電力系統接地技術

接地是為電流返回其源所提供的一條阻抗值相對較低的通道，具體而言，就是線上路或電氣設備出現接地故障時，為故障電流流回電源提供一條低阻抗的路徑。接地的主要目的是對電流進行傳導，使其能夠往返於大地或等效金屬導體之間，其歸屬於導電連線的範疇，具體可分為永久性接地和臨時接地兩種。電力系統中的接地具體是指將各類電氣設備的金屬部分經由接地線與接地電極進行可靠連線，在多數情況下指的是中性點與大地相連線。通過接地除了可以有效防止人體觸電之外，還能確保電力系統的安全運行，給線路及電氣設備的絕緣提供了有效保護。由此可見，在電力系統中運用合理可行的接地技術顯得尤為重要。

基本介紹

• 中文名：電力系統接地技術
• 外文名：Power System Grounding Technology
• 學科：電氣工程
• 領域：能源利用
• 功能：保證電力設備安全運行
• 類型：工作接地、保護接地、防雷接地

背景

接地裝置不僅為各種電氣設備提供一個公共的參考地，而且在發生故障或雷擊時，能夠將故障電流或雷電流迅速散流，限制地電位的升高，保證人身和設備安全，因此接地是確保電力系統安全穩定運行的重要條件，其可靠性及安全性能一直受到設計和生產運行部門的高度重視。電力系統接地就其目的來說可分為工作接地、防雷接地和保護接地3種。工作接地是為了降低電力設備的絕緣水平，如採用中性點接地的方式；防雷接地是為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和線路桿塔等都必須配以相應的接地裝置以便把雷電流導入大地；而電力設備為保證人身安全必須接地的情況則稱為保護接地。

我國電力工業在未來15-20年內仍將保持快速增長，而且西電東送和南北互供的全國聯網戰略的實現，均需建設大量超/特高壓輸變電系統。隨著電壓等級提高的同時，輸送容量也越來越大，造成變電站的短路電流也相應的增加，從過去的幾kA已增加到63 kA；流經接地網的電流頻率也非常豐富，不單有工頻故障電流，還有雷擊、操作、特快速暫態過電壓(VFTO)的高頻暫態電流；同時，二次系統在微機化、智慧型化的趨勢下，抗干擾能力卻很難明顯提高，因而對於變電站的接地網要求也更高。另一方面，接地網的面積在不斷增加，最大邊長大於500米，地電位的均勻性越來越難以保證，覆蓋的土壤結構也越來越不均勻。與此同時，由於土地資源日益稀缺，變電站的地質結構越來越複雜，高土壤電阻率、凍土、鹽鹼土等特殊地質條件給接地網的設計和運行維護帶來困難，因此要在入地電流大、占地面積大、接地體結構複雜、土壤電阻率分布不均勻的地區開展接地設計與運行維護工作存在很多問題。

與變電站接地網相一致，輸電走廊的緊張使得線路越來越向山區發展，雷擊等自然災害對線路的安全運行影響越來越大。提高輸電線路的耐雷水平、降低雷擊跳閘率對電力系統的安全運行有非常重要的意義。在其他因素一定的情況下，接地裝置的衝擊接地電阻值越低，線路反擊閃絡的機率也越低。因此，輸電線路接地裝置在雷電流作用下的衝擊暫態特性直接影響到輸電線路的防雷效果，是電力部門迫切需要解決的實際難題。

近年來的研究進展

由於接地裝置需要設計、建設和運行維護，因此接地技術的研究貫穿於以上各個階段，包括安全指標、仿真分析、降阻措施、測試和評估等方面，在每個方面又需要從工頻和暫態等多個角度分析問題，目前，對接地技術的研究已經全面展開，並且已經取得了一定成果，一些技術和理念已經成功用於解決工程實際難題，下面分別介紹。

接地工頻安全指標討論

我國在接地系統設計方面主要存在兩方面的問題，一是設計過於簡單，二是過於強調接地電阻，而不重視接觸電位差、跨步電位差、轉移電位差等。過去入地短路電流I只有幾kA，接地電阻容易滿足要求。隨著接地故障電流的不斷增大，發變電站接地電阻R要滿足要求很難，導致目前標準中的2 000 V地電位升限值並未在實際接地設計中被有效執行，失去了應有的規範作用。同時，即使地電位升滿足要求，但若接地裝置設計不合理，在發生接地故障時，地面仍可能出現高電位梯度，給運行人員帶來危險。因此，研究接地設計所需考慮的參數及其限值，有針對性地設計、改造接地裝置，對於確保發變電站安全穩定運行具有重要意義。通過大量理論分析、實驗和實踐套用，目前國標GB50065已經給出了以上安全指標的相應限值。明確相關指標的作用，可以在地電位升或接地電阻難以滿足標準規定的要求時，通過合理設計接地裝置保證設備和人身的安全。

電力系統接地的目標就是確保一、二次設備以及人身的安全。事實上，對設備和人身造成安全影響的均為接地點之間的電位差。目前保護設備和人身安全的相應指標包括接地電阻(地電位升)、接觸電位差、跨步電位差、轉移電位差等均通過電位差體現，如圖所示，下面分別討論。

1)工頻接地電阻、地電位升和地電位差

接地安全指標示意圖

接地電阻和地電位升一直是設計和運行中主要分析的參數，是接地技術研究的熱點，一些研究成果已總結在GB 50065中。對於小面積接地網或者銅接地網，接地網地電位升與工頻入地電流之間的相位差很小，相應比值稱為接地電阻;對於大面積鋼接地網，接地網地電位升與工頻入地電流之間的相位差較大，相應比值稱為接地阻抗。地電位升主要影響一、二次設備安全。由於二次設備耐壓較低，因此是確定地電位升限值的主要考慮因素。

傳統的變電站存在通信等二次電纜與站外設備有金屬性連線的情況，此時，地電位升全部施加在二次設備上，由於微機保護等二次設備的耐壓在2000 V左右，因此GB 50065規定，地電位升不應超過2000 V。現代變電站的二次系統與站外的連線通常通過光纖，因此二次設備的金屬連線部分通常全部位於變電站內。此時其承受的最大電壓即為變電站內兩端接地點之間的電位差，不是全部的地電位升，這裡稱之為地電位差。影響該電位差的主要因素是二次系統兩接地點之間接地網的連通性，並不是接地網的絕對地電位升。減小接地點之間的電位差的最有效方式是使用良導體接地網、增加接地網密度，包括沿電纜溝並鋪銅排等。當接地系統連線緊密時，即使土壤電阻率很高導致地電位升很高，變電站接地體之間的最大電位差也很小。因此對於沒有高電位從二次設備引出變電站的情況，限值地電位升小於2000 V非常不合理，而應當是限值變電站內地電位差小於2000 V。由此，變電站的地電位升可以進一步提高。事實上，對於各種高電位引出或者低電位引入的情況(也就是轉移電位差)，如果採取合理的隔離措施，如增設隔離變壓器，則均可以消除絕對地電位升的影響，從而放鬆對地電位升的要求。

但是，即使地電位差小於2000 V，地電位升限值也並不是一味地可以提高。事實上，此時還需要考慮地電位升對一次設備的影響。對於變電站內高、中壓一次設備，由於其耐壓較高，即使地電位升很高也不會影響其安全運行。耐壓最差的一次設備是電壓較低的設備，如10kV或35kV站外供電系統。由於10 kV或35 kV變壓器中性點並不接地，且其本身為感性設備，考慮故障電流的暫態特性，變電站中、高壓側有故障電流入地，導致地電位升高時，10 kV或35 kV各相的電位並不一定同時升高(其參考點可能在站外的電源)，並且可能存在滯後效應。此時，考慮到三相之間的相位差，很可能10 kV或35 kV某相的電位與變電站的地電位升反相，造成相應避雷器承受的電位是相電壓與本變電站地電位升之和。如果該電壓過高，將導致避雷器動作以保護10 kV或35 kV電源供電系統的安全，當避雷器的容量夠不夠時，避雷器可能爆炸。可見，對於一次設備，變電站受地電位升影響最大的是10kV或35kV避雷器，地電位升高不應對其造成損壞。

綜上，對於沒有二次系統引出站外的變電站，其地電位升可大於2000 V，但應小於其他所有高電位引出系統的耐受能力，比如10 kV或35 kV站外供電系統避雷器的動作電壓。同時，要保證接地網內的電位差儘量小，不超過二次設備等的耐受值。對於有二次系統或者其他系統引出站外的情況，採取適當的隔離措施後，地電位升也可以進一步提高。總之，接地設計應當更注重減小地電位差，使地電位分布更均勻，而不是絕對地電位升。減小地電位差可以通過加密接地體、使用良導體接地等，而不是一味的降低接地電阻。目前這一設計思想已經在我國高土壤電阻率中的超、特高壓變電站、電廠得到了套用。

2)接觸電位差、跨步電位差

接觸電位差、跨步電位差的限值保證了人身安全。我國原有行標規定的安全限值沒有考慮高阻層的影響。GB 50065參照美國IEEE標準，引入了考慮高阻層影響的衰減係數，修正了接觸電位差和跨步電位差的限值。

我國以前對接觸電位差、跨步電位差不夠重視，認為只要接地電阻小，接觸電位差、跨步電位差就沒問題了。但事實上，接地電阻與接地網的面積相關，而接觸電位差、跨步電位差與接地網的密度相關，兩者並沒有非常緊密的聯繫。占地很大的接地網，接地電阻可能很低，但如果接地格線稀疏，接觸電位差、跨步電位差可能會很大。因此降低接觸電位差、跨步電位差並不需要採用降阻的方法，而是需要增加接地體密度。極限的情況，如果變電站接地採用金屬板，則接地電阻仍然存在，但接觸電位差、跨步電位差卻幾乎為0。

20世紀90年代，重慶大學提出接地體不等間距布置本質上也是在接觸電位差、跨步電位差較大的接地網邊緣增加接地體密度，以達到降低最大接觸電位差和跨步電位差的目的[}zo}。接地體不等間距布置基本不影響接地電阻。

接地仿真分析方法

接地網設計應考慮接地系統中最嚴重的接觸電位差、跨步電位差以及接地網上最大電位差的情況來作為設計的基礎。事實證明，在大多數情況下，只要通過精心、合理的設計，可使危險電位降低到最低值。隨著計算機技術的發展，國外的接地系統設計一般是根據土壤地質結構，採用多層土壤結構模型，分析接地系統的接地電阻、地電位升、地電位差、接觸電位差和跨步電位差，確保施工完成的接地系統滿足安全要求。另外一方面，科學的設計能夠根據地質結構的實際情況，因地制宜進行接地系統設計，經濟有效地降低接地電阻、地電位差、接觸電位差和跨步電位差。

到目前為止，國內外在接地系統數值計算方面開展了大量的研究工作。主要包括如下三方面：一是確定符合實際的土壤結構模型，二是接地系統電氣參數計算，三是入地電流和分流係數的計算。

1)土壤結構分析

在均勻土壤中，水平接地網的接地電阻與接地系統所處土壤電阻率成正比，與地網面積的平方根成反比，因此土壤電阻率對於接地電阻的影響非常顯著。土壤電阻率的合理估計是進行接地系統設計的基礎。早期的接地系統設計把土壤看成均勻的，利用經驗公式對接地電阻值進行估計。進入20世紀70年代末期以後，通過借鑑地質研究中的沉積岩構造理論，人們意識到土壤分層結構對於接地系統參數的影響，開始進行土壤分層的研究。鑒於土壤分層計算的複雜性，早期的研究局限在兩層土壤結構的分析上。一方面的研究工作是將各種可能的土壤結構參數組合製成所謂的“量板”，將測量結果與量板上的曲線對比來確定土壤分層結構;另一方面的研究工作是通過理論推導，得到了分析雙層水平分層土壤結構的數值解。

隨著計算機技術的發展，國內外學者採用數值計算的方法對多層土壤模型進行了比較深入的研究。基本出發點都是從點電流源產生的電場推導得到隨測量極間距變化的視在電阻率的解析表達式，採用合適的數值計算方法反演分析得到土壤的結構參數。各研究者研究方法的不同之處，在於反演求解土壤結構參數時採用的數值計算方法不同。

從20世紀90年代開始，武漢大學、清華大學、華北電力大學等高校在消化吸收國內外研究先進成果的基礎上，開展了深入的地中電場計算、多層土壤結構反演工作，並開發了相關軟體，目前在土壤結構分析的計算方法方面已經走在了世界前列。

2)接地系統電氣參數分析方法

為了確保發變電站的安全運行，進行符合實際情況的地網參數計算是極其重要的。接地系統接地參數的計算方法可以分為兩類:一類是採用經驗公式進行估算，另一類則是採用數值計算方法進行比較精確的計算。

採用簡單的經驗公式分析接地系統的接地參數是各種標準推薦的發變電站接地系統設計的方法，如IEEE Std80-2000、我國的接地標準等均採用簡單的經驗公式來進行發變電站接地系統的設計。各種經驗公式是基於對接地系統的近似處理，採用理論分析、數值計算及模擬試驗分析得到的。這些計算公式在如下方面做了近似處理：

(1)將接地裝置的幾何形狀進行適當的改變，以便於進行數學分析。如將水平接地網用實心圓盤來代替，然後進行適當的修正，以考慮地網的實際結構；在我國接地規程中推薦的地網接地電阻的計算公式則是根據圓盤和圓環的接地電阻理論公式用線性內插法分析得到的。

(2)假設電流在接地系統的所有接地導體上均勻分布。這與實際情況相差較遠，對於大型接地網，內部導體被外部導體禁止，導致電流分布不均勻。

(3)假定土壤結構均勻。現代發變電站占地面積大、地下情況複雜，對於電阻率不均勻土壤，如土壤分層時，計算方法不再適用。

隨著計算機的發展，各國學者將各種數值計算方法套用到接地參數的計算中來，如有限差分法、有限元法、模擬電荷法、邊界元法等。採用數值計算方法，能夠比較全面地考慮地網的實際結構及故障電流流散時的實際情況，即考慮到地網不同部分導體散流的非均勻性，對於任意複雜接地網都能得到比較滿意的計算結果，同時也能在技術經濟上達到最優，解決了採用經驗公式進行計算中的各種問題。

20世紀70-80年代提出的差分法、有限元法、模擬電荷法、邊界元法、多步法、平均電位法、矩陣法和解藕法等更適合於均勻土壤及雙層土壤模型中接地參數的數值計算。而90年代以來提出的濾波法、基數鏡像法及複數鏡像法更適合於多層土壤結構模型中接地參數的分析。

3)入地電流及分流係數

電力系統發生短路時，只有一部分短路電流經接地網流入大地，其餘部分經變壓器中性點、與地網相連的架空地線、電力電纜的禁止層流回系統。因此研究故障時的電流分布，確定入地電流是分析接地系統安全指標的基礎。獲得準確的故障電流分布需要明確電流分布的機理和模型。入地電流與總故障電流的比值(分流係數)除受變電站接地電阻、線路地線電阻、桿塔接地電阻等的阻性分流影響比較大外，線路地線與相線之間的互感也會起很大作用。實際變電站故障發生時，故障電流由線路的相導線提供，即相導線作為電流引線，如圖所示。

此時，由於相導線與其地線一直保持長距離平行，之間的距離也非常近，造成它們兩者之間的互感很大。相導線提供的故障電流會通過互感的作用在地線中感應出很大的反向電流，這部分電流是分走故障電流的主要部分之一。並且，由於互感的作用，如果有多回線路的情況，提供故障電流多的線路地線分走的電流多，其他線路地線分走的電流少。

變電站短路故障下的電流分布

入地電流的準確計算主要取決於建立精確的短路電流模型，而該模型的計算方法目前已經比較成熟。在眾多短路電流計算方法和軟體中，被電力系統肯定並經常使用的有運算曲線法、PSASP和PSD-BPA等。國內清華大學、華北電力大學等基於電路模型，開發了專門計算短路電流分流係數的軟體，方便了工程套用。同時，國內也開展了分流係數的測試研究，驗證理論分析結果的有效性。

降低變電站接地電阻的方法

為降低接地裝置的接地電阻，人們採取了各種各樣的措施。傳統的措施主要在接地網的2維方向進行研究，包括擴大接地網面積、引外接地、增加接地網的埋設深度、利用自然接地、局部換土、接地模組和離子棒等。隨著接地系統降阻要求的逐步提高，新型降阻技術不斷出現，充分利用接地網周圍的地形、地質特性，構建3維立體接地網成為趨勢，除垂直接地極外，斜接地極技術、深水井接地技術和深井爆破接地技術施工已經在很多高土壤電阻率地區變電站的接地改造中取得顯著的成效。但目前各種降阻措施的研究工作大部分僅針對某一種措施展開，缺乏組合降阻措施的研究，各種降阻措施之間也缺乏系統的比較，實際在降阻措施的選用中存在盲目性。當前我國接地系統的設計過程中，對於接地系統的初步設計和最佳化降阻只能依靠工程技術人員的經驗和思維，而一旦不具備這種經驗或考慮不周，就會造成設計過程繁瑣反覆，而且可能造成設計結果脫離實際、經濟性和技術性權衡不足，一旦設計結果付諸實踐，則會致使工程存在安全隱患，或者導致財力物力的浪費。

應當注意，各種降阻方法都有其套用的特定條件，針對不同地區、不同條件採用不同的方法才能有效地降低接地電阻。在高土壤電阻率地區，設計發變電站接地裝置時，其接地電阻很難滿足要求，特別是面積比較小的發變電站，採用長垂直接地電極來降低其接地電阻已被越來越多的工程設計人員所採用。清華大學、武漢大學、華中科技大學、西南交通大學、長沙理工大學、廣西大學、重慶大學以及很多降阻公司依託具體工程，開展了研究工作。另外各種方法也不是孤立的，在使用過程中必須相互配合，以獲得明顯的降阻效果。

接地裝置雷電衝擊特性研究

泄放雷電流、保證雷擊時設備和人身的安全是接地裝置的重要作用之一。由於雷擊而引起的事故日益增多，雷電成為影響電力系統安全運行的重要因素。國內外的運行經驗和理論分析表明，有效改善接地網性能是提高雷擊保護效果的有效措施。針對這一問題，國內外從土壤放電特性、接地裝置衝擊特性等方面開展了一系列研究，有力的指導了防雷接地設計。

1)接地裝置附近土壤的雷擊放電模型

迄今為止，國內外學者發表了很多關於接地裝置衝擊特性的研究論文。大部分衝擊試驗的結果都是在時域中直接進行分析的，得到的結論也都是對時域而言。

限於試驗場地和工作量，一些學者在高壓實驗室中進行了模擬接地體的衝擊試驗。這類試驗方法是利用相似原理，將接地體的尺寸、衝擊電流波頭等物理量進行了相應的尺度變換，從而可以在實驗室中使用較小的電極來模擬實際的接地體進行衝擊試驗。在實驗室中，利用模擬試驗，可以比較容易地改變一些參數，如電極類型、土壤電阻率、埋深等，得到這些參數影響接地體衝擊特性的規律。前蘇聯的一些學者在20世紀70年代套用相似理論計算了集中接地體的衝擊特性。國外還有一些學者通過模擬試驗的方法總結出了一些經驗公式和用於估計接地體衝擊特性。隨著衝擊裝備製造水平的提高，國內開始開展現場的真型衝擊實驗研究，目前該方面研究還處在初步階段。

2)接地裝置雷電特性仿真計算

接地系統除了要確保工頻短路時的安全性外，還要確保雷電等作用時的暫態安全性。目前對接地系統暫態性能的仿真主要有以下幾種方法:電路理論和傳輸線理論、電磁場理論。

基於電路和傳輸線理論的方法，是由電阻-電感-電容-電導組成的兀型等值電路來模擬計算接地導體暫態特性的一種直接的、有效的方法。與其它方法相比易於執行，在對計算資源的消耗(記憶體及計算時間)及結果的精度方面都是可以接受的。但這些方法都沒有考慮土壤在衝擊電流作用下的電擊穿現象。隨著土壤擊穿效應逐漸被廣大學者所重視，地網導體參數的時變特性需要體現到暫態仿真的算法之中。

接地系統安全性評估研究

1)在接地電阻測量技術方面

接地電阻是接地裝置相對於無窮遠電位與流入大地電流的比值。實際測量中電壓極不可能設在真正的無窮遠處，而電流極的存在又會使地中的電流場發生畸變從而影響到地面的電位分布，所以接地電阻的測量會存在誤差。圍繞著如何儘可能有效地減小測量誤差、測得儘量真實的接地電阻值，國內外電力工作者提出了各種各樣的測量方法和測量儀器。傳統測量接地電阻的方法有兩點法、三點法、電位降法、四極法等。目前我國測量接地電阻常用的方法是IEEE標準推薦採用的電位降法。由此派生出的0.618法和30度夾角法更為常用。

傳統的0.618法和30度夾角法沒有考慮土壤不均勻的情況。土壤不均勻時，基於均勻土壤得出的補償法的結論不再適用，應當改變電壓極位置。IEEE Std.81-1983中推薦的電位降法，將電壓極位置在待測地網與電流極之間改變，做出視接地電阻曲線，找出曲線平坦段對應的視接地電阻即為地網的實際接地電阻。採用這種方法進行測量工作量很大。為了滿足測量精度的要求，測量引線需要很長，實際操作中將消耗大量人力物力。針對以上問題，中國電科院、清華大學、陝西電科院、華北電力大學等積極研究接地電阻的短距離引線測試技術，並且通過理論分析、計算仿真以及現場實測證明了電流引線最短到2D下這種方法的可行性。

在接地電阻測試時，由於存線上路地線分流的情況。我國通過仿真與測試，提出了分流係數的測量方法，並開發了測試設備。

2)在接地網腐蝕診斷方面

構成接地網的導體埋在地下，常因施工時焊接不良及漏焊、土壤的腐蝕、接地短路電流電動力作用等原因，導致接地網導體及接地引線的腐蝕，甚至斷裂，使接地網的電氣連線性能變壞、接地電阻增高。接地網腐蝕已構成影響電力系統安全運行的重要因素。

現在了解接地網腐蝕及斷點的常用方法就是停電抽樣開挖，即過一定年數後，根據地區的土壤腐蝕率，經驗地估計接地網導體電阻腐蝕程度，然後抽樣挖開檢查。這種方法帶有盲目性、工作量大、速度慢，並且還受現場運行條件的限制，不能準確的判斷斷點和腐蝕程度。同時，發變電站承擔著國民生產和人民生活的巨大任務，每一次停電都不可避免地要帶來許多經濟損失，這樣帶來了實際操作上的困難。另外的方法就是通過測量接地電阻來分析接地網的腐蝕情況。這種方法在原理上存在問題。當接地網腐蝕或存在斷點時，接地網的接地電阻基本上沒有變化。即使接地網由於嚴重腐蝕導致接地網的解裂，由於兩部分接地網間的互電阻的作用，解裂後測量得到的接地電阻仍不會有較大的變化。另外接地電阻隨土壤電阻率的季節變化、測量方法、測量方位的變化而有較大的變化，即測量得到的接地電阻變化不是由於接地網腐蝕及斷裂引起的。從另一方面來說，即使接地網的接地電阻能反映接地網的腐蝕情況，但也沒法準確定位故障點。只好人工抽樣開挖檢查，或者大範圍開挖檢查，造成了成本昂貴、檢測工作量大等弊端。

查找接地網的斷點及嚴重腐蝕段已成為電力部門一項重大反事故措施。電力系統迫切需要找到一種簡單、準確、不受現場運行條件的限制，實現在不停電和不開挖的情況下，對接地網的故障進行診斷的方法。清華大學和重慶大學基於接地點之間的導通性，開展了接地網腐蝕診斷方面的研究工作。隨後陝西省電力科學研究院、武漢大學、廣東電科院等也開展了研究。華北電力大學等通過接地體周圍的磁場，研究接地體的導通情況，進一步推算接地體的腐蝕。

存在的問題

我國已經在接地安全指標、仿真分析、降阻措施、測試和評估等方面開展了全面的研究，並且初步取得了豐碩成果，一些技術和理念已經成功用於解決工程實際難題，為接地技術的進一步研究打下的深厚的基礎。但是由於接地的複雜性，相關技術仍然存在較多問題。

接地工頻安全指標

雖然對於接觸電位差和跨步電位差限制指標規定已經比較明確，但對於地電位升的安全限制仍然缺乏深入研究。例如，雖然前面分析認為變電站內10 kV或35 kV供電系統避雷器最易受到地電位升的影響，但此時10 kV或35 kV避雷器的耐受能力如何、動作電壓是多少，仍然需要深入研究，尤其是考慮外部從10 kV或35 kV電源和線路到站內配電裝置的整體下，加在10 kV或35 kV避雷器的電壓值仍需要更細緻的計算分析。此外，是否還有其他更易受到地電位升影響的設備沒有考慮到，其承受的電壓和耐受的能力等仍然需要仔細的論證。

接地仿真分析方法

雖然已經可以分析分層土壤下複雜接地體的接地性能，但由於所處環境的複雜性，所分析的情況仍然存在簡化。接地仿真分析存在如下問題：

1)土壤模型主要為分層模型，實際超、特高壓變電站、發電廠等土壤結構更加複雜，很多為分區域分層的情況，因此目前土壤模型與實際還存在一定差距。

2)目前的接地計算僅考慮一個電流入地點的情況，而實際中由於高低壓側線路地線的分流、變壓器的接地等，入地電流是通過多點流過接地網的，這樣接地網上的電位差、熱穩定校核等應當考慮實際流過的電流，對於大型接地網，這一影響可能會很大。

3)接地網並不是獨立的，而是通過電纜接地、電纜溝、龍門架等地上部分形成了一個複雜的網路，目前的接地計算沒有考慮這些影響，尤其是其與二次電纜之間的影響，值得深入研究。

4)對於大型接地裝置，故障電流分布會受到接地點之間地電位差的影響。目前入地電流計算將變電站的所有接地點視為同一個點，即接地網視為等電位，這在小規模銅接地網中沒有問題，但對於大型鋼接地網，可能會存在較大誤差。

降低變電站接地電阻的方法

雖然接地系統仿真軟體已經可以分析很多降阻措施的效果，然而，隨著接地模組、離子棒、深水井接地、爆破接地極等新型降阻技術不斷出現，這些降阻措施如何在仿真軟體中等效，如何通過接地系統仿真軟體合理評估這些降阻技術的效果，以便科學指導降阻工程，成為擺在國內外接地技術研究人員面前的重要問題。目前的國內外研究中，均沒有合適的分析評估模型，需要從機理、實驗驗證、理論建模等多方面開展深入研究工作。

同時以上接地降阻裝置隨土壤溫濕度變化、大電流衝擊下的穩定性、長效性等仍然缺乏有效的驗證，也缺少相關檢測手段，是需要進一步深入研究的內容。

接地裝置雷電衝擊特性研究

目前，針對接地裝置雷電衝擊特性研究存在以下問題：

1)縮尺模型下的實驗多，真型尺寸下的實驗少。由於土壤放電的非線性，縮尺模型結果與真型尺寸下結果的等效性還有待驗證。

2)衝擊下的接地測量方法有待深入研究。由於衝擊發生器成本高、使用不方便，並且為了保證波形完好引線不能過長。因此回流極對接地裝置電流分布及周圍電位分布影響較大，如何既保證接地裝置電流分布與實際接近，又保證測量波形符合要求，仍然是需要解決的問題。

3)對桿塔接地裝置衝擊特性的研究多，對接地網的衝擊特性研究少。目前的研究重點集中在接地網的工頻特性上，沒有深入研究接地網的暫態特性。國外IEEE標準也僅考慮了短路電流的暫態影響，而沒有明確雷擊的影響。在實際設計、施工和運行實踐中造成比較大的混亂。由於雷擊變電站時電流大、頻率高，接地網上的電位差更加明顯，導致接地網本身局部電位差和接地網電位異常升高。

4)雖然已經開始研究雷擊接地網造成的地電位不平衡，但在雷擊接地網狀態下地網暫態電位升高對二次系統的安全的影響研究沒有涉及，這方面的系統性研究總體上還是一片空白，在目前一次設備的裝備製造水平和設備絕緣質量已較以前上了一個台階的形勢下，雷擊對二次系統或二次設備絕緣和電磁干擾的影響顯得尤為突出，迫切需要就雷擊下地網導體電位升高和場區壓差對二次設備和二次迴路的影響進行實驗和理論分析研究，給出綜合考慮工頻和雷擊下地網導體電位升高和場區壓差取值的依據，指導接地網工程設計和運行維護。

5)由於智慧型變電站剛剛出現，到目前為止，國內外還沒有開展變電站地電位升高對智慧型設備的危害研究。隨著雷擊等暫態事故的頻發，需要深入研究雷擊下暫態地電位差對智慧型設備的影響。

6)我國的接地裝置大量使用鋼材，最近也開始使用銅覆鋼等新型接地材料，而國外普遍使用純銅作為接地材料。接地材料的差異使得我國雷擊下地電位差的問題更加突出，迫切需要開展相關研究工作。

7)缺少二次系統雷擊防護措施的研究。目前，對傳統二次設備的抗干擾措施研究已經取得了大量研究成果，但雷擊下的防護需要具體問題具體分析。設備的工作方式、安裝位置差異較大，很難將傳統二次設備的抗干擾措施用於雷擊防護。需要深入研究雷擊下二次電纜連線埠特徵，以便提出合理可行的防護措施。

接地系統安全性評估研究

目前對接地系統安全性評估主要針對接地電阻、接觸電位差、跨步電位差、接地體導通性等工頻特性以及接地體的腐蝕問題展開。

隨著接地網面積增加，接地網各處對應的接地阻抗、跨步電位差、接觸電位差等差異較大，因此需要從多個空間維度對接地網各參數進行測量；隨著接地網上通過電流的多樣化，電流的頻率成分也呈現多樣化，從頻率較低的直流、工頻，到頻率逐步增加的開關操作、雷擊、 VFTO等，因此需要從多個頻率維度對接地網各參數進行測量;由於接地網一方面時刻可能經受雷電、操作、VFTO、短路等短時過程的考驗，另一方面在長期運行中也會受到腐蝕、不平衡電流等的影響，因此也需要從多個時間維度對接地網相應參數進行測量。最後接地網的評估還涉及到電、熱、化學等多種物理量。可見，對接地網安全特性的檢測和評價應當是多維度、全方位的，現有規程僅從工頻參數來對接地裝置進行評估已經不滿足電網發展的需求。

接地技術在電力系統中的套用

在電力系統中，比較常用的接地技術有以下三種：即工作接地、保護接地以及防需接地，下面重點對這幾種接地技術在電力系統中的套用以及接地網施工中的注意事項進行分析。

工作接地在電力系統中的套用

工作接地就是將電力系統的某個點進行接地，主要目的是滿足電力系統的運行要求，通過這種接地方式，能夠為電路的正常運行提供一個基準電位，其值通常設定為零，該電位即可設為電路中的某一個點，也可設為電路系統中的某一段，當其與大地相連線時，可將其視作為相對的零電位。在電力系統中套用工作接地後，能夠使電網的對地電位更加穩定，有利於對地絕緣的降低，如變壓器的中性點接地等。工作接地的主要功能是確保電力系統在各種不同的工況下，如正常、故障等，都能夠有一個相對適宜的運行條件，為繼電保護等裝置的可靠運行提供保障。根據相關規範標準的規定要求，工作接地的電阻值不宜超過4歐姆,這一點應當在具體套用時注意，以免影響工作接地作用的發揮。

保護接地在電力系統中的套用

保護接地能夠防止電力系統中的各種電氣設備原本不帶電的金屬部分在發生故障帶電後對人體造成傷害的情況發生，這種接地技術實質上是一種保護方式。電力系統中有很多的電氣設備和裝置，由於它們都處於長期不間斷地運轉狀態，故此，絕緣極有可能出現老化、磨損等情況，這樣一來，電氣設備或裝置上原本不帶電的部分便會帶電，原本帶有低壓電的部分會帶上高壓電，由此除了會引起電氣設備損壞之外，若是人體觸碰還會導致觸電傷亡的安全事故。

為防比此類意外情況的發生，必須在電力系統中套用保護接地技術，以此作為一種有效的安全防護措施。對於中性點不接地的電力系統而言，如果人體意外接觸到帶電的設備金屬外殼時，電流便會經由人體的電阻、接地電阻以及導線的對地電容構成一條同路，由於人體本身的電阻與接地電阻之間是一種並聯的連線方式，因此，接地電阻的阻值越小，流入到人體中的電流也就越小，對人體造成的傷害就越輕微，由此可知，若是可以將接地電阻的阻值限制在某個特定的範圍之內，使流入人體的電流小於安全電流，便可確保人員的安全。

（1）在接地電流相對較大的系統中

若是出現單相接地的現象，則會觸發系統中保護裝置動作，其接地裝置的電阻值應當不超過0.5歐姆；在接地電流比較小的系統當中，如果發生單相接地的情況，通常系統中的保護裝置不會自行動作，接地裝置出現電壓的時間會隨之延長，操作人員接觸到的可能性會有所增大，此類系統中的接地體電壓應當不超過250V。接地電阻的阻值不得超過10歐姆。

（2）在電源中性點直接接地的低壓電網中

為防比接地與保護接零混用的情況發生，必須採用保護接地的方式，同時，在正常運行情況下不帶電但由於故障可能會導致帶電的金屬部分，均必須進行保護接地，如變壓器、電動機、照明設備的外殼及底座、配線鋼管等等。

（3）在低壓系統中

保護接地的電阻值應當不超過4歐姆；容量在100kV以內的配變，因其布線相對較短，故此保護接地電阻的阻值可以設定為10歐姆；對於土壤電阻率比較高的地區，保護接地電阻的阻值應當不超過3歐姆。

防雷接地在電力系統中的套用

雷電是自然界的一種現象，雷電流會對電力系統中的設備、裝置造成危害，因此，在電力系統中，需要採用合理可行的防雷接地技術，將雷電流送入到大地當中。相關研究結果表明，接地電阻的阻值越小，散流的速度就越快，遭受雷擊的物體高電位保持的時間也就相應越短，危險性越低。鑒於此，對於計算機場地內的接地電阻器阻值應當不超過4歐姆，並以共同接地的方式，將防需接地與電氣安全接地和交直流接地統一為一個接地裝置

接地網施工要點

(1)以水平方式進行布設的接地網的埋設深度應當控制在0.8m，垂直接地極打入到地下後應當預留出100mm左右的高度，這樣便於和水平接地網進行連線。

(2)對接地網進行焊接時，應當嚴格按照規範標準及施工圖紙的要求進行操作，以此來確保焊接質量，這是保證接地網運行安全的關鍵。

(3)接地引下線與電纜溝接地扁鋼均應當塗刷環氧瀝青漆，對土體進行同填的過程中，應當將好土埋在接地網的鋼材上，土中不得摻有雜物，當填土厚度達到200mm時，進行一次夯實，以此來確保接地網與土壤之間的緊密結合。

發展趨勢展望

隨著電網向著高電壓、高智慧型、高可靠性的方向發展，對接地裝置性能的要求越來越高，接地技術的發展面臨諸多挑戰。由於接地技術包含的內容很多，這裡不一一列舉，其中如下方面值得重點研究：

1)複雜地質條件下的接地仿真分析技術。隨著接地裝置所處地區的地質條件日益複雜，對接地裝置的仿真技術提出了新的挑戰。尤其是對於水電站、直流接地極等特殊接地系統，相關研究尤為迫切。

2)接地裝置的衝擊特性及其與其他電力系統設備的互動影響。如前所述，目前針對工頻接地特性的研究已經相對比較全面。如果工頻下地電位升可以進一步提高，接地降阻、均壓最佳化等都不再成為難題。然而，衝擊下由於接地體的導通性變差，其與接於其上的其他系統和設備之間的互動影響目前仍然不是十分清楚。隨著智慧型化設備、緊湊化變電站的大量套用，設備的電磁敏感性變強，干擾源的頻率越來越高，迫切需要開展相關研究。例如，研究接地裝置與其上二次設備在衝擊下的相互影響，並進一步研究二次系統的接地方式和防護措施，提出在衝擊下對接地裝置性能的要求。再如，考慮桿塔時域衝擊特性的線路防雷研究，並且可以將該研究推廣到鐵路、通信等相關領域。

3)接地裝置與其他行業設施之間的相互影響。目前利用大地的設施眾多，鐵道、管道、大地監測等均會受到接地裝置產生的地電位分布的影響。同時，多個行業的設施共用接地裝置也已經大量存在，例如電信門的大數據中心由於用電量巨大，會與變電站共地。因此，迫切需要開展相關研究。

4)接地系統多維度評估技術。有必要針對接地裝置的直流特性、工頻特性、衝擊特性、高頻特性、腐蝕性和土壤環境開展綜合研究，建立接地網的多維度檢測方法及檢測體系，並基於此，研製出適於現場套用的攜帶型接地裝置多功能衝擊阻抗測試系統與接地裝置高頻特性測試儀，從而實現對接地裝置的全面考核和綜合判斷。

5)接地材料及防腐技術研究。由於地質條件日益複雜，接地體的腐蝕問題日益突出，接地裝置運行的人力、物力成本越來越高，接地網腐蝕問題也成了電力系統非常棘手的問題。研究新型接地網材料和防腐技術已成為電力系統的迫切需求。雖然目前接地新材料的穩定性、可靠性等還有待檢驗，但隨著我國經濟實力的增強以及新材料新工藝的不斷出現，研究接地網新材料已成為可能。