隨著電力系統變電站電壓等級的不斷提高，其接地網規模也在不斷擴大。對于大型接地網基本上都存在著數十回以上的出線構架，而這些構架會產生分流，將直接影響接地阻抗測量準確性。因此，在測量接地阻抗時，必須同時測量出接地網的實際分流，以確保所測量的接地阻抗指標真實可靠。

本文采用一種更加便捷有效的接地裝置分流矢量測量手段，開發相應的測量系統，以期對準確開展大型接地網狀態檢測評估工作產生積極影響。

1 現有技術

傳統考慮地網分流狀況主要有兩種方式：一種方式是理論計算，如序分量法、相分量法等，這種方式計算復雜，只針對部分有限的接地系統，并不適用于所有類型的接地系統，因而實用性不強。

另一種方式是采用現場實測，用電流鉗表或者柔性電流線圈，分別測量出所有架空地線和金屬出線構架分流的大小，再以簡單的標量代數相加減來獲得地網分流大小幅值和地網實際散流電流大小幅值，但僅考慮了各自的模值，并簡單地認為相移要么相同要么相反，而忽略了由構架本身感性分量作用而呈現出與測試電流之間存在著的不同相移，即該相移不一定是0°或者180°，還有可能存在環流的影響。

因此，這種以簡單標量大小的代數相加減結果來作為實際分流狀況的方式，無法實現被測接地網接地阻抗的準確測量和修正，還有可能使用戶作出錯誤的判斷。

對于分流矢量測量來說，其所面臨的難點在于需要提供一個共同的參考基準。最直接的引線方式在實際操作中非常麻煩，需要在場區內頻繁進行引線，會大大地增加現場測試的工作量，特別是對大型接地網，可能需要幾百米甚至上公里的測試引線，工作量大，效率低。

目前市場上采用了一種以無線方式將注入點信號波形實時發射到場區各分流點、與各分流點測試得到的分流波形進行比較而獲取分流矢量相移的方式，并提供了相應的測量裝置。該裝置的分流矢量測量是：在信號源對接地裝置輸出測試信號的同時，同步采樣注入電流波形的相位信息，通過無線發射裝置發送該波形信息至場區內，再由分流測量點的無線接收裝置接收，并送至選頻萬用表上與測量得到的分流波形進行比較和處理，進而獲得分流相移。

這種方式能夠實現現場地網分流矢量的測量，但需要用到專門的選頻通信設備和無線波形信號接收設備，且需要多個設備之間的配合使用，操作較為復雜，工作量大，不利于現場人員的操作使用，也會給測試人員帶來更多的工作負擔。此外，現場變壓器、干式電抗器等產生的強電場干擾還會影響無線信號的傳輸質量。

2 本文研究的測量方法

本文提出了一種以衛星時鐘信號作為參考基準的地網分流矢量測量方法。下面具體說明實現原理。

測量原理示意圖如圖1所示。本文方法借助于人造地球衛星提供的時鐘同步信號，并以時鐘同步信號作為信號輸出和分流矢量測量的共同時標，首先以衛星時鐘信號上升沿為基準同步調制信號源輸出正弦波信號的過零點，之后仍以衛星時鐘同步信號上升沿為基準，測量出信號注入點的入地電流信號以及各個構架分流值與衛星時鐘同步信號上升沿之間的相位差，從而獲得同一個基準下的入地電流相移和各個構架的分流相移，這樣就可以直接進行分流矢量和的計算，從而獲得準確的分流狀況。

上述測試方法無需額外的參考基準電壓引線，也不受現場試驗環境條件的限制，抗電磁干擾能力強，可以在不拆解各種出線構架的情況下，準確測量接地網的分流矢量值，現場測試使用更加簡單、方便，能夠實現大型接地網分流矢量的有效檢測和接地阻抗參數的準確測量，便于用戶準確評估被測接地網的運行狀態，從而保障電力系統的安全穩定和可靠運行。

圖1 測量原理示意圖

3 本文開發的測量系統

本文開發的這套可測量大型接地網分流矢量的接地裝置特性參數測量系統主要由變頻信號源、隔離變壓器和可調頻率萬用表3個部分組成。該系統在不拆解各種進出線的情況下，可實現被測接地網各個出線構架分流矢量的準確測量，從而用于被測接地網接地阻抗的測試修正，幫助用戶準確評估接地網的運行狀態。

測量系統的結構原理如圖2所示。下面說明具有帶分流矢量測量功能的接地裝置特性參數測量系統的結構原理。

圖2 測量系統的結構原理圖

3.1 變頻信號源

變頻信號源的主要結構如圖2的左邊部分所示，其主要由微處理器、供電電源、變頻信號發生模塊、穩流模塊、濾波模塊、人機交互模塊以及可為變頻信號源中異頻信號輸出提供衛星時鐘同步基準信號的衛星時鐘信號接收模塊構成。

該衛星時鐘信號接收模塊可兼容北斗、全球定位系統（global positioning system, GPS）及全球衛星導航系統（global navigation satellite system, GLONASS）等人造衛星，微處理器用于驅動并控制變頻信號發生模塊、穩流模塊、濾波模塊以及人機交互模塊的正常工作。

3.2 隔離變壓器

隔離變壓器具備多級抽頭繞組，可配合變頻信號源輸出與測量回路最佳匹配且最優化的異頻測試電流信號。

3.3 可調頻率萬用表

可調頻率萬用表結構如圖2所示的右邊部分，其主要由可充電電池、微處理器、電流采集模塊、電壓采集模塊、隔離濾波模塊、模數轉換模塊（analog to digital converter, A/D）、存儲模塊、人機交互模塊以及可為可調頻率萬用表分流矢量測量提供衛星時鐘同步基準信號的衛星時鐘信號接收模塊構成[5]。該衛星時鐘信號接收模塊可兼容北斗、GPS和GLONASS等人造衛星，而可充電電池用于存儲電能，并為各個模塊提供電源。

本文開發的測量系統采用以衛星時鐘信號作為參考基準的地網分流矢量測量方法，在變頻信號源和可調頻率萬用表上均配置有衛星時鐘信號接收模塊，從而利用分布于地球表面的各種人造地球衛星提供的時鐘脈沖信號作為信號輸出和分流矢量測量的共同時標。

相比現有的分流矢量測量方式，該系統將分流相移測量功能與設備集成一體化設計，即將分流測量功能集成到變頻信號源和可調頻萬用表上，且無需進行波形信號的無線發射與接收，因而也無需用到專門的無線選頻通信設備和無線信號接收模塊等輔助設備，不需要多個設備之間的配合使用，因而現場操作更加簡單、方便，并具有抗電磁干擾能力強、傳輸距離廣、無信號延遲、現場工作量小的特點。

本文開發的測量系統運用高穩定度的變頻信號發生裝置，能夠保證異頻小電流信號的持續穩定輸出，方便現場開展接地網分流矢量的測試，可解決采用恒壓輸出方式面臨注入地網的實時電流不恒定的問題，更能滿足現場開展接地網特性參數測試評估的需要。

4 測試結果

4.1 實驗室模擬測試

在實驗室中，對本文開發的測量系統進行分流大小和相移的測量，并將測量結果與泰克DPO4104B示波器捕捉到的結果進行比對，以驗證該系統分流測量的準確性。電流大小測量的比對結果見表1。

表1 電流大小測量的比對結果

從表1比對結果可以看出，本文開發的測量系統的分流大小測量滿足1級精度要求，相移測量誤差不超過0.5°。

4.2 現場試驗

為了考量本文開發的測量系統的功能和現場實測效果，特選取了某1000kV特高壓變電站接地網作為試驗對象，并將接地阻抗測試結果及修正結果分別與國產某不帶分流測量功能的異頻電阻測量儀的測試結果和兩年前投運時的歷史測試值進行比較，以驗證本文開發系統的有效性和準確性。

被測1000kV特高壓變電站接地網的對角線長度大約為538m，接地阻抗的設計值為0.075◆，該1000kV特高壓變電站的驗收投運前的歷史測試值（出線構架未連接條件下）為0.065◆。現場工頻干擾約為13.46V，且有近六十回的架空出線、光纖復合電纜等構架可能存在分流。

根據中國電力行業導則[6]規定的要求并結合現場地網情況和試驗條件，采用夾角法布線方式，角度大約為107°，電流注入點為1號主變構架接地引下線，電流線的有效長度為2.164km，電壓線的有效長度為2.260km，因而使用夾角法進行接地阻抗測量的修正系數大約為0.8332。接地阻抗的現場實測結果見表2。

表2 接地阻抗的現場實測結果

使用本文開發的測量系統對接地網持續注入45Hz、12A的異頻電流，電流的注入點仍然選擇在1號主變構架接地引下線，相對于衛星時鐘信號上升沿的總入地電流值為12.00A∠◆46.72°。現場部分出線構架的分流矢量測試結果見表3。

表3 現場部分出線構架的分流矢量測試結果

由表2可知，使用本文開發的測量系統測試所得的接地阻抗值與使用國產某不帶分流測量功能的異頻電阻測量儀的接地阻抗測量結果一致。經夾角法修正后的接地阻抗修正為Z=0.040◆/0.8332=0.048◆。

由表3計算可知，該被測接地網的各個出線構架分流矢量和為3.242A∠53.254°，分流系數為0.268，實際流經變電站接地網的散流電流為8.787A∠44.314°，地網散流系數為0.732，經分流矢量修正后接地阻抗值為Z=0.048◆/0.732=0.066◆，與該1000kV特高壓變電站在出線構架未連接條件下的歷史測試值一致，偏差僅為1.5%，且均滿足當初該1000kV特高壓變電站接地網接地阻抗設計值的要求。

5 結論

本文所提出的以衛星時鐘信號作為分流矢量同步基準的方法以及所開發的帶分流矢量測量功能的接地裝置特性參數測量系統，功能完善，集成度高，不僅能準確測量接地網的接地阻抗，還能有效測量大型接地網各出線構架的分流矢量狀況，并用于接地阻抗修正，且對分流矢量測量無需復雜設備配合使用，操作上更加簡單和方便，實用性強，能夠滿足現場試驗運行人員進行接地網運行狀態檢測評估工作的需要。