浅谈变电站接地网接地电阻测试的原理方法及意义
一、概述
       近些年来,国内多处变电站因雷击形成扩大事故,多数与地网接地电阻不合格有关,接地网起着工作接地和保护接地的作用,当接地电阻过大则: 发生接地故障时,使中性点电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。 在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备(架空输电线路及变电站电气设备)带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。同时接地系统的接地电阻是否合格直接关系到变电站运行人员、变电检修人员人身安全;但由于土壤对接地装置具有腐蚀作用,随着运行时间的加长,接地装置已有腐蚀,影响变电站的安全运行;因此,必须大力加强对地网接地电阻的定期监测;运行中变电站地网接地电阻的测量,由于受系统流入地网电流的干扰以及试验引线线间的干扰,使测试结果产生较大的误差。特别是大型接地网接地电阻很小(一般在0.5Ω以下),即使细微的干扰也会对测试结果产生很大的影响;如果对地网接地电阻测试不准确,不仅损坏设备,而且会造成诸如地网误改造等不必要的损失,结合我对接地网接地阻抗测试方法的研究,现总结如下:
二、接地电阻测试原理及方法:
       测试接地装置的接地阻抗时电流极要布置的尽量远,通常电流极与被试接地装置边缘的距离dcG应为被试接地装置最大对角线长度D的4~5倍(平行布线法),在土壤电阻率均匀的地区可取2倍及以上(三角形布线法),电压引线长度为电流引线长度0.618倍(平线布线法)或等于电流线(三角形布线法)。
       1、电位降法
       电位降法测试接地装置的接地阻抗是按图1布置测试回路,且符合测试回路的布置的要求。

G—被试接地装置;C—电流极;P—电位极;D—被试接地装置最大对角线长度;dCG—电流极与被试接地装置边缘的距离;x—电位极与被试接地装置边缘的距离;d—测试距离间隔;
图1电位降法测试接地装置的接地阻抗
       流过被试接地装置G和电流极C的电流I使地面电位变化,电位极P从G的边缘开始沿与电流回路呈30°~45°的方向向外移动,每间隔d(50m或100m或200m)测试一次P与G之间的电位差U,绘出U与x的变化曲线。曲线平坦处即为电位零点,与曲线点间的电位即为在试验电流下被试接地装置的电位升高U,接地装置的接地阻抗为:
       Z=Um/I
       如果电位测试线与电流线呈角度放设确实困难,可与之同路径放设,但要保持尽量远的距离。
       如果电位将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C的影响,考虑延长电流回路;或者是地下情况复杂,考虑以其他方法来测试和校验。
       2、电流—电压表三极法
       a)直线法
       电流线和电位线同方向(同路径)防设称为三极法中的直线法,示意图2;dcG符合测试回路的布置的要求, dPG通常为(0.5~0.6) dcG.电位极P应在被测接地装置G与电流极C连线方向移动三次,每次移动的距离为dcG的5%左右,当三次测试的结果误差在5%以内即可。
       大型接地装置一般不宜采用直线法测试。如果条件所限而必须采用时,应注意使电流线和电位线保持尽量远的距离,以减小互感耦合对测试结果的影响。

 G—被试接地装置;C—电流极;P—电位极;D—被试接地装置最大对角线长度
dCG—电流极与被试接地装置边缘的距离;dPG—电位极与被试接地装置边缘的距离;
图2 电流—电压表三极法接线示意图
       b)夹角法
       只要条件允许,大型接地装置接地阻抗的测试都采用电流——电位线夹角布置的方式。dcG符合测试回路的布置的要求,一般为4D~5D,对超大型接地装置则尽量远;dPG的长度与dcG相近。接地阻抗可用公式(2)修正.

       (2)式中
      θ---电流线和电位线的夹角;
      Z'--- 接地阻抗的测试值。
       如果土壤电阻率均匀,可采用 dcG和 dpG相等的等腰三角形布线,此时使θ 约为30°,dcG=dpG=2D接地修正公式2。
       3、接地电阻测试仪法。
       图3是接地电阻测试仪测试接地网接地电阻的接线方法;测试原理、布线、要求与三极法类似。
       1、E极在使用三极法测量时必须与P1短接起来,但当地网接地电阻很小,当地网接地电阻较小时(≤0.5Ω),为了提高测量精度,减小仪器与地网测量引线电阻及接触电阻对测量结果的影响,可将E.P短路片解开;减小接触电阻引起的误差,需单独引线与地网测试点相连。

       图3 测试仪试验接线图

       注:
       1、E――接被测量地网;
       2、P1――接被测量地网;
       3、P2――接测量电压线(其长度取电流线长度的0.618倍);
       4、C――接测量电流线(其长度取地网对角线长度的4~5倍);
       三、测试注意事项及意义
       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进行,不应在雷、雨、雪中或雨、雪后立即进行。通过实际的测量,为我们整改提供可靠的依据。对变电站接地网接地状况,提出整改优化方案,使接地网的接地电阻符合要求,从而有效的防止设备绝缘损坏造成的跨步电压造成人员伤害或设备的进一步损坏。起到保证电气设备的安全运行,为变电站工作人员创造一个安全可靠的工作环境的作用。

  #重庆# 进入雷电高发期,雷电雷暴多集中于山脉交汇处

  重庆雷击死亡案例超九成发生在乡村

  如今正值夏季,打雷下雨时常能见到。近日,浙江宁海一女子在骑电瓶车赶路的过程中,不幸被雷电击中身亡。据媒体报道,当地当时并未下雨,但天空明显有乌云。没有下雨,也有被雷击的可能?7月19日,重庆市防雷中心主任许伟在接受采访时,对此做了解释,没有下雨也有被雷击的可能,他提醒,重庆市民在夏季雷电高发的时期,要注意主动避险。

  晴空霹雳

  更容易击中地面移动物体

  “打雷和下雨形成的原因是不同的。”许伟介绍,虽然雷电与降雨往往伴随,但没有降雨的情况下也可能出现雷电。没有下雨,但天空有乌云(即积雨云或雷云),在达到击穿的临界条件下,云层和地面之间还是会放电,也就是发生闪电,这种闪电形式称为地闪。由于地闪是云与大地间的放电现象,因此产生雷电灾害主要的就是由地闪引起。地闪又称为直击雷。浙江这位女士发生的事情可能就是这种情况,而且她骑车处于移动状态,更容易被雷电“选中”。

  甚至有一种较为极端的情况,没有下雨,天空是晴朗的,也有可能发生闪电,有成语叫做“晴空霹雳”,讲的其实就是这个事。出现“晴空霹雳”现象,是由于闪电发生的放电通道从较远的积雨云中水平延伸出来,在晴朗的天空中经过相对较长的距离(据文献有的甚至长达20多千米)后向下击中地面。

  对流旺盛

  目前重庆处于雷电高发期

  前段时间,重庆被暴雨侵袭,伴随着打雷闪电,给人们出行造成不便。许伟说,7-8月正是重庆强对流频发的时期。

  据数据显示,2008-2020年,重庆1月、2月地闪较少,平均每年1月、2月监测到地闪分别为34次、631次,从3月开始地闪逐渐增多,到7月到达顶峰,达5.87×104次,9月开始地闪快速减少。其中地闪主要发生在4—9月,占全年的94%,7—8月又是地闪高发期,两个月占全年的57.9%。

  7—8月也是重庆强对流频发期,这是因为盛夏时节对流旺盛,0℃层高度较高,所积累的不稳定能量增强,对流活动向上发展,这有利于云内冰晶、霰粒等相互碰撞摩擦后在不同部位形成正负电荷累积,最终形成闪电。12月至来年2月(冬季)发生的地闪很少,只占全年地闪的0.33%。

  许伟称,冬季我国主要受大陆冷气团控制,空气寒冷而干燥,加之太阳辐射弱,对流天气很难产生,极少发生雷暴天气。

  雷电雷暴

  重庆多集中在山脉交汇处

  重庆地闪年际变化较大。据2008-2020年统计显示,重庆区域平均每年发生地闪2.08×105次,2018年雷电活动最为频繁,共监测到地闪3.04×105次,其次是2010年,共监测到地闪2.82×105次。

  “雷电的发生与下垫面的水分含量、电导率和空气的大气成分分布有相关性,这些因素是重要条件,但重庆也有自己特殊的情况。”许伟称,重庆在中国的同纬度地区,地闪次数算比较多的。从闪电观测数据来看,地闪密度大值区多集中于山脉的交汇处以及渝西的台地-丘陵向山地的过渡地带。比如江津—渝北中心位于中梁山、南山之间,华蓥山、龙王洞山、铜锣山以南,并沿铜锣山与南山之间的缺口向东延伸;开州—万州中心位于大巴山与铁峰山、精华山等平行山列的交汇地带;忠县—石柱中心位于挖断山和方斗山的交汇地带;大足—荣昌中心位于台地—丘陵向山地的过渡地带。

  造成这种现象的原因是由于地形的强迫抬升作用使得对流发展可使局地降水增强,也能够作为中小尺度对流系统的触发机制,造成不稳定能量释放,因此在山区的迎风坡雷暴较多。

  雷击死亡

  重庆案例超九成发生在乡村

  据不完全统计,近10年全市雷电灾害事件年平均9次,10年间共造成15人死亡,25人受伤,这些雷击造成死亡的案例都发生在户外,而且,这些伤亡事件有93%发生在乡村。

  “在防雷上,城市和乡村有不同的侧重点。”许伟说,城市高层建筑多、防雷装置相对较为完善。但各种电气电子设施设备也较为密集,雷击风险较高。

  “农村地区地形地质条件比较复杂,经济发展状况差别较大。”许伟说,防雷装置安装存在较大安全隐患,而且农村留守老人多、儿童多,相对来说,对于防雷常识的了解、防雷技能的掌握上比较欠缺。许伟提醒,新建的农村住宅应考虑尽量安装防雷装置,特别是处于山顶、水陆交界等地域以及常年雷电多发地的房屋。在线网布设、太阳能热水器安装等等情况时,要考虑到防雷的问题。

  避险技能

  如果在室外应避免快速移动

  “不管在城市还是农村,都要主动关注雷电灾害预警,大家要提升防雷减灾,应急避险技能,尤其是户外情况下遇雷电的避险技能。”许伟强调,一般情况下,雷击风险存在时,首先是争取进入相对安全的室内。如果来不及,尽量避免靠近高大物体,避免快速移动,能静止下来更好,避免自身成为突出物。

  据悉,为了提高人们的防雷意识,提升建筑物防雷能力,2019-2020年,重庆市气象局有针对性地进行示范推动,组织全市气象部门开展城镇居民住宅防雷检测与科普“百千万”公益行动、深度贫困乡镇脱贫攻坚防雷公益服务。

  新闻多一点

  1.雷电现象产生的原理是什么?

  简单的说,雷电就是由于不同部位所带的电荷极性相反,云间、云内或者云地间产生瞬间剧烈放电的现象。

  雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中,因此常伴有强烈的阵风和暴雨,有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高,可达20公里,云的上部常有冰晶。

  冰晶的凇附、水滴的破碎以及空气对流等过程,使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂,但总体而言,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主。因此,云的上、下部,云体与地面之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。

  2.为什么雷电产生之后往往伴随着雷声?

  雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。放电过程中,由于闪电通道中温度骤增,使空气体积急剧膨胀,从而产生冲击波,导致强烈的雷鸣。

  雷声通常分为两类:(1)声波,人们能听到的声音;(2)次声波,低于人耳可闻声音的频率,通常为20Hz左右。雷电通道迅速加热膨胀是雷声的来源,一些次声雷电波也是同样机制产生的。大部分次声雷声由于雷电将储存在雷暴云中静电场能量转变为声音能量而产生,然而这种机制也可以产生可闻雷声。加热通道膨胀机制可能存在初始正压变化(过压),而静电压力释放机制则可能会产生初始负压变化(欠压)。

【风雨“声”无阻,临海不惧涛:“海上电波”里的天津港蝶变】
新华社天津7月10日电(记者刘惟真、宋瑞)手握甚高频无线电话、中英文熟练切换,在天津海事局船舶交通管理中心内,数位值班员根据船舶航行计划和实时位置,有条不紊地指挥着海上交通。在值班员面前,穿梭于天津港间的大小船舶化身为密密麻麻的光标,点亮了大屏幕上的天津港电子海图。

“我们的船舶交通管理系统(VTS)是由雷达和船舶自动识别系统等多种子系统集合而成的,可以自动辨别来港船舶的‘身份信息’,实现对船舶的精准定位。在根据船舶位置进行指挥的同时,我们还能对未来24小时内的船舶航行计划进行推演,预判港内的交通态势。”值班长陈贺雷骄傲地说。

自天津海事局船舶交通管理中心成立以来,一批批“海上指挥员”见证着天津港多年来的转型蝶变。

1997年,天津海事局船舶交通管理中心正式对外开通试运行时,港内的技术手段还相对落后。值班长叶海龙对记者说,当时的值班员只能借助甚高频无线电话、老式雷达、海图、望远镜等工具,通过推算粗略定位船舶位置。“当时到港的船舶不多、船舶交通管理的信息化程度也非常低,值班员们用一块小黑板,就能写下当天所有的船舶航行计划。”

“1998年第一次航行到天津港时,我们还得要通过甚高频无线电话向值班员报告船舶所在的经纬度。”任洪海回忆说,自己当时还是一名舵手,“当时受技术和人力条件制约,船舶交通指挥相对滞后,船舶到港后经常得在锚地驻留十几个小时,有时甚至得等一两天。”

加装新型技术设备、改进船舶交通管理系统、加强人员规范化培训……进入21世纪后,随着经济发展与航运需求的增长,天津港开始蓬勃发展、向国际化港口的目标迈进,天津海事局船舶交通管理中心也逐渐从“创业”走向“专业”。
2008年再次驶入这片海域,天津港的变化让已成为船长的任洪海眼前一亮。“船舶一上线,一位值班员清晰洪亮的声音就传过来了,不仅指挥得当,航海用语的使用也十分专业、规范。进港过程非常顺畅,根本没花多少时间。”任洪海说。
2010年后,任洪海与陈贺雷从“船上”走向“船下”,成了船舶身后“最熟悉的陌生人”。在两人看来,“高效便捷”是近十余年来天津港变化的关键词之一。

“缩短船舶等待时间的实质就是要在航行计划里‘抠时间’。”陈贺雷说,为了提高港口周转效率,值班员们反复推演、“精打细算”,想出了不少“金点子”。

从前从天津港北港池到新港水域,船舶要走“Y”字形,先“出站”到锚地,再重新“进站”,现在在VTS的帮助下,船舶可以直接移泊,划出一段完美的弧形航线;从前必须要等到离港船舶驶离码头,进港船舶才能驶入航道、前往刚腾出来的泊位,而经过近期的实船测试,将实现同一泊位进出港船舶的无缝衔接,使泊位的空置率明显下降……

“对于跨水域港内移泊,我们现在利用先进的设备与科技手段,缩短移泊航程,能为每艘船舶平均节省等待时间近3小时。在提高航道利用率的同时,也提升了码头在泊率与船舶周转率。”陈贺雷说。
从海上到岸边,降本增效的智慧因子也在持续为这座港口赋能。

叶海龙说,天津海事局船舶交通管理中心还开发了“掌上VTS”微信小程序,实现船舶预确报申报及非商船航行计划申报业务从“网上办”到“掌上办”。“港航企业无须递送纸质的船舶预确报或非商船航行计划,在网上填写后,我们在后台就能够实时接收、提前规划,如果需要调整船舶航行计划,也可以随时在线上修改,实现让数据‘多跑路’、让企业‘少跑腿’。”

航运是港口经济的“晴雨表”。今年1至4月,天津港完成集装箱吞吐量627万标箱,同比增长19.4%。目前,天津港已同世界上200多个国家和地区的800多个港口保持贸易往来,2020年货物吞吐量4.35亿吨,位居世界第九;集装箱吞吐量1835万标准箱,排名世界第八。

天津港逆势而上的背后离不开值班员们对船舶的指挥。作为船舶航行安全的守望者,值班员们虽与船舶“素未谋面”,却用指挥效率默默创造着隐形的经济效益。

2021年上半年,渤海石油平台作业船舶进出港计划完成率和准时率达到100%,装卸作业计划效率由原来的88%大幅提升至95%以上;常态化保障船舶在天津港北港池与新港水域之间直接移泊4次,开展同港池同泊位船舶“先进后出”试验18次,减少航道运行时间44小时以上……据估算,今年上半年,天津海事局船舶交通管理中心产生的直接经济效益就达1亿元。

“临海不惧涛,塔高志更高。风雨船无阻,誓夺国中标。”这句老一辈值班员们在初创期写下的诗,至今仍激励着“海上指挥员”们不断提高船舶通航效率、保障船舶航行安全的信心和决心。

“虽然身份转变,但我感觉自己仍然坚守在航海一线上。从前当船长的时候,听到值班员的声音总觉得心里特别踏实,我希望现在的自己也能给船长、船员们带去同样的安全感。”任洪海说,“在科技的助力下,我们一定会守住海上安全防线,为船舶的航行安全‘保驾护航’。”(海报制作:方金洋)


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