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摘要： 变电站全网接地测试对于电力系统的安全性与稳定性具有重要的作用，论文结合笔者的工作研究经验，将分析变电站全网接地测试有关的电阻、电阻率、地表电位，研究变电站接地网接地测试的系统和软件，为相关的研究提供参考性的建议，限于笔者的学术研究水平，文中观点不够深入，有待进一步探讨分析。
关键词：变电站、全网接地、测试、系统
1、引言
随着我国的经济发展，电力产业在其中扮演着重要的角色，电力系统的稳定性将直接影响经济的运行，因而提高电力系统的稳定性、安全性是电力建设的重中之重。变电站全网接地测试则是电力建设中的重要一环，也是验证电网安全、稳定的重要手段，相关研究一直是重点课题。笔者结合已有的工作经验，将分析变电站全网接地测试相关的方法，如接地电阻测量、土壤电阻率测量、电表电位测量等，然后就变电站接地网接地测试的系统与软件进行分析，为相关的研究提供参考性的建议，文中存在一定的不足，恳请专业人士批评指正。
2、变电站全网接地测试
2.1接地电阻测试
接地电阻的阻值为两端的电压V除以通过的电流I，其测原理如下图1所示，因而要测量接地电阻，需要在回路中注入一定的电流，用电压表测试接地电极的电位，用电流表测出电路中的电流，这种测试方法称为电压电流表法。在使用电压表测量时，需要设置一个能测出无穷远零位面处的电压极，如下图中的P，点实际测量中并没有真正的无穷远，电路中的电流也会发生畸变，并不能确保绝对稳定，因而接地电阻的测量存在一定的误差。因而，要减小误差，就必须合理的设置电压极和电流极。
2.2土壤电阻率及其测量
通过测量土壤电阻率来对变电站全网接地进行测试，可以分为两种情况，分别是土壤均匀情况下的电阻率和土壤非均匀情况下的电阻率测量。
（1）土壤均匀情况下的电阻率测量：常用的有两种测量方法，四极法和等距四极法。四极法是在土壤中接入两个电极，再用另外两个电极测量附近某两点之间的电位差，求出土壤的电阻率；等距四极法是指在确保四个电极电位于同一深度、同一直线上，如下图2所示，测量时可以采用电流电压法来进行计算，在实际的工程测量中，电压线和电流线的引入会产生一定的干扰，带来误差，为了将干扰降低到最小，可把电流极和电压极直接打在大地的表层，并使a大于10倍的深度。
（2）土壤非均匀情况下电阻率的测量：当土壤的状态处于非均匀的情况下时，采用四极法测量的电阻率并不能反映真实的数值，其测量的值会岁土壤结构的变化而变化，是对土壤的非均匀性综合考量之后，得到的一个视在电阻率。随着技术的进步，当前已经有专业的分析软件，在获取四极法测量的电阻率的情况下，通过计算分析，可以得到水平分层时的土壤分层情况，包括各层土壤的厚度、电阻率与土壤的层数等。
2.3地表电位测量
土壤也是一种导体，只是土壤的电阻大，电流从接地极流经附近的土壤散流时，在土壤中会产生压降，地表上会有电位的分布。如果对地表的电位分布进行测量，则可以获得电位数据，做出等位线，进而计算出电位的梯度，并且采用此类方式还能测量接触电势和跨步电势。在以往，如果要测量接触电势和跨步电势，需要通过经验公式来计算，但由于不能准确的测量变电站全网节点的地表电位，在电势修正时存在较大的误差，并且步骤较为繁琐，给测量工作带来了麻烦，得到的结果误差也比较大。采用小电流测试法，可以有效的提高变电站全网接地的电表电位测量的准确性，误差小，可以使用入地电流和地表电位分布测量结果来计算接触电势和跨步电势。
3、变电站全网接地测试系统
3.1虚拟仪器
虚拟仪器即以计算机为核心，由用户来设计定义，能够实现测试功能、虚拟面板的一种计算机仪器系统，是一种硬件平台。利用计算机的显示器来模拟传统的控制面板，测量结果可以通过多种形式表达输出，实现数据信号的计算、分析、处理、输入输出等，从而完成各种测试的功能。虚拟仪器具有两大特征，其一面板是虚拟的，其二测试功能是由软件编程来实现的。虚拟仪器测试可以省时省事，节约成本，并且用户自身可以对仪器的功能进行定义，当测试需要改变时，可以通过功能模块的调整来达到。虚拟仪器通常由硬件和软件两大部分组成，硬件包括计算机和I/O设备接口；软件则包括应用程序和I/O接口仪器的驱动程序。虚拟仪器在使用时有几大特点：其一，用户定义软件的功能，而不是由厂家事先设定；其二，通用硬件平台确定之后，虚拟仪器中的软件可以取代传统的硬件，省时省力；其三，研制的周期大大缩短；其四，可与计算机同步，具有灵活、开放的特点，并与网络设备互联；其五，虚拟其一的功能扩展与改进需要进行相关软件的设计更新，而不需要投入资金购买新的设备。
3.2方案设计
方案设计分为总体方案和具体方案的设计与选择，总体方案设计需要结合硬件与软件的综合功能进行分析，利用现代PC机本身的软硬件资源，实现信号的采集、传输与处理。而具体的方案设计与选择可以从多个方面进行分析：
（1）软硬件模块的划分：硬件提供了数据采集的通道，实现功能则依靠软件，包括上层软件和底层软件，利用计算机的软件解决能力，构造虚拟仪器的面板，进行数据的采集、传输和运算，并能进行波形的显示。利用计算机的硬件资源和软件处理能力，最终实现测试的功能。
（2）计算机、采集卡和软件开发平台的设计：计算机平台包括工业PC、台式、笔记本电脑和工作站等，变电站全网接地测试常在户外作业，因而可以采用笔记本电脑或工作站。软件部分是虚拟器的核心，当前主要有美国国家仪器公司的LabVIEW和惠普公司的HP VEE。采集卡有多种选择，本文选用NI 公司生产的PCMCIA 总线数据采集卡。
（3）数据采集方案：变电站全网接地测试的数据采集方案主要依靠数据采集模块来实现，采集两个通道的数据，一个通道是采集电流信号，另一个是采集电压信号。由于采集卡只能采集电压信号，要测量电流信号，一般串联一个1?的标准电阻，测试电阻两端的电压值，再用电压V除以电阻R，就得到了电流信号，供系统分析计算。
3.3变电站全网接地测量系统结构
从功能上来看，变电站全网接地测量系统的功能结构划分主要有存储模块、数据采集模块和信号处理模块，三大模块既独立，又相互依赖。按照结构模块主要有硬件模块和软件模塊，硬件模块由笔记本、采集卡和电路组成，其工作的流程如下图3所示。
软件系统结构分为4个层次，分别是I/O接口层、仪器驱动层、程序测试层和测试管理层。I/O接口层处理软件与其一连接的通信协议，仪器驱动层对硬件设备进行控制驱动，程序测试层实现各种功能测试，测试管理层是与设备无关的测试管理环境。软件系统结构的主要功能是构造虚拟的仪器面板、对硬件进行控制和处理数据信息。
4、结语
我国的电力发展的速度非常快，但整体的质量并不理想，要提升电力系统的稳定性和可靠性，研究变电站全网接地测试具有重要的作用，相关研究值得深入，以为提升变电站的建设作出一定的贡献。
参考文献
[1]张丹丹，尹小根等，变电站地网接地电阻的测量误差及对策，高电压技术，2002，28（2）：17～18
[2]李澎森，异频法测量大型地网接地电阻的研究，高电压技术，2000，26（3）：37～39
[3]陈鹏云，刘晋等，大型地网接地电阻异频测量法，高电压技术，2002，28（6）
[4] 郑晖. 发电厂、变电站接地系统优化研究[J]. 长沙理工大学. 2013-04-01.
[5] 雷将锋. 变电站接地系统优化设计方法及其应用研究[J]. 湖南大学. 2011-04-20
[6] 张剑涛. 变电站接地电阻与测量[J]. 2011年云南电力技术论坛论文集（入选部分）. 2011-11-15
关键词：变电站、全网接地、测试、系统
1、引言
随着我国的经济发展，电力产业在其中扮演着重要的角色，电力系统的稳定性将直接影响经济的运行，因而提高电力系统的稳定性、安全性是电力建设的重中之重。变电站全网接地测试则是电力建设中的重要一环，也是验证电网安全、稳定的重要手段，相关研究一直是重点课题。笔者结合已有的工作经验，将分析变电站全网接地测试相关的方法，如接地电阻测量、土壤电阻率测量、电表电位测量等，然后就变电站接地网接地测试的系统与软件进行分析，为相关的研究提供参考性的建议，文中存在一定的不足，恳请专业人士批评指正。
2、变电站全网接地测试
2.1接地电阻测试
接地电阻的阻值为两端的电压V除以通过的电流I，其测原理如下图1所示，因而要测量接地电阻，需要在回路中注入一定的电流，用电压表测试接地电极的电位，用电流表测出电路中的电流，这种测试方法称为电压电流表法。在使用电压表测量时，需要设置一个能测出无穷远零位面处的电压极，如下图中的P，点实际测量中并没有真正的无穷远，电路中的电流也会发生畸变，并不能确保绝对稳定，因而接地电阻的测量存在一定的误差。因而，要减小误差，就必须合理的设置电压极和电流极。
2.2土壤电阻率及其测量
通过测量土壤电阻率来对变电站全网接地进行测试，可以分为两种情况，分别是土壤均匀情况下的电阻率和土壤非均匀情况下的电阻率测量。
（1）土壤均匀情况下的电阻率测量：常用的有两种测量方法，四极法和等距四极法。四极法是在土壤中接入两个电极，再用另外两个电极测量附近某两点之间的电位差，求出土壤的电阻率；等距四极法是指在确保四个电极电位于同一深度、同一直线上，如下图2所示，测量时可以采用电流电压法来进行计算，在实际的工程测量中，电压线和电流线的引入会产生一定的干扰，带来误差，为了将干扰降低到最小，可把电流极和电压极直接打在大地的表层，并使a大于10倍的深度。
（2）土壤非均匀情况下电阻率的测量：当土壤的状态处于非均匀的情况下时，采用四极法测量的电阻率并不能反映真实的数值，其测量的值会岁土壤结构的变化而变化，是对土壤的非均匀性综合考量之后，得到的一个视在电阻率。随着技术的进步，当前已经有专业的分析软件，在获取四极法测量的电阻率的情况下，通过计算分析，可以得到水平分层时的土壤分层情况，包括各层土壤的厚度、电阻率与土壤的层数等。
2.3地表电位测量
土壤也是一种导体，只是土壤的电阻大，电流从接地极流经附近的土壤散流时，在土壤中会产生压降，地表上会有电位的分布。如果对地表的电位分布进行测量，则可以获得电位数据，做出等位线，进而计算出电位的梯度，并且采用此类方式还能测量接触电势和跨步电势。在以往，如果要测量接触电势和跨步电势，需要通过经验公式来计算，但由于不能准确的测量变电站全网节点的地表电位，在电势修正时存在较大的误差，并且步骤较为繁琐，给测量工作带来了麻烦，得到的结果误差也比较大。采用小电流测试法，可以有效的提高变电站全网接地的电表电位测量的准确性，误差小，可以使用入地电流和地表电位分布测量结果来计算接触电势和跨步电势。
3、变电站全网接地测试系统
3.1虚拟仪器
虚拟仪器即以计算机为核心，由用户来设计定义，能够实现测试功能、虚拟面板的一种计算机仪器系统，是一种硬件平台。利用计算机的显示器来模拟传统的控制面板，测量结果可以通过多种形式表达输出，实现数据信号的计算、分析、处理、输入输出等，从而完成各种测试的功能。虚拟仪器具有两大特征，其一面板是虚拟的，其二测试功能是由软件编程来实现的。虚拟仪器测试可以省时省事，节约成本，并且用户自身可以对仪器的功能进行定义，当测试需要改变时，可以通过功能模块的调整来达到。虚拟仪器通常由硬件和软件两大部分组成，硬件包括计算机和I/O设备接口；软件则包括应用程序和I/O接口仪器的驱动程序。虚拟仪器在使用时有几大特点：其一，用户定义软件的功能，而不是由厂家事先设定；其二，通用硬件平台确定之后，虚拟仪器中的软件可以取代传统的硬件，省时省力；其三，研制的周期大大缩短；其四，可与计算机同步，具有灵活、开放的特点，并与网络设备互联；其五，虚拟其一的功能扩展与改进需要进行相关软件的设计更新，而不需要投入资金购买新的设备。
3.2方案设计
方案设计分为总体方案和具体方案的设计与选择，总体方案设计需要结合硬件与软件的综合功能进行分析，利用现代PC机本身的软硬件资源，实现信号的采集、传输与处理。而具体的方案设计与选择可以从多个方面进行分析：
（1）软硬件模块的划分：硬件提供了数据采集的通道，实现功能则依靠软件，包括上层软件和底层软件，利用计算机的软件解决能力，构造虚拟仪器的面板，进行数据的采集、传输和运算，并能进行波形的显示。利用计算机的硬件资源和软件处理能力，最终实现测试的功能。
（2）计算机、采集卡和软件开发平台的设计：计算机平台包括工业PC、台式、笔记本电脑和工作站等，变电站全网接地测试常在户外作业，因而可以采用笔记本电脑或工作站。软件部分是虚拟器的核心，当前主要有美国国家仪器公司的LabVIEW和惠普公司的HP VEE。采集卡有多种选择，本文选用NI 公司生产的PCMCIA 总线数据采集卡。
（3）数据采集方案：变电站全网接地测试的数据采集方案主要依靠数据采集模块来实现，采集两个通道的数据，一个通道是采集电流信号，另一个是采集电压信号。由于采集卡只能采集电压信号，要测量电流信号，一般串联一个1?的标准电阻，测试电阻两端的电压值，再用电压V除以电阻R，就得到了电流信号，供系统分析计算。
3.3变电站全网接地测量系统结构
从功能上来看，变电站全网接地测量系统的功能结构划分主要有存储模块、数据采集模块和信号处理模块，三大模块既独立，又相互依赖。按照结构模块主要有硬件模块和软件模塊，硬件模块由笔记本、采集卡和电路组成，其工作的流程如下图3所示。
软件系统结构分为4个层次，分别是I/O接口层、仪器驱动层、程序测试层和测试管理层。I/O接口层处理软件与其一连接的通信协议，仪器驱动层对硬件设备进行控制驱动，程序测试层实现各种功能测试，测试管理层是与设备无关的测试管理环境。软件系统结构的主要功能是构造虚拟的仪器面板、对硬件进行控制和处理数据信息。
4、结语
我国的电力发展的速度非常快，但整体的质量并不理想，要提升电力系统的稳定性和可靠性，研究变电站全网接地测试具有重要的作用，相关研究值得深入，以为提升变电站的建设作出一定的贡献。
参考文献
[1]张丹丹，尹小根等，变电站地网接地电阻的测量误差及对策，高电压技术，2002，28（2）：17～18
[2]李澎森，异频法测量大型地网接地电阻的研究，高电压技术，2000，26（3）：37～39
[3]陈鹏云，刘晋等，大型地网接地电阻异频测量法，高电压技术，2002，28（6）
[4] 郑晖. 发电厂、变电站接地系统优化研究[J]. 长沙理工大学. 2013-04-01.
[5] 雷将锋. 变电站接地系统优化设计方法及其应用研究[J]. 湖南大学. 2011-04-20
[6] 张剑涛. 变电站接地电阻与测量[J]. 2011年云南电力技术论坛论文集（入选部分）. 2011-11-15