0 引言

由于电力系统的快速扩增，因接地故障电流而导致的事故时有发生，大型接地网作为变电站和发电厂的关键环节之一，直接关系到变电站和发电厂的安全稳定运行。一旦发生短路故障，短路冲击电流的涌动会瞬间增大接地网的电位，直接威胁设备和人身安全^[1-22]。因此，根据电力行业相关规程，有必要在适当的时间内对接地网进行接地阻抗测试，对不符合设计值的接地网进行改造升级，以满足实际运行过程中的需求^[23-24]。但是环境和地质构造的不同，会影响不同地点的接地阻抗测试条件，导致测试结果可能会存在较大偏差^[3]。因此，如何精确测量并获得准确的接地网接地阻抗值是现场亟待解决的问题。该问题的解决对于正确判断运行地网的安全性和电力系统的可靠性，以及保障现场工作人员的安全具有重大意义。

目前接地阻抗的测试方法主要包括直线法和远离夹角法^[25]。在场地环境条件允许的情况下，通常建议采用远离夹角法测量接地阻抗。但是由于测量现场复杂多变，存在地形变化复杂、新建设施增加、环境恶劣等因素，导致接地网的拓扑结构发生变化，无法进行夹角法的布线。对此可以采用直线法，直线法是一种由电位下降理论导出的三极电位补偿法^[26-31]。但是，采用直线法测量接地网的接地阻抗时，由于电流线和电压线平行且距离较近，两根导线之间的互感也会严重影响测量结果，特别是对接地阻抗设计值小于0.5 Ω的接地网，其影响程度会极其明显^[32]。同时，结合以往现场实测数据可知，接地网接地阻抗的感性分量大于阻性分量时，会使测试结果的偏差加大，是测量结果准确性的直接影响因素之一。因此，采用直线法测量接地网接地阻抗后，需对数据进行相关处理来消除线间互感。

本文采用算数修正，消除直线法测量时产生的互感阻抗，修正直线法测量接地阻抗的阻性和感性分量，最终得到接地网较为准确的接地阻抗值。并通过与远离夹角法测得的接地阻抗值和线间互感阻抗变化值进行误差分析，验证了直线修正法消除测量导线间互感影响的有效性。

1 接地阻抗数据实测及其修正 1.1 接地阻抗实测

本次试验地点为内蒙古乌海地区一大型发电厂，占地面积大，全厂地网对角线长度约780 m，对全厂接地网进行接地阻抗测试。图 1为现场直线法测量接地阻抗的接线示意图，测试点选在主变压器中性点接地下引线处，电流线和电压线按同方向铺设。通常情况下，电流极C与被试接地装置中心的距离d_CG应为接地网最大对角线的4~5倍（本次测试选择4倍），电压极P到被试接地网边缘的距离dPG应为d_CG的50%~60%（本次测试选择61.8%）。电压极P的位置会在同路径上移动三次，每次移动距离约为5%d_CG。由于现场实测环境的限制，布线和电压极位置需避开某些设备及其接地引下线，适当缩小电压极移动位置约为3%d_CG，即测点1距离为1831 m、测点2距离为1928 m、测点3距离为2024 m，且要求三次的测试结果误差在5%之内。

试验过程中，采取异频法消除工频干扰，对称于50 Hz^[13-14]，本次试验分别选择47 Hz和53 Hz，最后得到不同频率下的电压电流值，如表 1所示。经计算，其最终接地阻抗值Z为0.438 Ω。具体计算公式如式（1）所示。

(1)

根据厂方提供的数据可知，该试验结果远超全厂接地阻抗设计值（0.291 Ω），可能存在较大误差，同时，对比使用远离夹角法得出的数据（0.184 Ω）和结论，初步判断在使用直线法进行试验时存在线间互感等因素，造成了此次试验结果的偏差较大。因此，本文采用算数修正，对其进行校正处理。

1.2 实测结果修正

考虑其他因素和试验条件不变，如果将电流极和电压极的导线间互感纳入考量，式（1）将变为式（2）的形式。

(2)

式中：R′为消除互感后接地阻抗的阻性分量；RM为互感阻抗的阻性分量；X′为消除互感后接地阻抗的感性分量；X_M为互感阻抗的感性分量。

因线间互感无法直观测量，依据两平行导体单位长度互感计算模型及《电力系统接地技术》^[15-19]中关于引线互感的计算公式（3）和（4）推导计算相关数值。

(3)

其中：

(4)

式中：Z_M —线间互感阻抗；

M—单位长度引线间互感，H/m；

f—试验频率；

D_e —导体在地中镜像距离，De = 80 × ，ρ为土壤电阻率，此处取698.02 Ω·m ^[20]；

D_L —电压线和电流线之间的距离。

已知考虑线间互感的计算模型和互感的计算方式，将式（3）、（4）带入式（2）进行代数计算，即可得修正后接地阻抗的阻性分量和感性分量的计算公式如式（5）、（6）。

(5)

(6)

经计算，修正后的数据如表 2所示。

2 修正结果及误差分析 2.1 直线法修正前后结果对比

经过修正后的接地阻抗值变为0.193 Ω，修正比例为|(0.193 - 0.438)/0.438| × 100% = 56.04%。进一步计算分析可以得到修正法对接地阻抗值阻性分量和感性分量的影响，如表 3所示。修正后，同频率下，互感阻性分量受修正影响较小，平均修正比例为33.13%；同时，互感感性分量受修正影响较大，平均修正比例为96.35%。

2.2 修正结果误差分析

（1）直线法修正后的接地阻抗值变化超过50%，消除的线间互感阻性分量和感性分量都较大，分析结果表明，线间互感确实直接影响直线法测量结果，造成较大偏差。

（2）修正后数值与远离夹角法所测数据相比，其误差ε =|(0.193 - 0.184)/0.184| × 100% = 5.132%，从工程计算角度考虑，此误差在可接受范围内，可见该方法在实际试验过程中可很好地消除线间互感带来的数据偏差，得到大型接地网较为真实准确的接地阻抗值。

（3）结合公式（3）、（4），计算出本次测试在相同线间距离和相同土壤电阻率情况下，线间互感阻抗的变化数据如表 4所示，其中同频率每千米线间互感阻抗变化ΔZ_M与d_CG的关系为。理论上，当前导线距离（线间距离）和土壤电阻率都为定值时，即试验设置距离条件和环境因素未发生改变，每千米互感阻抗的变化值也是恒定值，不存在相对误差。但是，假设在移动电压极的过程中，出现多种地质情况或者线间距离的较大改变，应分别对每段做修正计算，保证最终结果的准确性。

3 结语

本文结合现场试验，对直线法测量结果进行了修正运算，通过对修正前后的数据进行分析可知，此方法可以有效消除线间互感对于直线法的影响，从而获得较为准确的接地阻抗值。且修正值与远离夹角法获得的数据误差在允许范围内。在研究过程中也发现，线间距离和土壤电阻率也会影响互感阻抗的计算，进而直接影响修正运算结果。至于影响的大小，还缺乏有效的数据支撑，之后考虑通过进一步的现场实测来分析探究。

综上所述，在环境条件不允许进行远离夹角法的情况下，选取修正直线法作为接地网接地阻抗测试是行之有效的，但应当提前尽可能测量不同地质情况下的土壤电阻率，且试验时，应将电流线和电压线尽可能拉开距离铺设，减小线间互感的影响。