.1 传统法使用接地电阻测试仪进行电力铁塔的接地电阻测量

传统方法必须将接地线解扣及打辅助接地极。即将被测的接地极从接地系统中分离；且须将电压极及电流极按规定的距离打入土壤中作为辅助电极才能进行测量。如下图所示

1.2 采用柔性电流钳使用接地电缆进行电力铁塔的接地电阻测量

高压线常附带一根接地电缆，该电缆通过排电塔可以放电至接地端。如果所有的电塔连接至这根导线，这所有的电塔的接地电阻是并联的，这意味着不能使用传统的3P法对电塔进行接地电阻的测量，除非断开接地电缆，但此种操作危险且费时。采用变频接地阻抗测试仪结合柔性电流钳相关连接后就可以进行电塔接地电阻的测量，甚至可以尝试在电塔的接地并行网络中进行选择性测量。将四条柔性电流钳缠绕在电塔的支撑脚根部，设定好测试频率便可准确的测量电塔的接地阻抗，二使用柔性电流钳以为着适合任何形状的电力铁塔的接地阻抗测试。如下图所示。

通过一次测量，我们同时可以获得大量有价值的数据：

1）铁塔所有接地线的电阻

2）铁塔的参考电阻

3）电力铁塔每一支撑点的电阻

二、   解决问题方案

本项目的仪器开发利用现行的变频接地阻抗测试技术并结合了传统伏安法测量的特点与钳口法新技术原理，发挥柔性电流钳测量频带宽的技术优势，运用先进的计算机控制技术和分散傅里叶级数展开及数字滤波技术，实现对电力铁塔方便、快速、准确测试接地阻抗。

1、   仪器构成及目标：

构成：电池（或充电电池组）、直流逆变电源、变频电源、数据采样计算单元、显示电源、4只柔性电流钳等组成。

2、   各单元技术指标：

2.2.1直流逆变电源：采用电池通过电路产生较大功率的交流电源，满足现场测试接地装置的接地阻抗要求，输出功率不小于50VA。

2.2.2 变频电源：产生测试需要的变频电流。

2.2.3 数据采样计算单元：通过数字滤波及傅里叶变换技术测试试验频率下的电压及电流，并通过数学模型计算出被测装置的接地阻抗值。

2.2.4  柔性电流钳：每只长度1米，利用罗氏线圈完成对电力铁塔支撑脚的缠绕将微弱的变频（定频）电流信号准确测试出来并传送至仪器主机计算。

三、完成目标

3.1实现目标：提高仪器的抗干扰能力强：自产生定频电流，通过数字滤波方式过滤掉由于互感引起的接地引下线中的50HZ 、100HZ等谐波干扰电流，即使在较大的工频干扰环境下，也能精确测量；

3.2测量范围广、分辨率高：量程从0.01Ω～1000Ω，分辨率0.01Ω，对0.7Ω以下接地电阻，也能准确测量；

3.3 柔性电流钳的特殊设计：长度1米，可满足电力铁塔支撑脚接地引下线的电流采样。

3.4 变频接地阻抗测试仪与柔性电流钳配合使用，可测量高压输配电搭杆脚的漏电流和接地阻抗，而不需要断开架空地线；同时对各塔角的接地阻抗进行对比，以消除由于接地引下线因腐蚀、断裂引起的塔基接地阻抗超标的安全隐患。

3.5 仪器内置相关标准，方便现场测试人员查对标准要求，判断测试数据及测试结论。

3.6  实现测试选项：四角塔接地阻抗测试、双杆塔接地阻抗测试、单杆塔接地阻抗测试、土壤电阻率测试。

3.7  扩展（四级法）土壤电阻率测量，为整改不合格的杆塔接地阻抗提供第一手技术资料。

3.8  测试结果按照塔身高度、土壤电阻率提示标准限值，实测结果自动进行季节系数修正。

3.9  测试阻抗范围： 0.01Ω～1000Ω，分辨率0.01Ω；

3.10  测试准确度： ±(2～5 %+2计数)

接地阻抗限值及季节系数依据以下标准：

GB/ 50150－2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

DL/T 620-1997 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

DL/T 887-2004 《杆塔工频接地电阻测量》