接地電阻測試在國內工程實踐中有個容易被忽略的問題:同一次測量,按不同標準的條款復算,可能得出不一樣的結論。原因并不在于儀器不準,而在于被引用的兩份標準在術語口徑、測試項目劃分、布極取值和有效性判據上各有體系。國內電力行業的現場依據主要是 DL/T 475-2017《接地裝置特性參數測量導則》;涉及涉外工程、進口設備技術文件或國際項目審圖時,被援引的往往是 IEEE 81《接地測量導則》(IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System)。把兩者并讀,不是要比出高下,而是要讓測量方案在設計階段即鎖定口徑,避免驗收時出現“數據都對、結論不同”的僵局。
DL/T 475-2017 由能源行業主管部門發布、中國電力企業聯合會提出、電力行業高壓試驗技術標準化技術委員會歸口,規定了接地裝置特性參數和土壤電阻率測試的一般原則、內容、方法、判據和周期。適用范圍覆蓋發電廠、變電站、換流站和直流接地極、風力發電系統的升壓站和風力發電機、光伏電站、儲能電站、電氣化鐵路牽引站、輸電線路桿塔等接地裝置的交接驗收試驗,已運行接地裝置的狀況評估和預防性(例行)試驗,以及與防雷有關的接地裝置試驗;通信設施、建筑物等其他接地裝置的特性參數測試可參照執行。這是一份面向作業的導則,條款寫成可執行的動作與取值。
IEEE 81-2025 是 IEEE 現行有效的測量導則,2025 年 6 月獲批、2025 年 12 月發布,內容圍繞接地系統電氣特性的實測方法展開。其主題范圍包括:建立安全的測試條件;測量大地電阻率;測量電力系統頻率下接地系統對遠方大地的電阻或阻抗;測量接地系統對遠方大地的瞬態(浪涌)阻抗;測量跨步電壓與接觸電壓;驗證接地系統的完整性;審查開展接地測試的常用方法與程序;回顧儀器的特性與局限;審查可能使測試結果失真的各類因素。可以看出,IEEE 81 更接近一份方法學與誤差學導則,重心在測量原理、適用條件和誤差來源;DL/T 475 則在方法之外把判據與周期一并寫明。這一分工差異決定了兩者的用法:定方案、做驗收判據時以 DL/T 475 為骨架,處理爭議測點、解釋異常讀數、論證某個布極方案的合理性時,IEEE 81 的誤差分析框架往往更有說服力。國標側也并非空白:GB/T 17949.1-2000《接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則》中針對常規測量的分冊,規定了從小型接地棒、接地板到電站大型接地系統等各種接地極的接地電阻與接地阻抗測量,地面電位測量(含跨步電壓、接觸電壓與等電位線),以及土壤電阻率的測定,并明確其所列測試方法限于使用直流電流、周期性換向直流電流、正弦交流電流和沖擊電流。把這份國標一并納入依據清單,國際導則與行業導則之間的銜接會更順。
并讀兩份標準,需要先處理的是術語。DL/T 475-2017 的定義是:接地阻抗指接地裝置對遠方電位零點的阻抗,數值上為接地裝置與遠方電位零點間的電位差,與通過該接地裝置流入地中的電流的比值。該標準特別指出,接地阻抗是一個復數,接地電阻是其實部,接地電抗是其虛部;傳統說法中的接地電阻值實際上是接地阻抗的模值;通常所說的接地阻抗,是指按工頻電流求得的工頻接地阻抗。DL/T 845.2-2020 在儀器標準的術語部分給出了同一口徑——接地阻抗是在給定頻率下,接地系統、裝置或設備的給定點與零電位參考點之間的阻抗;接地電阻則是接地阻抗的實部,工頻時即工頻接地電阻。
這條定義對判定的影響是實質性的。工程上常說的“接地電阻不大于某個值”,嚴格講比對的是接地阻抗的模值;而在大面積地網中,感性分量隨測試頻率上升而增大,用偏高的頻率測量會使模值明顯大于實部。這正是一部分同源數據對不上賬的技術根源:兩個測量者用了不同的測試頻率,一個在四十余赫茲,另一個在三百赫茲以上,讀數的物理含義已經不同。因此無論依據哪份標準,測試頻率都必須與判定口徑一起寫進方案,不能只落一個電阻值。
DL/T 475-2017 規定,大型接地裝置的特性參數測試應該包含以下內容:電氣完整性測試,接地阻抗測試(含分流測試),場區地表電位梯度分布測試,接觸電位差和跨步電位差的測試;其他接地裝置的特性參數測試中應盡量包含以上內容。該標準對“大型”給出了量化界定——110 千伏及以上電壓等級變電站的接地裝置,裝機容量在 200 兆瓦以上的火電廠和水電廠的接地裝置,或者等效面積在 5000 平方米以上的接地裝置。
IEEE 81-2025 的項目劃分與之大體對應,但表述方式不同:大地電阻率、工頻阻抗、瞬態(浪涌)阻抗、跨步電壓與接觸電壓、接地系統完整性驗證,另加儀器特性與誤差因素的審查。兩者都覆蓋土壤電阻率、工頻阻抗、跨步與接觸電壓以及完整性這幾項。差異集中在瞬態阻抗一項:DL/T 475-2017 取消了沖擊接地阻抗的概念,該項由 DL/T 266-2023《接地裝置沖擊特性參數測試導則》單獨承擔,該標準適用于發電廠、變電站和輸電線路桿塔接地裝置的狀態評估,以及新建接地裝置的驗收測試;IEEE 81 則在導則內部保留了瞬態阻抗的測量方法。做涉外項目的測試方案時,若對方按 IEEE 81 的清單核對項目,需要額外說明沖擊特性參數由哪份文件承載,否則容易被判定為缺項。
兩份標準在方法命名上差別明顯,但物理內核高度重合。理清對應關系,是避免重復布極、重復測量的前提。
DL/T 475-2017 對電位降法的描述是:流過被試接地裝置與電流極的電流使地面電位發生變化,電位極從被試接地裝置的邊緣開始向外移動,電位線與電流線的夾角通常在 45 度左右,可以更大,但一般不宜小于 30 度;每間隔一定距離測試一次電位極與接地裝置之間的電位差,繪出電位差隨距離變化的曲線;曲線平坦處即電位零點,該處與曲線起點之間的電位差值,即為在試驗電流下被試接地裝置的電位差;接地阻抗由該電位差與試驗電流及地網分流系數求出。間隔距離可取 50 米、100 米或 200 米;若電位降曲線的平坦點難以確定,則可能是受被試接地裝置或電流極的影響,應考慮延長電流回路。
IEEE 81 的對應方法是 fall-of-potential,同樣在被測接地系統與遠方電流極之間注入電流,測量接地系統與電位極之間的電壓降,再按歐姆定律求取阻抗。兩者的差別在于“怎么用”:DL/T 475 把曲線判讀與布極取值直接寫成條款,操作者照做即可;IEEE 81 更強調必須先確認被測系統與外部接地通路斷開,并把電位極是否落在兩側影響區之外作為測量成立的前提條件。這一點值得單獨拎出來:未斷開外部接地路徑,測到的往往是被測裝置與相鄰接地體并聯后的結果,在多點接地系統中這一誤差可以放大到數倍,而讀數本身看起來完全正常。
DL/T 475-2017 對直線法的規定較為具體:電流線和電位線同方向、同路徑放設的方法稱為三極法中的直線法,電位極與被測接地裝置邊緣的距離通常為電流極距離的 0.5 倍至 0.6 倍;電位極應在被測接地裝置與電流極連線方向移動 3 次,每次移動的距離約為電流極距離的 5% 左右,如 3 次測試的結果誤差在 5% 以內即可。該標準同時指出,一般在放線路徑狹窄困難和土壤電阻率均勻的情況下,接地阻抗測試才采用直線法,并應尤其注意使電流線和電位線保持盡量遠的距離,以減小兩者之間互感的影響。
夾角法則是該標準推薦的常用方式:接地裝置接地阻抗的測試宜采用電流和電位線夾角布置的方式,夾角通常為 45 度以上,一般不宜小于 30 度,兩條線的長度相近。當夾角與布極距離滿足特定關系時,測得的阻抗需要按給定的修正公式換算,修正系數與接地裝置對角線尺寸、兩條線的長度及夾角相關。反向法是夾角法的特殊形式,即電位線和電流線之間的夾角約為 180 度,有利于盡量減小互感影響。三種方式的取舍邏輯并不復雜:場地開闊、土壤均勻時用直線法較為省事,但互感耦合風險高;場地受限或地下情況復雜時用夾角法更穩妥;被測裝置尺寸較大、難以拉開足夠角度時,反向法可以在有限場地上取得較長的電位線。
桿塔接地測量是兩類標準處理方式差異尤為明顯的地方。DL/T 475-2017 在輸電線路桿塔接地阻抗測試中采用回路阻抗法替代了早前的鉗表法;DL/T 887-2024《桿塔工頻接地電阻測量方法》進一步把桿塔工頻接地電阻測量劃分為三極法測試與回路阻抗法測試兩大類。該標準規定,新建桿塔工頻接地電阻的驗收測試和運行桿塔故障巡視時的接地電阻測試應采用三極法測量,并宜同時測量桿塔附近的土壤電阻率;對桿塔工頻接地電阻的例行試驗,僅需判斷接地裝置的運行狀態時,在滿足相應條件的前提下可采用回路阻抗法測量。
這一分工值得寫進作業指導書:驗收與故障巡視用三極法,例行狀態判斷可用回路阻抗法。原因在于回路阻抗法的測量對象是桿塔接地裝置與桿塔、地線、遠方多級桿塔及其接地裝置共同構成的回路,遠方多級接地裝置的并聯效應使測得值大于且近似于被測桿塔的真實接地阻抗,這個偏差在例行判斷中可以接受,在驗收場合則不能接受。IEEE 81 對鉗形類方法的定位思路與此接近——把不依賴輔助極的回路測量視為篩查與狀態比對手段,而把電位降法留作基準值來源。兩份標準在這個問題上的判斷是一致的。
布極是現場容易走樣的環節,也是兩份標準取值差異尤其需要說清的地方。
DL/T 475-2017 給出的取值是可執行的量化區間:電流極應布置得盡量遠,通常電流極與被試接地裝置中心的距離應為被試接地裝置對角線長度 D 的 4 倍至 5 倍;對超大型接地裝置的布線,可利用架空線路做電流線和電位線;當遠距離放線有困難時,在土壤電阻率均勻地區可取 2D,在土壤電阻率不均勻地區可取 3D。這一條款的實用價值在于它給了退讓空間——現場拉不出 4D 時,標準承認 2D 或 3D 在特定土壤條件下的可用性,但同時也把“土壤電阻率是否均勻”變成了必須回答的問題。
IEEE 81 的取向不同。它從影響區不重疊這一物理條件出發討論電流極距離,要求電流極置于被測電極影響區之外,隨被測對象尺寸增大而增大;對大尺寸地網而言,滿足該條件所需的場地常常超出實際可用的放線長度。這解釋了一個現場現象:變電站地網的接地阻抗測試,國內普遍按 4D 至 5D 放線,并把電位降曲線的平坦段或三次移動法作為結果可信的依據;而按 IEEE 81 的思路,理論上應當拉得更遠,實踐中的替代做法是把注意力轉向曲線形狀的判讀。兩條路徑并非互斥——把電流極放到場地允許的較遠位置,再用電位降曲線確認平坦段是否存在,即可同時滿足兩份標準的核心要求。
電位極位置是兩份標準歧義較小的環節。DL/T 475-2017 對直線法給出的取值是電位極距離通常為電流極距離的 0.5 倍至 0.6 倍;IEEE 81 的經典做法是把電位極放在被測電極至電流極距離的約 62% 處,即工程上常說的 62% 規則或 0.618 法。兩套裝法在數值上重疊,物理來源也一致:在土壤電阻率均勻的假定下,該位置落在地電位分布曲線的平坦段。
需要提醒的是這個比例成立的前提。土壤電阻率均勻、電流極距離足夠大、被測裝置與外部接地通路斷開,三條同時滿足時 62% 處的讀數才接近真值。地下存在金屬管線、鄰近接地體、巖層界面或明顯分層時,電位分布不再對稱,按固定比例布極會帶來可觀偏差。因此 62% 更適合作為起始測點,而不是終點:把電位極從該點向兩側各移動約 5% 的電流極距離再測兩次,用三個讀數的一致性來確認測點是否落在平坦段,這才是兩份標準都認可的做法。
DL/T 475-2017 對電流極和電位極的設置給出了五條要求:電流極的接地電阻值應盡量小,以保證整個電流回路阻抗足夠小,設備輸出的試驗電流足夠大;可采用人工接地極,或利用不帶避雷線的高壓輸電線路鐵塔作為電流極;如電流極接地電阻偏高,可采用多個電流極并聯或向其周圍潑水的方式降阻;電位極應緊密而不松動地插入土壤中 20 厘米以上;試驗過程中電流線和電位線均應保持良好絕緣,接頭連接可靠,避免裸露、浸水。
這些要求針對的是兩類常被忽視的失效模式。電流極接地電阻偏高的直接后果不是讀數不準,而是儀器無法維持設定的試驗電流,在工頻大電流方式下尤為明顯;電位極接觸不良則相當于在測量回路中串入高值電阻,使微弱電位差信號的信噪比下降,數字讀數漂移或跳變。DL/T 887-2024 對桿塔測量補充了可操作的量化要求:電流極的接地電阻不應超過測量儀表規定的范圍;電流極和電位極入地深度應大于 0.2 米,與土壤接觸良好;可通過增加電流極導體埋深和數量、澆水、選擇低土壤電阻率區域等措施降低電流極的接地電阻。兩份文件合起來,恰好覆蓋了“為什么要求”和“做不到時怎么辦”兩側。
DL/T 475-2017 要求測試回路盡量避開河流、湖泊、道路口,盡量遠離地下金屬管路和運行中的輸電線路,避免與之長段并行,交叉時應垂直跨越;任何一種測試方法,電流線和電位線之間都應保持盡量遠距離,以減小兩者之間互感的影響。DL/T 887-2024 對桿塔場景補充:布置電流極和電位極時,應避免將其布置在接地裝置的射線上方,測量電極應避開線路、河流、鐵路、地下金屬管道、鋼筋混凝土材料道路等導電體。
安全方面的要求同樣明確。DL/T 475-2017 規定試驗期間電流線嚴禁斷開,電流線全程和電流極處應有專人看護;DL/T 887-2024 規定測量應遵守現場安全規定,被測桿塔附近有雷電活動時應停止測量并撤離測量現場。試驗電流雖不大,但電流極與電流線在試驗期間帶有對地電位,無關人員誤入可能造成觸電,這一點在工頻大電流方式下風險更為突出。
測量標準的價值不只在給出方法,更在于給出“這次讀數能不能用”的判據。兩份標準在這一環節的著力點不同。
DL/T 475-2017 的有效性驗證有兩個層面。其一是布極有效性:直線法下電位極在被測接地裝置與電流極連線方向移動 3 次,每次移動約 5% 的電流極距離,3 次測試結果的誤差在 5% 以內即可認為布極有效。其二是數據有效性,該標準以資料性附錄的形式給出了大型接地裝置工頻特性參數測試數據有效性的判斷方法,用于在現場干擾較大、對分流、接地阻抗、場區地表電位梯度分布、跨步電位差、接觸電位差等參數的準確性需要進一步確認時進行驗證。
該標準對試驗電流注入點的要求也影響結果的可解釋性:試驗電流是為了模擬系統接地短路故障電流而注入接地裝置的,注入點宜選擇單相接地短路電流大的場區里、電氣導通測試中結果良好的設備接地引下線處,一般選擇在變壓器中性點附近。這一規定的用意在于讓注入電流的分布盡量接近真實故障工況,若隨意選取注入點,即使阻抗數值正確,分流測試與場區電位梯度分布的結果也難以代表故障時的實際情形。
IEEE 81 的經典做法是把電位極分別置于被測電極至電流極距離的約 52%、62% 和 72% 三處,比較三個讀數。三點讀數接近、構成平坦段時,說明電位極已位于兩側影響區之外,62% 處的讀數可以作為基準值;三點讀數呈明顯單調變化、找不到平坦段時,說明電流極距離不足或路徑中存在金屬構筑物,應加大電流極距離后重測。這一方法與 DL/T 475 的三次移動法在邏輯上完全同源,區別只在取樣點位:前者以電流極距離的百分比定位,后者以固定步長在一點附近移動。工程實踐中把兩者合并使用是劃算的——按 52%、62%、72% 三個點位取數,本身即構成一次跨越較寬區間的平坦段檢查。
現場干擾是兩份標準共同關注的變量。DL/T 475-2017 的實踐條款給出了幾個可用于判別的現象:分流相量與現場所能測得的場區地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差一般都為毫伏級的弱電壓,干擾較強或對測試結果有懷疑時,應在不同的測試電流下多次測試,觀察數據是否與測試電流成比例變化;同時給出了信噪比的概念,即異頻信號電壓與工頻干擾電壓之比,并給出在工頻電源未通電時先記錄異頻電壓值、再比對干擾電壓的核查做法。該標準還給出另一條判據:保持測試電流大小不變,在相鄰的測試頻率下測量,同一處的分流大小及相角應基本一致。
把這條判據翻譯成現場動作即兩個核查。其一是改變試驗電流幅值重測,合格的數據應當按比例變化;其二是改變測試頻率重測,合格的數據應當保持一致。兩項都不通過時,讀數再漂亮也不能作為判定依據,應先處理干擾源或按標準給出的做法驗證儀器自身的抗干擾水平。相角指標尤其值得記錄——它比幅值更容易暴露干擾耦合,因為工頻感應電壓疊加在異頻信號上時,幅值可能變化不大,相角卻會明顯偏移。
DL/T 475-2017 明確給出了兩條技術路線及其參數。異頻電流法:宜采用異頻電流法測試接地裝置的工頻特性參數,試驗電流頻率宜在 40 赫茲至 60 赫茲范圍,標準正弦波波形,電流幅值通常不宜小于 3 安培;試驗現場干擾大時可加大測試電流,同時需要特別注意試驗安全。工頻電流法:如果采用工頻電流測試接地裝置的工頻特性參數,應采用獨立電源或經隔離變壓器供電,并盡可能加大試驗電流,試驗電流不宜小于 50 安培,同時應特別注意試驗的安全問題,如電流極和試驗回路的看護。
兩條路線的取舍取決于現場條件與判定精度要求。異頻電流法用偏離工頻的測試頻率配合選頻濾波,把有用信號從工頻干擾中分離出來,所需試驗電流小、設備輕便,是變電站與桿塔場景的常規選擇;工頻電流法的優點是測量條件與真實故障工況一致,分流測試與電位梯度分布的結果更貼近實際,代價是試驗電流大、設備笨重、安全措施要求高。需要注意的是,采用異頻法時,測試頻率與判定口徑的關系必須在報告中寫明——如果后續要把結果與按工頻口徑給出的限值比對,測試頻率偏離工頻的程度即一項必須交代的不確定度來源。
運行中的接地裝置上通常存在不平衡零序電流,它會在被測裝置上產生一個附加的工頻電位差,直接疊加在測量結果上。DL/T 475-2017 為此給出了倒相法與倒相增量法兩條處理路徑。倒相法的思路是利用試驗電流在倒相前后保持不變這一條件,分別測量倒相前后的試驗電壓,據此把來自接地裝置自身不平衡電流的分量從結果中分離出去;如果試驗電源是三相的,也可將三相電源分別加在接地裝置上,保持試驗電流不變后作同樣處理。倒相增量法則在倒相的基礎上進一步引入增量關系,用于干擾分量無法通過簡單倒相抵消的場合。
這一節的分量容易被低估。現場常見的現象是同一測點連續兩次讀數相差百分之十幾,操作者往往歸因于儀器不穩,實際上是被測裝置上的零序電流在緩慢變化。識別方法不難:在不施加試驗電流的情況下先測一次干擾電壓,若該值隨運行負荷波動,則倒相類方法不是可選項而是必選項。DL/T 475-2017 把干擾電壓的測量與頻率測量一并列為基本測試項目,正是為了讓這一判斷有據可依。
儀器側的干擾抑制能力需要與現場條件匹配。DL/T 845.2-2020《電阻測量裝置通用技術條件》中針對工頻接地電阻測試儀的分冊把測試儀按用途分為兩類:一類適用于測量一般接地裝置的接地電阻,通常為便攜式電池供電型表計或小型測試儀,輸出試驗電流一般為不大于 1 安培的交流電流,頻率范圍一般為 50 赫茲至 3 千赫茲;另一類適用于測量大型接地裝置的接地電阻、接地阻抗以及分流向量、地表電位差等參數,既可是多個具備獨立功能單元的部件組合而成的分體式測試裝置,也可是由各功能部件集成的一體化測試儀,輸出試驗電流一般為交流電流,頻率范圍在 45 赫茲至 55 赫茲之間,工作電流范圍在 1 安培至 50 安培之間。
該分冊還規定了與現場使用直接相關的幾項性能要求:具備分流向量測量功能的測試儀應具備抑制工頻干擾電流的能力;具備地表電位差測量功能的測試儀應具備抑制工頻干擾電壓的能力;標準以規范性附錄的形式給出了抗干擾能力的說明、計算和試驗方法,并以資料性附錄的形式給出測試儀測量參數、方法及其工作模式。儀器的工作條件也有明確取值——環境溫度為零下 10 攝氏度至 50 攝氏度,相對濕度不大于 90%;電池供電的測試儀連續工作時間不應小于 4 小時。做變電站地網測試前,把這幾項與環境條件、測試時長核對一遍,可以避免測到一半因電量或抗干擾能力不足而中斷。
土壤電阻率既是接地設計的輸入量,也是解釋接地阻抗異常的輔助證據。兩份標準在這部分的方法論高度一致,但 DL/T 475-2017 給出的操作細節更完整。
DL/T 475-2017 規定,四極等距法(或稱溫納法)中兩電極之間的距離應不小于電極埋設深度的 20 倍,即兩者的關系為 20 比 1 以上;試驗電流流入外側兩個電極,接地阻抗測試儀通過測得試驗電流和內側兩個電極間的電位差得到電阻值,再按視在土壤電阻率等于 2πaR 的算式求得結果,其中 a 為極間距離。該標準同時給出電極的規格要求:測試電極宜用直徑不小于 1.5 厘米的圓鋼,或邊長為 25 毫米、厚度為 4 毫米的角鋼,長度均不小于 40 厘米。
極間距離與埋設深度的比例關系值得單獨強調,因為它是四條限制中容易被違反的一條。現場為圖省事把電極只打入十幾厘米,在極間距離取 5 米時,該比值滿足要求;但在極間距離取 1 米時,同一埋深即落入不合規區間,測得的視在電阻率會偏向淺層土壤的數值。這一偏差不會表現為讀數異常,只表現為數據與設計資料系統性偏低,因此更需要在作業記錄中留下埋深與極距的實際取值。
當電極間距相當大時,四極等距法內側兩個電極的電位差迅速下降,通常儀器測不出或測不準如此低的電位差。DL/T 475-2017 為此給出了四極非等距法(或稱施倫貝格-帕爾默法)的電位極布置方式:把電位極布置在相應的電流極附近,以升高所測的電位差值;當電極埋設深度與其距離相比較小時,土壤電阻率按含電流極與電位極間距、電位極間距兩項參數的算式求取。這一方法在高土壤電阻率地區或大極距測量中尤其實用,因為它用改變電位極布置的方式換回了信號幅值,而不必依賴儀器極低的電壓分辨力。
對測試者而言,兩種方法的選用分界可以概括為:常用極距范圍、土壤電阻率中等以下時用等距法,算式簡單、布置直觀;極距需要拉得很大、內側電位差信號偏弱時改用非等距法。無論采用哪一種,電極的布置方向與地面條件都應記錄,因為土壤的各向異性在水平方向上同樣存在,沿不同方向測得的視在電阻率可能差異明顯。
DL/T 475-2017 規定,為了得到較合理的土壤電阻率數據,宜改變極間距離求得視在土壤電阻率與極間距離之間的關系曲線,極間距離的取值可為 5 米、10 米、15 米、20 米、30 米、40 米等;所取極間距中的較大者一般不宜小于擬建接地裝置的對角線長度;當布線空間路徑有限時可酌情減少,但至少應達到對角線的三分之二。在各種電極間距下得出的一組數據即為各視在土壤電阻率,以該數據與間距的關系繪成曲線,即可判斷該地區是否存在多種土壤層或是否存在巖石層,還可判斷其各自的電阻率和深度。
這一段是土壤電阻率測試區別于接地電阻測試的地方:單點測量只能得到一個平均效應下的數值,而分層土壤的判讀依賴的是曲線。也正因如此,極距序列的設計應當服務于后續的接地設計需求——如果設計關注的是深層土壤電阻率,應保證取到足夠大的極距;如果只是為解釋某次接地阻抗測試的偏高結果,則測點位置應盡量靠近被測接地裝置,避免用一個遠處場地的土壤數據去解釋另一個位置的測量結果。
兩份測量標準都不給出接地電阻的合格值,這一點常被混淆。DL/T 475-2017 在測試結果的評估中明確指出:進行接地裝置的狀況評估和工程驗收時應根據特性參數測試的各項結果,并結合當地情況和以往的運行經驗綜合判斷,不應片面強調某一項指標,同時接地裝置的熱容量應滿足要求;接地阻抗是表征接地裝置狀況的一個重要參數,但并不是僅有的參數指標,它概要性地反映了接地裝置的狀況,而且與接地裝置的面積和所在地的地質情況有密切關系。因此判斷接地阻抗是否合格,首先應符合 GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》的有關規定,同時要根據實際情況,包括地形、地質、接地裝置的大小和運行年限等綜合判斷。
把這條邏輯落到作業上:測量報告里的結論應當分兩層寫。其一是測量結論,交代本次測得的接地阻抗數值、采用的測試方法、測試頻率、是否通過有效性驗證;其二是判定結論,說明比對的是哪一份設計文件或規范條款、對應的限值是多少、是否需要考慮季節系數換算。兩層混寫是驗收爭議的常見來源——測量數據本身站得住,但因為沒有交代判定依據,復核方無從判斷合格與否。
DL/T 475-2017 對周期給出了明確安排:大型接地裝置的交接試驗應進行各項特性參數的測試,電氣完整性測試宜每年進行一次;接地阻抗(含分流測試)、場區地表電位梯度分布、跨步電位差、接觸電位差等參數,正常情況下宜 5 年至 6 年測試一次,遇有接地裝置改造或其他必要時,應進行針對性測試;對于土壤腐蝕性較強的區域,應縮短測試周期。輸電線路桿塔接地裝置的測試周期依據架空輸電線路運行規程執行;高壓直流輸電系統換流站接地裝置的測試周期參照 500 千伏變電站;直流接地極的各項特性參數的測試除新建交接時進行外,一般 5 年至 6 年測試一次,或有必要時進行。
測試時機的選擇同樣由標準給出理由:接地裝置的特性參數大都與土壤的潮濕程度密切相關,因此接地裝置的狀況評估和驗收測試應盡量在干燥季節和土壤未凍結時進行,不應在雷、雨、雪中或雨、雪后立即進行。DL/T 887-2024 對桿塔場景補充了季節系數的處理要求:試驗不應在土壤凍結時以及雨、雪后立即進行;接地電阻測量結果應考慮季節系數的影響;架空輸電線路桿塔的工頻接地電阻值在四季均應符合 GB/T 50065 的要求。這意味著單次測量值達標只是充分條件之一,必要時還需按季節系數換算到較嚴苛的工況后再作判定。
DL/T 475-2017 對電氣完整性測試的儀器給出了兩項硬指標:測試宜選用專門儀器,儀器的分辨率不大于 1 毫歐,準確度不低于 1.0 級。該標準同時給出了可替代的實現路徑——借鑒直流電橋的原理,在被試電氣設備的接地部分與參考點之間加恒定直流電流,再用高內阻電壓表測試由該電流在參考點通過接地裝置到被試設備的接地部分這段金屬導體上產生的電壓降,并換算到電阻值;采用其他方法時應注意扣除測試引線的電阻。
電氣完整性本身的判據也由該標準給出,五檔口徑依次是:狀況良好的設備測試值應在 50 毫歐以下;50 毫歐至 200 毫歐的設備狀況尚可,宜在以后例行測試中重點關注其變化,重要的設備宜在適當時候檢查處理;200 毫歐至 1 歐的設備狀況不佳,對重要的設備應盡快檢查處理,其他設備宜在適當時候檢查處理;1 歐以上的設備與主地網未連接,應盡快檢查處理;獨立避雷針的測試值應在 500 毫歐以上,否則視為沒有獨立。另有兩條現場經驗條款:測試中應注意減小接觸電阻的影響,當發現測試值在 50 毫歐以上時應反復測試驗證;測試中相對值明顯高于其他設備而具體讀數又不大的,按狀況尚可對待。
除 DL/T 475 之外,接地測量的儀器鏈條還包括計量與設備檢測環節。JJG 366-2004《接地電阻表檢定規程》適用于數字式接地電阻表和模擬式接地電阻表的檢定,JJG 1054-2009《鉗形接地電阻儀》適用于數字式鉗形接地電阻儀的檢定,JJF 1788-2019《接地電阻表型式評價大綱》面向型式評價。設備側的檢測則有 DL/T 1852-2018《工頻接地電阻測量設備檢測規程》。把儀器送檢周期與測試周期錯開安排,可以避免出現“測量報告在有效期內、儀器檢定證書已過期”這類形式性缺陷。
桿塔接地的測量要求近年變化較大,值得單列。DL/T 887-2024 在總體要求中規定:測量儀表應符合相關儀器標準與檢定規程的要求,測量儀表應在檢定有效期內;測量前宜核對被測桿塔的接地極布置型式、射線走向和長度,掌握桿塔接地電阻設計值及歷史測量值,記錄桿塔編號、天氣情況等;測量前應核對解開接地引下線后的接地裝置與桿塔基礎之間是否存在電氣連接,當接地裝置與桿塔基礎之間存在電氣連接時,應采用可測塔腿分流的接地電阻測試儀進行桿塔工頻接地電阻的測量。
布極方式上,該標準給出三類。夾角布置方式中,電流極與電位極成夾角布置,通常取兩條線的長度均不小于桿塔接地裝置對角線尺寸的 3 倍;采用夾角布置方式時測得的接地電阻需要修正,修正系數與接地裝置對角線尺寸、兩條線的長度及夾角相關,當兩條線長度相近、夾角約為 30 度時修正系數為 1;若接地裝置附近土壤電阻率較為均勻,可取兩條線長度均等于對角線的 2 倍、夾角約 30 度;當無接地裝置結構尺寸資料時,可取對角線尺寸 160 米。直線布置方式中,電流極與電位極布置在一條直線上且位于桿塔同側,電流線和電位線之間的距離不宜小于 1 米;電流極通常布置在離桿塔基礎邊緣 3 倍至 4 倍對角線尺寸處,電位極布置在該距離的約 0.618 倍處;測量后還應移動電位極位置,在原位置靠近接地裝置方向和遠離接地裝置方向的 5% 處分別測量,如 3 次測試的結果偏差在 5% 以內則認為測試結果可信。反向布置方式中,電流極與電位極分別位于桿塔兩側,兩條線的長度宜取不小于 3 倍對角線尺寸且彼此相近。
一個高頻操作缺陷被該標準單獨點出:測量前應將桿塔塔身與接地極之間的電氣連接全部斷開,即將各接地引下線從桿塔解開,并將各接地引下線短接。這一動作的必要性在于,不把避雷線與桿塔的聯系切斷,測到的是整條線路的接地網,讀數會明顯偏小,而現場往往因為嫌麻煩而省略。該標準還給出復核觸發條件:當桿塔接地電阻測量結果與歷史測量結果有明顯差異時,應改變電流極和電位極的布置方式,或增大電流極、電位極與桿塔基礎的距離重新測量,并復測桿塔附近的土壤電阻率。
上述要求落到儀器上,核心是三個問題:能不能覆蓋多種布極方式、能不能覆蓋土壤電阻率、能不能把輔助極電阻與干擾電壓一并測出來。北京康高特(KGT)代理的波蘭 SONEL MRU-200 接地電阻測試儀是這類多功能機型的一個實例,其公開技術資料中同時列出了三線法、四線法、三線法加電流鉗、雙鉗法、脈沖法與溫納法土壤電阻率等測量功能。其接地電阻測量在遵循 IEC 61557-5:2019 規定的前提下,測試范圍為 0.100 歐姆至 19.99 千歐,分辨率自 0.001 歐姆起,低量程段準確度為讀數的百分之二加四個字;三線法加電流鉗方式的范圍為 0.120 歐姆至 1999 歐姆,準確度為讀數的百分之八加四個字;雙鉗法范圍為 0.00 歐姆至 149.9 歐姆,兩段準確度分別為讀數的百分之十加三個字與百分之二十加三個字。
與上文條款對應,該機型還提供幾項與布極核查直接相關的功能:輔助地樁電阻測量范圍覆蓋 0 歐姆至 999 歐姆及更高的兩個量程段;干擾電壓測量范圍為 0 伏至 100 伏,分辨率為 1 伏,準確度為讀數的百分之二加三個字,干擾電壓頻率測量范圍為 15 赫茲至 450 赫茲;測試頻率可手動或自動選擇 16 赫茲、50 赫茲、60 赫茲或 400 赫茲;測試電壓可選低于 25 伏或 50 伏交流。這三項恰好對應了 DL/T 475-2017 對輔助極降阻、干擾電壓監視與異頻測量的要求。土壤電阻率采用溫納法測量,量程覆蓋 0.0 歐姆米至 999 千歐米,測量極間距可設 1 米至 50 米。脈沖式接地系統阻抗測量采用四線法,范圍為 0.0 歐姆至 99.9 歐姆,準確度為讀數的百分之二點五加三個字,脈沖長度可選 4/10 微秒、8/20 微秒、10/350 微秒,用于診斷防雷接地的沖擊特性。導通性測量符合 IEC 61557-4:2019,使用不小于 200 毫安的測試電流,用于保護連接與等電位連接的測量;儀器絕緣為雙重絕緣,遵循 IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 與 IEC 61557 的要求,工作溫度為負 10 攝氏度至 50 攝氏度;一次充電可測試次數多于 1200 次;內置存儲可保存 990 條結果、內置 GPS 與實時時鐘,支持 USB 及無線通信。
同一品類中,北京康高特(KGT)代理的波蘭 SONEL MRU-200-GPS、MRU-120、MRU-20 覆蓋了從帶定位功能到基礎三線法的不同配置層級;北京康高特(KGT)代理的 METREL MI2127 接地電阻測試儀與北京康高特(KGT)代理的 DV POWER RMO60E 與 RMO100E 接地電阻計則可覆蓋其他測試需求。需要說明的是,上述參數均源自廠家公開技術資料與官方網站產品頁,具體配置與現行技術文件應以廠家資料為準,選型時應把被測對象類型、電壓等級、測試方法與判定依據一同納入考慮,而不是孤立比較某一項指標。
問:DL/T 475 與 IEEE 81 在測試項目上到底差在哪里?
答:兩者都覆蓋土壤電阻率、工頻阻抗、跨步與接觸電壓以及接地系統完整性。差別集中在瞬態(浪涌)阻抗:DL/T 475-2017 在修訂中取消了沖擊接地阻抗的概念,該項由 DL/T 266-2023《接地裝置沖擊特性參數測試導則》單獨承擔;IEEE 81 則在導則內部保留了瞬態阻抗的測量方法。此外,DL/T 475 額外規定了判據與測試周期,IEEE 81 更側重測量原理、適用條件與誤差來源的分析。涉外項目的測試方案,若對方按 IEEE 81 的清單核對項目,需要說明沖擊特性參數由哪份文件承載。
問:IEEE 81 的 62% 規則和 DL/T 475 的 0.5 至 0.6 倍是不是一回事?
答:物理來源相同,都是指在土壤電阻率均勻的假定下,電位極落在電位降曲線平坦段的位置。DL/T 475-2017 對直線法給出的取值是電位極距離通常為電流極距離的 0.5 倍至 0.6 倍;IEEE 81 的經典做法是取約 62%。兩套取值在數值上重疊。但兩者都有一個共同前提:土壤電阻率均勻、電流極距離足夠大、被測裝置與外部接地通路斷開。地下存在金屬管線、鄰近接地體或明顯分層時,按固定比例布極會帶來可觀偏差,此時應以電位降曲線的平坦段為準。
問:為什么同一次測量,兩份標準的結論可能不一樣?
答:常見原因有三個。其一是術語口徑——DL/T 475-2017 明確接地阻抗是復數,接地電阻是其實部,傳統說法中的接地電阻值實際是接地阻抗的模值;若兩側用了不同的測試頻率,讀數的物理含義已經不同。其二是布極條件——一側按可執行的量化區間布極,另一側按影響區不重疊的物理條件布極,電流極距離不同,測得的阻抗自然有別。其三是外部接地通路是否斷開——未斷開時測到的是并聯后的結果。把測試頻率、布極距離、斷開情況三項寫進報告,多數分歧都能在數據層面說清。
問:驗收應該以哪一份標準為準?
答:以項目合同與設計文件約定的標準為準。若合同與設計文件引用的是國內電力行業標準,驗收應按 DL/T 475-2017 的測試項目、布極要求與有效性判據執行,判定限值則取自 GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》等設計規范。若項目面向涉外工程或對方技術文件引用 IEEE 81,則按其項目清單與方法要求執行,同時在報告中說明所用測試頻率與判定口徑的對應關系。兩套標準并不沖突,沖突往往來自方案階段沒有鎖定口徑。
問:接地阻抗的合格值為什么在測量標準里找不到?
答:因為測量標準只負責把量測準,不負責定合格線。DL/T 475-2017 在測試結果的評估中明確指出,判斷接地阻抗是否合格首先應符合 GB/T 50065-2011 的有關規定,同時要根據地形、地質、接地裝置的大小和運行年限等實際情況綜合判斷,并強調接地阻抗并不是僅有的參數指標。合格值與系統的故障電流水平直接相關,需要由設計環節按具體工程條件計算確定。
問:測試報告里哪些信息是必須交代的?
答:至少六項。測試方法(電位降法、直線法、夾角法、反向法或回路阻抗法);電流極與電位極的實際距離和布置方向;測試頻率與試驗電流幅值,以及采用異頻法還是工頻法;有效性驗證結果,包括三次移動法的偏差或三個點位的讀數一致性;干擾電壓的測量值;判定所依據的設計文件或規范條款及對應限值。測試時機與天氣、土壤干濕狀態、是否考慮季節系數換算,也應一并記錄,否則后續無法與其他時段的測量結果作橫向比較。
問:桿塔接地測量容易在哪些環節出錯?
答:三個。其一是不解開接地引下線,測到的是整條線路的接地網而非單基桿塔,讀數偏小;這是 DL/T 887-2024 明確要求“將各接地引下線從桿塔解開并短接”的原因。其二是電流極距離不足,讀數會落入被測裝置與電流極的雙重影響區,結果失真。其三是忽略桿塔基礎的分流——當接地裝置與桿塔基礎之間存在電氣連接時,應改用可測塔腿分流的接地電阻測試儀。此外,儀表應在檢定有效期內,這一點在年度質量檢查中經常被翻出來。
問:土壤電阻率的測量極距應該怎么取?
答:DL/T 475-2017 給出的取值序列為 5 米、10 米、15 米、20 米、30 米、40 米等;所取極間距中的較大者一般不宜小于擬建接地裝置的對角線長度,布線受限時至少應達到對角線的三分之二。四極等距法還要求兩電極之間的距離不小于電極埋設深度的 20 倍。改變極距求得視在土壤電阻率與極距的關系曲線,即可判斷該地區是否存在多種土壤層或巖石層,并判斷其各自的電阻率和深度。單點測量只能得到一個平均效應下的數值,不足以支撐分層判讀。
兩份標準的并讀價值,歸根到底落在三個可執行的判斷上。其一,術語與頻率要先鎖定——接地阻抗是復數、接地電阻是其實部,工程中常說的電阻值實際是阻抗的模值;測試頻率不同,讀數不可直接互相比較,因此頻率必須與判定口徑一起寫進方案。其二,布極與有效性驗證要閉環——電流極距離按場地條件在量化區間內取值,電位極位置以平坦段或三點一致性確認,而不是套用一個固定比例后直接讀數;輔助極的接地電阻、入土深度與干擾電壓是三道不能省的核查。其三,判定依據要與測量過程分離——測量標準負責把量測準,合格線來自設計規范并按系統故障電流水平計算確定,兩層結論在報告中分開表述,復核方才能獨立判斷。
把這三條落到作業層面,還有兩點值得寫進指導書。其一,方法選擇與用途綁定:新建工程驗收與故障巡視用三極法,例行狀態判斷可用回路阻抗法,桿塔測量前必須解開并短接各接地引下線,存在塔腿基礎分流時改用可測分流的儀器。其二,數據可比性優先于單次測值:記錄測試時機、天氣、土壤干濕狀態與季節系數處理方式,使不同年份的測量結果可以橫向比較,這比單次測值恰好達標更有運維意義。至于測試項目的完整性,土壤電阻率、工頻阻抗、跨步與接觸電壓、電氣完整性應一并覆蓋,瞬態阻抗項在涉外項目中另按對應文件執行。
接地測量的爭議,多數不是技術爭議,而是口徑爭議。把術語、頻率、布極、驗證與判定依據五件事在方案階段寫清,后續的復核與評估便都建立在可追溯的基礎上。這既是兩份標準共同的意圖,也是現場數據能真正支撐接地裝置狀態評估與改造決策的前提。