基本内容

研究背景

接地电阻是评估变电站接地网状况的重要指标，目前地网电阻检测的方法主要采用图1所示的夹角法。检测过程中需要根据规程要求确定电位极和电流极的位置，且两个电极到接地装置间的距离满足图1所示数值关系，夹角应为30度。



图1 地网电阻检测方法示意图

汇总2006年到2018年期间，220kV哈达湾变电站和220kV铁东变电站的接地网电阻测试情况，具体数据对比如表1所示：

表1 变电站接地网电阻检测准确度对照

记录项目

变电站

dPG(m)

dCG(m)

θ

测试

次数

准确度

合格电阻值

220kV哈达湾变电站

≥800

≥800

约30°

6

17%

1.9

≥800

≥800

约30°

7

14%

2.1

≥800

≥800

约30°

9

11%

2.2

≥800

≥800

约30°

5

20%

2.3

≥800

≥800

约30°

5

20%

2.3

220kV铁东变电站

≥1000

≥1000

约30°

4

25%

1.5

≥1000

≥1000

约30°

7

14%

1.7

≥1000

≥1000

约30°

5

20%

1.7

≥1000

≥1000

约30°

11

9%

1.9

≥1000

≥1000

约30°

5

20%

2.0

由表1可见，平均需要测量7次，才能地网电阻检测达到规程要求的合格值，准确度只有17.5%。

经分析发现由于检测人员和检测环境的改变，利用传统测量方法无法追溯历史定位信息，只能通过估测的方法反复测算寻找最佳电极位置，且定位精度低，导致地网电阻检测准确度低。

为了提高电极定位的精度和历史数据的可追溯性，以解决地网电阻检测准确度低的难题。国网吉林供电公司变电检修中心提出一种“变电站大地网测试电极定位仪”。

本仪器利用GPS定位技术，基于卫星定位覆盖率达98%，定位精度可达5米以内，实现地网电阻检测时电极位置的记录和距离的测算，能使准确度提高到95%以上。

该仪器的投入使用保证了变电站接地网电阻测试的精度和例行试验的重复性，提高了变电站设备运行的可靠性和运维检修人员的安全性。

核心技术

表2 仪器技术原理

变电站大地网测试电极定位仪

示意图

技术原理

通过获取GPS模块发送的NMEA协议，并对协议解析获取经纬信息，然后通过计算获取两个经纬度之间的距离及三个经纬度的角度来确定接地电阻测试中电位极与电流极之间的放线长度及夹角。

图2 各部分组成系统

根据上述确定的技术原理，以基于NMEA协议的GPS模块化定位技术为设计依据，从装置需要实现的功能考虑，进一步分析仪器的组成系统，可分为内部系统和外部人机界面。具体内部组成如图2所示。

仪器创新点

1.为排查地网隐患提供技术支持

使用该成果后，通过提高地网电阻检测准确度，并将试验数据记录、留存，了解地网的实际运行情况，为排查隐患提供了有力的技术支持。

2.空间定位提高检测精度

该仪器可实现两台GPS定位仪之间的通讯，根据布线人员行走动态显示手持定位仪距参考点的距离，进而确定电压极和电流极打桩位置距试验参考点的直线距离以及电流极与电压极的夹角，测量精度高。

3.适应各种环境作业

百度地图、高德地图等的导航数据经纬度是经过偏移修正的，而GPS定位仪所取得数据为原始数据，更能适用于高山、峡谷等各种复杂的地理环境。

4.智能化设计

该仪器具备快速精确的数据处理能力，实时动态显示距离信息，能随时获取另一电极定位仪设备的经纬度信息；设有角度计算功能和数据的智能记忆功能；可实时显示定位卫星数量，方便观察卫星信号强度。

5.该设备是吉林供电公司与山东达顺电力设备有限公司合作开发研制。

现场示范应用成效

2018年6月11日-7月20日期间，在吉林220kV哈达湾变电站和220kV铁东变电站进行现场测试，分成3个小组对两个变电站的接地电阻进行测试，测试过程见图3-6，试验数据详见表3。

图3 试验接线

图4 试验布线

图5 确定最佳电极位置

图6 反馈定位进度

表3 变电站接地网电阻检测准确度对照

项目

变电站

小组

dPG(m)

dCG(m)

θ

测试

次数

合格

次数

合格电阻平均值

准确度

220kV哈达湾变电站

1

802

802

30．1°

2

2

2.7

100%

2

800

801

29.9°

2

2

2.8

3

801

800

30°

2

2

2.7

220kV铁东变电站

1

1001

1000

30°

2

2

2.1

100%

2

1005

1002

30°

2

2

2.1

3

1003

1000

29.8°

2

2

2.2

由上表可见，在同一个变电站，每个小组测试2次，共计6次，电阻值都在合格范围内，准确度达100%。

变电站大地网测试电极的应用，使接地网电阻检测准确度从17.5%提高到了100%。

图7 仪器外观

图8 仪器显示面板

目前该仪器已研制成功，并在吉林地区220kV哈达湾变电站进行现场测试，成品见图7。现场测试证明，仪器可以精确显示电压极和电流极打桩位置距试验参考点的直线距离、两极的经纬度和电流极与电压极的夹角，见图8。

经济效益：2018年，国网吉林供电公司开展地网电阻检测工作共计110项，平均需要6次完成测量，均用时为4.5小时，使用电极定位仪可将检测次数降低到1次，均用时降低到0.5小时，每次测试节省人工费：300元（人·天）×4人×0.5天=600元，对于吉林地区，每年可节省测量成本6.6万元。本成果能创造经济价值10-15万元。

变电站大地网测试电极GPS定位仪为自主研发，拥有知识产权，属国内首创，且已申请国家发明专利，可推广应用于大型基建项目地网电阻检测工作，在行业内有着广泛的市场需求。吉林地区变电站接地网数量多，根据5-6年的检测周期，该设备的应用将有效提高地网电阻检测效率。此外，该设备定位精确，便于记录，重复性高，可用于同一变电站多次历史数据的比对，更有利于缺陷的发现，为电网的安全运行，提供可靠的技术支撑。