接地网冲击电流导致的二次电缆转移阻抗的测量方法

摘要

本发明公开了接地网冲击电流导致的二次电缆转移阻抗的测量方法，包括在变电站接地网接入冲击电压发生器、铺设二次电缆、使用标准的冲击电压和电流波形，向接地网的电流入地点注入电流，并从电流流出点抽出电流；使用示波器测量冲击电压发生器的输出电流波形；使用示波器测量铺设的二次电缆在任意一端处的芯线与芯线之间的电位差和该端处芯线与接地网之间的电位差；将测得的两种电位差分别除以2；将获得的两个电位差的峰值分别与测量获得的冲击电压发生器的输出电流峰值相比。本发明通过该测量方法能够获得二次电缆芯线与芯线之间的转移阻抗和芯线与接地网之间的转移阻抗，用于评估接地系统冲击特性，指导接地工程建设。

说明书

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，具体是指接地网冲击电流导致的二次电缆转移阻抗的测量 方法，用于评估接地网在受到雷电冲击时对二次电缆的影响。

背景技术

在电力系统中为了工作和安全的需要，常需将电力系统及其电气设备的某些部分与大地 相连接，这就是接地。电力系统接地就其目的来说可分为工作接地、防雷接地和保护接地三 种。其中防雷接地是为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以 相应的接地装置以便把雷电流导入大地。接地网是确保变电站安全稳定运行的重要条件，其 可靠性及安全性能一直受到设计和生产运行部门的高度重视。

评价接地网的指标有接地电阻、地电位升、接触电位差、跨步电位差等，均是针对工频 时的情况。实际上，雷击时的接地问题更加突出，尤其是对二次系统。雷击时，接地网的地 电位更不均匀，对二次系统的干扰也较大。雷击时干扰信号可以通过电流、电压互感器由二 次电缆传到二次设备，也可以通过空间电磁场耦合到二次电缆或二次设备，还可以通过暂态 地电位差施加到二次系统。此外二次电缆之间以及二次电缆与接地网之间也存在着感性和容 性的耦合，这些耦合主要是电缆之间、电缆的芯皮之间、以及电缆与地之间的电容、电感造 成的。

其中，通过暂态地电位差施加到二次系统的地网耦合对二次电缆影响最大。地网耦合主 要是由于暂态地电位差施加在双端接地电缆的屏蔽层，从而在电缆屏蔽层产生暂态电流、进 一步在电缆芯线感应电压造成的；或者当二次电缆芯线通过负载接地时接地点之间的电位差 也会直接作用在二次电缆芯线。因此在接地网评估中，非常有必要评估接地网冲击特性对二 次电缆的影响，比如雷电冲击下接地网在二次电缆芯线之间的电位差、芯线与地之间的电位 差，以及相应的转移阻抗。但目前评价接地网的接地电阻、地电位升、接触电位差、跨步电 位差等参数并不能反映这一问题。

分析雷击接地网时二次系统受到的骚扰比较复杂，简单的计算模拟很难与工程实际一 致，最可靠的方法是实验。目前的试验方法是使用冲击电压发生器(或冲击电流发生器)在 接地网上注入雷电流，该电流通过接地网外的电流极及引线返回到冲击电压发生器(或冲击 电流发生器)。由于接地网很大，这种方法下需要的引线很长，同时由于电流极的接地电阻很 大，严重限制了实验中的关键设备——冲击电压发生器(或冲击电流发生器)的输出能力， 导致其输出波形畸变，输出电压减小，无法满足实测要求。以前解决该问题的方法通常是研 制更高等级的电流发生器，实验成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供接地网冲击电流导致的二次电缆转移阻抗的测量方法，通过该测量 方法能够获得二次电缆芯线与芯线之间的转移阻抗和芯线与接地网之间的转移阻抗，用于评 估接地系统冲击特性，指导接地工程建设，同时该测量方法对设备的参数要求不高，大大降 低了实验成本。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：接地网冲击电流导致的二次电缆转移阻 抗的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)选取变电站接地网对边中部的两个点作为冲击电压发生器的接地点，其中一个接地 点为电流入地点，另一个接地点为电流流出点；

(2)将冲击电压发生器通过步骤(1)中选取的两个接地点与变电站的接地网相连接；

(3)找出冲击电压发生器两个接地点连线的中点；

(4)在冲击电压发生器两个接地点的连线上，找出一条以该连线的中点作为对称点的线 段，该线段的长度为冲击电压发生器两个接地点连线长度的80％；

(5)在线段上铺设二次电缆，二次电缆的接地方式与实际运行电缆相同；

(6)使用标准的冲击波形，向冲击电压发生器的电流入地点注入电流，并从电流流出点 抽出电流；

(7)使用示波器测量冲击电压发生器的输出电流波形；

(8)由于对称性，使用示波器测量铺设的二次电缆任意一端处的芯线与芯线之间的电位 差和该端处芯线与接地网之间的电位差；

(9)将步骤(8)中测得的两种电位差分别除以2，即得到接地网上只有一个冲击电流 注入点下，二次电缆上的芯线与芯线之间的电位差和芯线与接地网之间的电位差；

(10)将步骤(9)中获得的两个电位差的峰值分别与步骤(7)测量获得的冲击电压发 生器的输出电流峰值相比，即可得到接地网冲击电流导致的二次电缆芯线与芯线之间的转移 阻抗和芯线与接地网之间的转移阻抗。

本发明中，所述步骤(6)中标准的冲击波形为2.6/50us或8/20us的电流波。

本发明中，二次电缆芯线与芯线之间的转移阻抗是指二次电缆指任意一端处芯线与芯线 之间的转移阻抗，芯线与接地网之间的转移阻抗是指任意一端处芯线与接地网之间的转移阻 抗。

本发明中的冲击电压发生器也可以用冲击电流发生器替代。

由于变电站接地网铺设较密，冲击大电流下土壤中也很少有放电现象，因此整个测试系 统仍然可以认为是线性系统。由此，可以通过实验系统的对称布置、冲击电压发生器(或冲 击电流发生器)两端均接于接地网上，实现小冲击电压发生器(或冲击电流发生器)装置下 的便捷、安全测量，具体实现方法如下：

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

1、与传统的冲击电流一点入地相比，由于本发明方法的冲击电流从接地网上一点注入， 从另一点流出，因此对于冲击电压发生器(或冲击电流发生器)来说，其负载很小，容易产 生大电流，因此对冲击电压发生器(或冲击电流发生器)的参数要求不高，大大降低了实验 成本。

2、本发明可以很容易的在接地网上流过比较大的冲击电流，在接地网上产生比较大的暂 态地电位差，因此对二次电缆的接地耦合和感应耦合均比较大，便于测量。

3、本发明由于实验只在变电站内进行，不需要站外接地极，因此省去了在站外采取的安 全措施，并且电流发生器参数不高，实验更安全。

4、本发明由于使用了对称原理，测量结果可以等效单点电流入地时的结果。同时，由于 对称性，仅需测量二次电缆指任意一端处的转移阻抗，不需要在二次电缆两端都测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明测量方法的连接结构示意图；

图2是本发明输入接地网的电流波形；

图3是本发明测量的二次电缆芯线与接地网之间的电位差；

图4是现有技术中单点注入冲击下测量的二次电缆芯线与接地网之间的电位差。

附图标记说明

1、冲击电压发生器；2、示波器；3、二次电缆

具体实施方式

本发明接地网冲击电流导致的二次电缆转移阻抗的测量方法，该方法包括如下步骤：

(1)以某变电站实测为例，如图1所示，选取某变电站边长为100m的接地网中对边中 部的两个点作为冲击电压发生器1的接地点，其中一个接地点为电流入地点，另一个接地点 为电流流出点，具体采用EMCpro的冲击电压发生器1；

(2)将冲击电压发生器1通过步骤(1)中选取的两个接地点与变电站的接地网相连接；

(3)找出冲击电压发生器1两个接地点连线的中点；

(4)在冲击电压发生器1两个接地点的连线上，找出一条以该连线的中点作为对称点的 80m长的线段，该线段的长度为冲击电压发生器1两个接地点连线长度的80％；

(5)在线段上铺设80m长的同轴二次电缆3，二次电缆3的接地方式与实际运行电缆相 同；

(6)使用8/20us的标准的冲击电流波形，向接地网的电流入地点注入电流，并从电流 流出点抽出电流；

(7)使用示波器2测量冲击电压发生器1的输出电流波形，如图2所示；

(8)由于对称性，使用示波器2测量铺设的二次电缆3在其中一端处的芯线与芯线之间 的电位差和二次电缆3同一端处芯线与接地网之间的电位差；

(9)将步骤(8)中测得的两种电位差分别除以2，即得到只有一个冲击电流注入点下， 二次电缆3上的芯线与芯线之间的电位差和芯线与接地网之间的电位差，测量结果如图3所 示；

(10)将步骤(9)中获得的两个电位差的峰值分别与步骤(7)测量获得的冲击电压发 生器1的输出电流峰值相比，即可得到接地网冲击电流导致的二次电缆3芯线与芯线之间的 转移阻抗和芯线与接地网之间的转移阻抗，具体计算结果如表1所示。

表1：二次电缆两端的芯线与芯线之间的转移阻抗和末端处芯线与接地网之间的转移阻抗

芯线与芯线之间 芯线与接地网之间 转移阻抗(欧) 0.03 0.11

图4是现有技术中单点注入冲击下测量的二次电缆芯线与接地网之间的电位差，其试验 条件和本实施例中的试验条件相同，也使用8/20us的标准的冲击电流波形。从图3和图4可 见，本发明的方法所得到的测试结果与传统测试结果一致。但是与现有技术中的单点注入冲 击相比，本发明采用对称的双点注入冲击，对于冲击电流发生器来说，其负载很小，容易产 生大电流，对冲击电流发生器的参数要求不高，大大降低了实验成本。

作为本实施例的变换，步骤(6)中的冲击电流波形也可以使用2.6/50us的标准冲击电流 波形。

作为本实施例的变换，步骤(8)至步骤(10)也可以采用如下步骤，即：

(8)由于对称性，使用示波器2测量铺设的二次电缆3在另一端处芯线与芯线之间的电 位差和该端处芯线与接地网之间的电位差；

(9)将步骤(8)中测得的两种电位差分别除以2，即得到只有一个冲击电流注入点下， 二次电缆3上的芯线与芯线之间的电位差和芯线与接地网之间的电位差；

(10)将步骤(9)中获得的两个电位差的峰值分别与步骤(7)测量获得的冲击电压发 生器1的输出电流峰值相比，即可得到接地网冲击电流导致的二次电缆3芯线与芯线之间的 转移阻抗和芯线与接地网之间的转移阻抗。

如此可以得到接地网冲击电流导致的二次电缆芯线与芯线之间的转移阻抗以及二次电缆 芯线与接地网之间的转移阻抗。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，根 据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技 术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明 的保护范围之内。