0 引言

500 kV超高压变电站通常带有多回出线构架，这些构架与被测接地网之间存在直接的电气连接，在向接地网注入电流时，这些构架也将会有电流流过，特别是连到其他接地装置的出线构架，将会影响测试结果的准确性。以往开展接地网测试时，或直接断开架空避雷线、光纤复合架空地线以及金属管路等出线，进行接地网特性参数的测量，待完成之后再进行复原；或直接忽略出线分流对接地网特性参数的影响，直接进行接地网特性参数的测量。前者将会导致现场工作量增加，降低接地网检测工作效率；后者测试结果不能正确反映被测接地网的真实运行状况^[1]。

本文采用基于人造地球卫星秒脉冲信号接地网分流相移测量方法，对某新建500 kV超高压变电站大型接地网分流状况进行测量，修正接地阻抗值，进而获得真实阻抗值。

1 准确测量接地网分流系数的必要性

变电站接地网规模庞大，结构复杂，现场通常存在着多种多样的出线构架，如架空避雷线、光纤复合架空地线以及金属管路等。由于构架分流的影响，给变电站接地网接地阻抗的准确测试带来较大的影响，这些出线构架所存在的分流将会造成接地阻抗测量结果出现一定的偏差，无法获得真实准确的接地阻抗值。因此，在测量接地阻抗时分流对其产生的影响不能忽略，以确保测量到的接地装置各项指标真实可靠^[2]。

GB/T 17949—2000《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》^[3]中，明确规定了接地装置接地阻抗测量前应断开避雷线、金属管路等出线与变电站接地装置的电气连接。但对于500 kV超高压变电站这种大型接地网来说，其出线构架可达数十回以上，且分布于变电站四周各个方向，有些出线很难断开，有些出线与构架直接连接，无法断开。因此，对于500 kV超高压变电站这种大型接地网，研究一种无需拆解架空地线等出线构架即可直接测量接地网分流状况的方法，非常有必要。

2 测试方法及装置 2.1 传统测试方法

对分流进行检测的传统方法主要有2种：一是通过理论计算方式来获取分流系数；二是通过钳形电流表或电流线圈直接检测分流幅值并进行简单的代数相加，忽略了分流相移的影响。这2种方法均无法得到准确真实的接地阻抗值，特别是第2种方法，修正结果偏于保守，容易对被测接地网做出错误的状态评估。

2.2 分流相移法

基于分流相移法的大型接地网接地阻抗测试解决的主要难点如下：一是提供一种可缠绕在任意体积出线构架上的电流采样装置；二是为注入点和各个潜在分流点提供一个参考基准，以便进行矢量运算，从而获得真实的接地网分流状况。

（1）电流采样装置采用柔性电流采样技术，采用高性能且长度不低于3 m的Rogowski电流采样线圈进行类工频范围内的多频率点电流信号的间接采样。该线圈采用柔性结构设计，支持任意缠绕于大尺寸或体积不规则的电流导体，其实质是将一组导线缠绕在一个非磁性骨架上，并将线圈两端出线从同一端引出，以减小外界电磁场的影响。

（2）针对注入点和分流点的参考基准，最为简单直接的做法是通过引线方式，例如以注入点电压为相移参考基准，将注入点电压信号通过测试线引至各出线构架的分流测量点，再通过电流采样线圈测得出线构架分流大小及其相移。该方法现场引线工作量大，检测效率低，且存在安全隐患。为此，国内相关机构研究出了一种以无线发射器方式进行分流相移测量的方法。当变频信号源对接地装置输出测试信号时，同步采样注入电流波形的相移信息，通过无线发射装置将相关信息发送至选频万用表进行分析处理^[1]。该方法需要选频通信仪和天线进行信号的无线发射和接收，易受现场测试环境限制^[4-5]。

本文提出了以人造地球卫星提供的高精度秒脉冲信号作为分流相移测量参考基准的方法，该方法将秒脉冲信号作为类工频注入电流信号和出线构架分流测量的共同基准，见图 1。首先以接收的卫星秒脉冲信号上升沿为基准同步调制信号源输出正弦波信号的过零点，之后仍以接收的卫星秒脉冲同步信号上升沿为基准，测量信号注入点的入地电流信号以及各构架分流值与接收的卫星秒脉冲同步信号上升沿之间的相移差。经软件程序处理，在相应界面上直接显示出相角差值，从而实现在不拆解出线的情况下直接进行分流相移的测量。

该方法利用分布于地球表面的人造地球卫星提供的时钟脉冲信号作为信号输出和分流相移测量的基准，无需额外的参考基准电压引线，也不受现场试验环境条件的限制，具有抗电磁干扰能力强、传输距离广、工作量小等特点，现场测试使用简单方便。

2.3 测试装置

基于上述测试方法研制的接地装置特性参数测量装置具有分流测量功能。该装置主要包括异频信号输出单元和可调频率万用表2个部分。其中，异频信号输出单元配置卫星时钟接收模块，主要用于向被测接地网注入满足要求的异频小电流测试信号；可调频率万用表配置的卫星时钟接收模块主要用于电压、电流以及相移的测量。通过2个单元的配合使用，可以实现现场接地网接地阻抗和分流状况的准确检测。

3 现场测量步骤

接地网分流测试示意图如图 2所示。采用接地装置特性参数测量装置进行现场分流状况测量，主要步骤如下。

（1）第1步，接地装置特性参数测量装置中的异频信号输出单元向已布置好的接地网测量回路中持续稳定地注入一个满足DL/T 475—2017《接地装置特性参数测量导则》要求的异频电流信号^[6]。

（2）第2步，打开接地装置特性参数测量装置中异频信号输出单元和可调频率万用表配置的卫星时钟同步接收功能。首先，异频信号输出单元以卫星时钟信号上升沿为基准同步调制输出的异频小电流信号的过零点，待异频信号输出单元和可调频率万用表分别与卫星时钟信号同步且稳定后，再进入下一步。

（3）第3步，以卫星时钟同步信号的上升沿为基准，利用Rogowski电流采集线圈同步测量注入点入地电流与时钟信号上升沿之间的相位差。

（4）第4步，以卫星时钟同步信号上升沿为基准，利用Rogowski电流采样线圈分别同步测量出1，2，…，n出线构架分流与时钟信号上升沿间的相位差，从而获得各个出线构架分流相移，分别为α₁，α₂，…，α_n。

（5）第5步，根据各个出线构架的分流相移值，再结合电流采样线圈测得的各个出线构架分流大小，计算总的分流值以及相应的分流系数。

4 实例分析

选取某新建500 kV超高压变电站接地网作为试验对象。该接地网的对角线长度约为460 m，接地阻抗设计值为0.25 Ω，并存在多回架空出线构架分流，分流点共计48个。根据DL/T 475—2017要求，并结合现场接地网情况和试验条件，采用接近180°反向法的夹角布线方式。

现场测试注入点选择靠近变电站中心的35 kV Ⅰ段母线熔断器U相接地引下线，在变电站西偏南的方向布置电流线，并以某处草地并联打入3根接地桩且连接成环形作为电流极的位置，将变电站东偏北、背离电流极方向的一处草地作为电压极的位置（如图 3所示）。使用接地网测试专用GPS定位平板终端得到电流极C、电压极P与注入点G之间的夹角大约为177.491°，电流线有效长度l_GC为1845.093 m，电压线有效长度l_GP为1821.783 m，根据DL/T 475—2017计算方法，可得出接地阻抗夹角法的修正系数k为0.886。

4.1 不考虑分流时的接地阻抗测量

在同一个测量回路，分别使用接地装置特性参数测量装置和某国产地网电阻测量仪进行现场试验。接地阻抗测试结果分别见表 1和表 2所示。

由表 1、表 2测试数据可知，由接地装置特性参数测量装置测得的工频接地阻抗经夹角法修正后，修正值为0.1473 Ω/0.886=0.1663 Ω；使用某国产地网电阻测量仪测得工频接地阻抗经夹角法修正后，修正值为0.1465 Ω/0.886=0.1653 Ω。从上述测试结果可以看出，在不考虑分流的情况下，两者的测试结果基本一致，从侧面验证了接地装置特性参数测量装置测量接地阻抗的有效性。

4.2 考虑分流时的接地阻抗修正

使用接地装置特性参数测量装置对接地网持续注入45 Hz、10 A的异频电流，注入点仍然选择靠近变电站中心的35 kVⅠ段母线熔断器U相接地引下线，则相对于卫星秒脉冲信号上升沿的入地电流为10.00 A∠-38.02°，现场各个出线构架的分流测量结果见表 3所示。

由表 3测试数据可知，在不考虑接地网分流相移的情况下，其各个构架分流标量和为4.178 A。根据DL/T 475—2017，计算分流系数为41.78%，流经变电站接地网的散流系数为58.22%，对应的接地阻抗经分流修正后为0.1663 Ω/58.22%=0.286 Ω。在考虑接地网分流相移的情况下，其相对于卫星秒脉冲信号的上升沿的各个构架分流和为2.159 A ∠-3.339°，根据DL/T 475—2017计算方法，计算出相对于卫星秒脉冲信号的上升沿的实际流经该被测变电站接地网的散流电流为8.316 A∠-46.515°，此时分流系数为0.178，对应的接地阻抗经分流修正后为0.1663 Ω（/ 1-0.178）=0.202 Ω，符合接地阻抗设计值的要求。

4.3 断开构架后的接地阻抗验证

为了验证采用分流相移法及其装置分流测量的准确性，现场将各出线构架全部解开，重新进行接地阻抗测量。使用接地装置特性参数测量装置测试接地阻抗值为0.201 Ω，使用某国产地网电阻测量仪测试接地阻抗值为0.198 Ω，两者均与上述经分流系数修正后的接地阻抗值基本一致，偏差在可接受范围之内。

4.4 结论

综上所述，接地网分流对接地阻抗的准确测量存在较大影响，在不考虑分流的情况下，接地阻抗的测试结果比实际值偏小，偏差可达17.82%；在只考虑分流大小而忽略相移的情况下，接地阻抗将比实际值偏大，偏差可达41.58%，从而将会得出错误的结论。对于现场存在出线构架分流的情况下，应对分流的大小和相位均进行测量，并对接地阻抗测试值进行修正，以获得真实的接地阻抗值。

5 结束语

本文介绍了以卫星提供的高精度秒脉冲信号作为分流相移测量参考基准方法以及基于该种测量方法的接地装置特性参数测量装置，能够实现现场出线构架分流大小及其相移的准确测量，同时可对接地网接地阻抗参数进行有效修正。通过在某500 kV超高压变电站大型接地网分流状况检测和接地阻抗参数测量中的应用，验证了该方法的有效性。该方法可作为开展变电站接地网分流状况测量及其运行状态检测评估工作的一种有效手段，为大型接地网运行状态综合评估和诊断提供可靠依据，确保接地装置和电力系统的安全稳定运行。