一、LYBDJ-III變頻大電流接地阻抗測試儀概述

LYBDJ-III變頻大電流接地阻抗測試儀是變電站等各種現(xiàn)場應用于對接地電阻及相關(guān)參數(shù)測試的高精度測試儀器。該儀器具有體積小、重量輕、攜帶方便、抗干擾性能強、準確度高等特點。儀器為一體化結(jié)構(gòu)，內(nèi)置變頻電源模塊，輸出電源連續(xù)變頻可調(diào)。頻率可變?yōu)?5Hz或55Hz，內(nèi)置高速處理器核心，采用數(shù)字濾波技術(shù)，有效避開了工頻電場對測試的干擾，從根本上解決了強電場干擾下準確測量的難題。大量現(xiàn)場測試和用戶使用情況表明，在運行變電站的惡劣電磁環(huán)境下進行接地網(wǎng)測試時，LYBDJ-3003變頻地網(wǎng)接地阻抗測試儀的測量數(shù)據(jù)準確穩(wěn)定、重復性好，是大、中型接地網(wǎng)特性參數(shù)測量的理想儀器。

LYBDJ-III主要具有如下特點：

• 全觸摸超大液晶顯示器

操作簡單，儀器配備了的全觸摸液晶顯示屏，超大全圖形操作界面，每過程都非常清晰明了，操作人員不需要額外的專業(yè)培訓就能使用。輕輕觸摸一下就能完成整個過程的測量，是目前非常理想的智能型測量設備。

• 變頻技術(shù)、測量

抗干擾能力強，由儀器內(nèi)部自帶變頻電源模塊提供儀器測量輸出電源，頻率可變?yōu)?/span>45Hz或55Hz，并采用數(shù)字濾波技術(shù)，有效地避開了現(xiàn)場各種工頻干擾信號，使儀器實現(xiàn)高精度、準確可靠的測量。

• DSP高速處理器

快速，儀器內(nèi)部采用專業(yè)的DSP快速數(shù)字信號處理器作為處理核心，在保證測量數(shù)據(jù)的前提下，大大的提升了儀器本身的運算處理能力。

• 全過程智能測控

LYBDJ-III在內(nèi)部高性能處理核心的強力支持下，對整個測量過程當中的電流輸出、電壓采集以及頻率變換等一系列復雜的運算步驟，快速自動的完成。儀器可以自動判斷電流回路的阻抗，并據(jù)此自動調(diào)節(jié)異頻電源的輸出電流值（額定輸出電流為5A），無須人為干預，即可自動完成測試任務。儀器的測量內(nèi)容包括地網(wǎng)的接地阻抗Z、純電阻分量R和純感抗分量X。

• 海量存儲數(shù)據(jù)

儀器內(nèi)部配備有日歷芯片和大容量存儲器，能將檢測結(jié)果按時間順序保存，隨時可以查看歷史記錄，并可以打印輸出。

• pc機數(shù)據(jù)處理

LYBDJ-III所測量的數(shù)據(jù)可以通過U盤導出，然后在pc機上用儀器配套的軟件查閱和管理相關(guān)數(shù)據(jù)。

LYBDJ-III整體外觀圖

二、LYBDJ-III主要技術(shù)指標

三、LYBDJ-III面板說明

圖3-1  面板外觀布置圖               

1. 供電電源插座（AC 220V）
2. 電源開關(guān)
3. 打印機

4.        緊急停機按鍵

斷開測試輸出電源，測試過程中遇到突發(fā)事件時，按此鍵可在不斷開輸入電源的情況下緊急快速地關(guān)斷所有輸出電源，保證人員和設備的安全。

5.        系統(tǒng)復位按鍵

        提供儀器內(nèi)部中央處理器復位；此復位鍵是復位儀器內(nèi)部所有控制器件，而非直接操作輸出斷開，因此若測量過程中遇到緊急情況請優(yōu)先按緊急停機按鍵來快速地斷開輸出。

6.        全觸控液晶顯示屏

超大屏幕中文顯示每一步操作過程，用戶只需在相應的地方輕輕觸碰一下，即可自動完成整個測量過程；觸摸式液晶顯示屏屬于精密配件，應避免長時間陽光暴曬或重物擠壓和利器劃傷；在操作液晶屏的時候使用鉛筆頭或者其它筆形塑料物件操作可以提高操作準確度；

7.        USB接口

U盤插入口，把儀器內(nèi)部保存的所有測量數(shù)據(jù)自動導入U盤中并生成以日期為文件名的文本文件保存，提供給用戶在電腦操作系統(tǒng)下通過儀器附帶的軟件操作查看數(shù)據(jù)并生成報告文件；當U盤插入儀器USB接口并開始傳輸數(shù)據(jù)的時候，嚴禁中途拔出U盤，否則可能導致數(shù)據(jù)傳輸錯誤，嚴重的可能損毀U盤；

8.        電壓測量端口P1和P2（黑色）

將P2連接至被測地網(wǎng)，P1連接至輔助電壓極，在P1與P2間測量輔助電壓極與地網(wǎng)之間的電位差。

9.        電源輸出端口C1和C2（紅色）

將C2連接至被測地網(wǎng)，C1連接至輔助電流極，以構(gòu)成試驗電流的回路。

10.    接地接線柱

            儀器安全接地。

四、LYBDJ-III使用說明

    首先，放置好儀器并在儀器接地端子上接好可靠的地線，以保障測量的安全。

4.1、主界面

LYBDJ-III安全接地后，接入儀器工作電源打開電源開關(guān)；進入主菜單（如圖4—1）；可以看到設備信息、數(shù)據(jù)管理、時間設置和參數(shù)測試共四個選項。分別輕輕點擊選項中央即可進入相應的下級菜單。

                         圖4—1

4.2、設備信息

在主菜單（如圖4—1）的*項“設備信息”上輕輕點擊一下則儀器將顯示此設備的出廠編號和生產(chǎn)日期這兩項信息（如圖4—2），點擊空白地區(qū)即可退出此界面回到主菜單界面。

                  圖4—2                                                                                               圖4—3

4.3、數(shù)據(jù)管理

在主菜單（如圖4—1）的第二項“數(shù)據(jù)管理”上輕輕點擊一下則儀器進入下一級顯示菜單（如圖4—3）；點擊*項“數(shù)據(jù)查詢”則可以任意查看儀器測量過的每一組數(shù)據(jù)的詳細信息，如需打印也可直接點擊打印按鍵即可直接打印輸出。第二項“U盤備份”可以將儀器所保存的所有數(shù)據(jù)導入到U盤當中并生成以日期為文件名的文本文件進行保存，此文件可以在PC機上用儀器附帶的軟件進行操作。

4.4、時間設置

在主菜單（如圖4—1）的第三項“時間設置”上輕輕點擊一下則儀器進入時間調(diào)整界面（如圖4—4）；分別點擊時間的年、月、日、時、分則后點擊上方的“增加”或者下方的“減小”即可調(diào)整每一項直至調(diào)整完成，后按點擊下方的“保存”按鈕則保存剛才調(diào)整后的時間并返回主界面，點擊“取消”按鈕則不保存剛才所調(diào)整的數(shù)據(jù)，直接返回主界面。

                     圖4—4

4.5、參數(shù)測試

在主菜單（如圖4—1）的第四項“參數(shù)測試”上輕輕點擊一下則儀器進入?yún)?shù)設置及項目測試界面（如圖4—5）； 此界面先進行是測量項目部分共          

三個測量項目分別為地網(wǎng)阻抗、接觸電  勢和跨步電壓；第二行為參數(shù)設置部分，可分別設置測試電流和短路電流。

  在外部接線連接好之后，開始測試之前一般先進行測試電流和短路電流的設置。測試電流的設置是直接點擊“測試電流”按鈕，則左下方顯示的測  

                                       圖4—5                                                                                          圖4—6

試電流就會在1A到5A之間循環(huán)調(diào)整

直至選擇正確為止；點擊“短路電流”

按鈕則進入短路電流（如圖4—6）的

設置界面，方向箭頭按鈕移動光標到需              

要調(diào)整的位置，然后點擊“+1”或者               

“—1”來調(diào)整數(shù)據(jù)的大小，調(diào)整完成后點擊下方的“保存”，則將剛才所設置的數(shù)據(jù)進行保存并返回是哪個一級菜單，點擊“取消”按鈕則直接返回上一級菜單不對調(diào)整數(shù)據(jù)進行保存。設置好測試電流和短路電流的參數(shù)后就可以進行相關(guān)項目的測試了。

      *項為地網(wǎng)阻抗的測量，點擊屏幕上的“地網(wǎng)阻抗”按鈕則進入地網(wǎng)阻抗的測試界面（如圖4—7），屏幕上方顯示儀器外部接線示意圖，左下方顯示所設置的測試電流，后一次確認外部接線無誤之后，即可輕輕按住下方的“開始測試”按鈕，當按住此按鍵后按鍵內(nèi)部的顯示將變成進度條形式顯示，按住此按鍵不放直至進度條跑滿則儀器打開輸出開始測量。測量過程分兩個部分，首先進行的是55Hz的測量之后再變頻到45Hz進行測量。測量完成后顯示全部測量結(jié)果（如圖4—8）。測量結(jié)果儀器會自動保存，用戶無需手動保存。如需打印數(shù)據(jù)，點擊旁邊的“打印”按鈕即可打印輸出所需數(shù)據(jù)。                                          圖4—7                                                                                         圖4—8

      第二項是接觸電勢的測量，點擊“接觸電勢”按鈕則進入接觸電勢的測試界面（如圖4—9）；對于接觸電勢的測量方法，根據(jù)相關(guān)測量規(guī)程的規(guī)定需要在取電壓信號的兩端并接1500Ω的電阻，當進行接觸電勢的測量時儀器內(nèi)部已經(jīng)自動接入了1500Ω的電阻，使用人員不必再在外部并接1500Ω的電阻。接好儀器的電流回路（儀器的電流端子C1和C2分別接到電流極和所的構(gòu)架距地面1.8m以上）；將儀器的電壓端子P1和P2分別接在構(gòu)架1.8m處和距構(gòu)架0.8m處的接地網(wǎng)金屬材料上；確認接線無誤后開始測量，測量完成后自動顯示測試結(jié)果（如圖4—10）。

上述的測量結(jié)果為儀器顯示的歐姆值，其含義是：1安培電流經(jīng)構(gòu)架入地網(wǎng)時，工作人員觸及構(gòu)架1.8m高度位置所承受的電位差。再根據(jù)該變電站的短路電流計算值，即可算出該構(gòu)架處的“接觸電勢”（接觸電位差）。

                                                   圖4—9                                                                                     圖4—10

第三項是跨步電壓的測量，點擊“跨步電壓”按鈕則進入跨步電壓的測試界面（如圖4—11）；對于跨步電壓的測量方法，根據(jù)相關(guān)測量規(guī)程的規(guī)定需要在取電壓信號的兩端并接1500Ω的電阻，當進行跨步電壓的測量時儀器內(nèi)部已經(jīng)自動接入了1500Ω的電阻，使用人員不必再在外部并接1500Ω的電阻。接好儀器的電流回路（儀器的電流端子C1和C2分別接到電流極和地網(wǎng)上）；將儀器的電壓端子P1和P2分別接在相距0.8m的兩個測量接地極上（請參照有關(guān)規(guī)程）；確認接線無誤后開始測量，測量完成后自動顯示測試結(jié)果（如圖4—12）。

上述的測量結(jié)果為儀器顯示的歐姆值，其含義是：1安培電流經(jīng)接地網(wǎng)入地時，工作人員雙腳站在相距0.8m的地面上所承受的電位差。再根據(jù)該變電站的短路電流計算值，即可算出實際的跨步電壓（跨步電位差）。

值得指出的是，如果用于測量跨步電壓的“測量接地極”為金屬板的話，應注意金屬板與地面的接觸問題，假如簡單的將金屬板放在地面上（或草地上），測量結(jié)果的誤差可能較大。

               圖4—11                                                                                            圖4—12

五、儀器外部接線方式

儀器的外部接線方式如下圖所示，根據(jù)電流極和電壓極兩根引線的不同放置方式可以分為平行線法和夾角法。

平行布線法：圖5-1中d_PG 約為0.5～0.6倍d_CG ，d_CG為3～5D。平行布線法測量會因電流線和電壓線間互感的存在而引入誤差，條件允許的情況下不宜采用。如果條件所限而必須采用時，由于本儀器可以有效消除線間耦合互感影響，仍然可以保證較高的測量精度。

圖5－1   平行布線法測量接線示意圖

夾角法：圖5－2中 d_CG為3～5D，對超大型接地裝置則盡量遠；d_PG的長度與d_CG相近。如果土壤電阻率均勻，可采用d_CG和d_PG相等的等腰三角形布線，此時兩根引線夾角θ約為30°，d_CG＝d_PG=2D。只要條件允許，推薦采用電流－電位線夾角布置的方式。

圖5－2    夾角法測量接線示意圖

六、LYBDJ-III注意事項

1. 電流極應選擇在潮濕的地方，保證電流極的接地電阻比較?。ú怀^20歐姆，可采用潑水等方法降低其接地電阻），從而使儀器能輸出較大的試驗電流。
2. 儀器測試過程中，C1和C2之間的大輸出電壓為100V，請勿觸摸，以保障人身安全。
3. 測量500kV變電站等大型接地網(wǎng)時，在數(shù)千米長的電流線和電壓線上，往往有較高的感應電壓，須注意安全。
4. 從人身安全和測試精度的需要考慮，測試前一定要確保儀器的接地端子可靠就近接地。

干擾分析

在運行變電站的惡劣電磁環(huán)境下進行接地網(wǎng)測試過程中，外界干擾非常嚴重，干擾信號比較復雜，可能導致各種不同的誤差，主要包括：

1）外界電磁場在電壓極測量引線上產(chǎn)生感應電壓（工頻占主要成分），其數(shù)值有時可達數(shù)伏，將導致測量結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差；

2）外界電磁場在電流極測量引線上產(chǎn)生感應電壓，因電流極回路的阻抗比較小，將在回路中形成較大的干擾電流，也會導致測量誤差；

3）地中往往有干擾電流存在（成分比較復雜），它所產(chǎn)生的電壓降也會導致測量誤差；

4）當電流線和電壓線之間距離較近時，測量線之間存在互感，由此會帶來測量誤差。

由于大中型接地網(wǎng)測試比較困難，誤差來源比較復雜，地網(wǎng)的接地電阻值也比較小，因此，要保證測量結(jié)果的準確性，必須掌握正確的測量方法，并采用抗干擾性能好的測試儀器。

現(xiàn)場實測表明，在運行變電站的電磁環(huán)境條件下，即使采用倒相法等傳統(tǒng)的抗干擾措施，測量結(jié)果也很不穩(wěn)定，測量誤差仍比較大（有時已遠超過允許的范圍），測試結(jié)果的可信度大大降低，從而導致地網(wǎng)評估結(jié)論無法反映地網(wǎng)的真實狀況。其主要原因在于試驗電流的頻率與外界工頻干擾的頻率相同，同頻率的外界工頻干擾信號是很難剔除干凈的。其次，干擾信號中的諧波、高頻和直流等成分的影響也不容忽視。

LYBDJ-III采用了*的抗干擾技術(shù)，從而有效解決了接地網(wǎng)測試的關(guān)鍵技術(shù)難題。它采用接近于工頻的異頻試驗電流（頻率為45Hz和55Hz）進行測試，并應用的數(shù)字信號處理和濾波技術(shù)等，有效剔除了外界干擾信號（包括工頻、諧波、高頻、以及直流分量等成分），從而大大提高了接地網(wǎng)測試的精度?，F(xiàn)場應用和實驗室考核結(jié)果表明，即使電壓極測量引線的干擾電壓達10V，電流極回路的干擾電流達1A時，本儀器仍可獲得準確的測量結(jié)果。

LYBDJ-III從根本上擯棄了傳統(tǒng)“工頻電流法”的諸多缺點和不便（難以消除工頻干擾的誤差、試驗設備笨重、試驗電流太大有可能影響繼電保護裝置的正常工作等）。大量的現(xiàn)場應用結(jié)果表明，該儀器結(jié)構(gòu)設計科學合理，測量精度高，性能穩(wěn)定，功能齊全，使用方便，集中體現(xiàn)了接地網(wǎng)測試技術(shù)的研究成果，是測量地網(wǎng)接地電阻的理想裝置，可廣泛應用于電力、石油、化工、電信、軍工、鐵路、機場及工礦企業(yè)的接地網(wǎng)測試。

七、LYBDJ-III接地網(wǎng)測試技術(shù)

1、接地網(wǎng)測量的基本原理

當系統(tǒng)發(fā)生接地故障短路時，巨大的短路電流經(jīng)接地網(wǎng)入地過程中會引起地網(wǎng)的電位升高，地網(wǎng)電位升高往往會對系統(tǒng)的正常運行構(gòu)成威脅，有時甚至導致系統(tǒng)二次設備的損壞，從而導致系統(tǒng)事故的擴大。

通常，把地網(wǎng)電位升高值U與經(jīng)地網(wǎng)入地電流值I的比值稱為地網(wǎng)的接地電阻（或接地阻抗），接地電阻是考核地網(wǎng)狀況的主要技術(shù)指標之一。

為了測量接地網(wǎng)的接地電阻，須在距地網(wǎng)比較遠的地方設置一個電流極C（應按規(guī)程要求），使試驗電流由地網(wǎng)入地，經(jīng)電流極返回，此時地網(wǎng)與電流極之間必有一個區(qū)域是“零電位”（請參考相關(guān)理論）。“零電位點”與接地網(wǎng)之間的電位差U與試驗電流I的大小有關(guān)，但U/I是確定不變的，它反映了地網(wǎng)的特性。不過，此處的U/I與規(guī)程所定義的“地網(wǎng)接地電阻”有一定的差異，在此不作詳細論述。

接地網(wǎng)測試常采用0.618法，即：電壓線和電流線平行布置，電壓極P與地網(wǎng)中心E的距離是電流極C與E之間距離的61.8%。但值得指出的是，此理論基礎(chǔ)是建立在“地網(wǎng)周圍的土壤電阻率均勻*”。我們在使用0.618法的實踐中，應注意土壤率不均勻所導致的測量誤差。

常用的測試線布置方法還包括：電流線和電壓線反方向布置，以及電流線和電壓線成一定夾角方式（請參考相關(guān)資料），此類布線方法的優(yōu)點在于電壓線和電流線之間的互感影響問題不突出，從而避免了互感帶來的誤差問題。

總之，大中型接地網(wǎng)測試要求足夠長的電流線和電壓線，不僅測試工作的實施具有較大的難度，而且，現(xiàn)場條件的限制很可能導致較大的測量誤差（包括接線考慮不周所帶來的方法誤差，以及干擾誤差和儀器誤差）。因此，在開展大中型地網(wǎng)測試時，必須認真研究被測地網(wǎng)的環(huán)境條件，合理設計測試方案，并選用抗干擾性能優(yōu)良的測試儀器進行測試，以保證測試結(jié)果的準確可信。

2、平行布線方式時引線間的互感影響

常用的0.618法屬于平行布線法，在實際測試中，由于現(xiàn)場條件的限制，電流線和電壓線之間的距離往往比較小，電流線中的試驗電流所產(chǎn)生的電磁場會在電壓線上感應出比較大的干擾電壓。此時，儀器所測的電壓信號中不僅含有試驗電流在地網(wǎng)接地電阻上形成的壓降，而且還包括了試驗電流在電壓線上感應的干擾電壓。顯然，簡單的用U/I來給出結(jié)論是不對的，應該想辦法剔除電壓線上的感應電壓成分。否則，上述互感影響所帶來的誤差十分嚴重。測試線愈長，線間距離愈小，則誤差愈大。

我們認為，互感影響所帶來的誤差屬于方法誤差的范疇，不屬于儀器誤差，技術(shù)人員可以想辦法避免之（后面繼續(xù)討論）。

3、工頻電流法測量誤差的主要原因

工頻電流法是傳統(tǒng)方法，在的接地網(wǎng)測量項目，由于外界工頻電磁干擾并不是特別強，再加上新建工程條件下我國電力系統(tǒng)中沿用了數(shù)十年，而且至今仍在使用，特別是對于新建變電站或發(fā)電廠的布線工作比較容易實施（例如采用反向布線和夾角布線）。但對于運行中的變電站和發(fā)電廠，采用工頻電流法測量接地網(wǎng)過程中的誤差問題就顯得格外突出，主要原因是：外界工頻電磁場以及地中零序性質(zhì)的電流等所產(chǎn)生效果與工頻試驗電流所產(chǎn)生效果相比，已經(jīng)達到無法忽視（但又無法剔除）的程度。例如，實際現(xiàn)場中，即使在施加試驗電流為零的情況下，較長的電壓線上外界干擾電壓（工頻為主要成分）已經(jīng)達到數(shù)伏，假若地網(wǎng)接地電阻為0.2歐姆的話，20A信號試驗電流所產(chǎn)生的信號電壓降也僅4V。

倒相法、三相電流測試法等抗干擾措施在理論上可以消除外界工頻干擾的影響，但長期實踐經(jīng)驗表明，其效果并不理想，測量數(shù)據(jù)的復現(xiàn)性差，難以得到滿意的測量結(jié)果。究其原因，此類抗干擾措施的假設前提條件是：外界干擾是純正的工頻信號，且在測試期間保持穩(wěn)定不變。顯然，實際系統(tǒng)情況并非如此。因此，測量誤差主因往往難以判定。

總之，由于工頻電流法的試驗電流的頻率與外界工頻干擾的頻率相同，同頻率的外界工頻干擾信號難以被剔除，再加上干擾信號中的諧波、高頻和直流等成分的影響，必然導致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。

4、接地網(wǎng)異頻測量技術(shù)

異頻測量法的主要優(yōu)點在于其試驗電流的頻率避開了50Hz的工頻而采用45Hz與55Hz兩種不同的頻率，因此就比較容易實現(xiàn)僅僅提取頻率的信號進行分析，從根本上消除干擾的影響。

雖然異頻接地電阻測試儀采用了*技術(shù)路線，但必須有配套的硬件技術(shù)和軟件分析技術(shù)為支撐，才可能達到預期的技術(shù)效果。否則，從復雜的干擾環(huán)境中提取幅值不大的異頻電流和電壓信號的難度是很大的。

LYBDJ-III的主要技術(shù)特點體現(xiàn)在：

1. 變頻電源模塊，輸出電源連續(xù)可調(diào)頻率十分穩(wěn)定（頻率為45Hz和55Hz）；
2. 強勁的硬件支持，采用專業(yè)級的高速數(shù)字信號處理芯片，運算速度快、精度高；
3. 采用*數(shù)字濾波軟件技術(shù)，測量數(shù)據(jù)精度有保證。

正是由于以上技術(shù)優(yōu)勢，才使5516Y型異頻接地阻抗測試儀在應用中表現(xiàn)出其優(yōu)良的性能，它能*剔除各種外界干擾信號（包括工頻、諧波、高頻、以及直流分量等成分），從而大大提高了接地網(wǎng)測試的精度。

現(xiàn)場應用和試驗室考核結(jié)果表明，即使在強干擾電壓和干擾電流情況下，其測量結(jié)果仍具有很好的復現(xiàn)性，測試誤差遠遠小于DL/T845.2 中對準確度為1級的測試儀的誤差限值。

LYBDJ-III的測量內(nèi)容包括地網(wǎng)的接地阻抗Z、純電阻分量R和純感抗分量X，以供測試人員進行技術(shù)分析，研究不同的布線方式下測量結(jié)果的差異。

LYBDJ-III的試驗電流頻率與工頻相當接近，其測試結(jié)果可視為地網(wǎng)工頻特性參數(shù)。

附錄A：隨機配件

注  意：具體隨機配件視出貨型號的差異可能有所不同。