电力系统接地技术（电力系统接地技术）

背景

接地装置不仅为各种电气设备提供一个公共的参考地，而且在发生故障或雷击时，能够将故障电流或雷电流迅速散流，限制地电位的升高，保证人身和设备安全，因此接地是确保电力系统安全稳定运行的重要条件，其可靠性及安全性能一直受到设计和生产运行部门的高度重视。电力系统接地就其目的来说可分为工作接地、防雷接地和保护接地3种。工作接地是为了降低电力设备的绝缘水平，如采用中性点接地的方式；防雷接地是为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和线路杆塔等都必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地；而电力设备为保证人身安全必须接地的情况则称为保护接地。

我国电力工业在未来15-20年内仍将保持快速增长，而且西电东送和南北互供的全国联网战略的实现，均需建设大量超/特高压输变电系统。随着电压等级提高的同时，输送容量也越来越大，造成变电站的短路电流也相应的增加，从过去的几kA已增加到63 kA；流经接地网的电流频率也非常丰富，不单有工频故障电流，还有雷击、操作、特快速暂态过电压(VFTO)的高频暂态电流；同时，二次系统在微机化、智能化的趋势下，抗干扰能力却很难明显提高，因而对于变电站的接地网要求也更高。另一方面，接地网的面积在不断增加，最大边长大于500米，地电位的均匀性越来越难以保证，覆盖的土壤结构也越来越不均匀。与此同时，由于土地资源日益稀缺，变电站的地质结构越来越复杂，高土壤电阻率、冻土、盐碱土等特殊地质条件给接地网的设计和运行维护带来困难，因此要在入地电流大、占地面积大、接地体结构复杂、土壤电阻率分布不均匀的地区开展接地设计与运行维护工作存在很多问题。

与变电站接地网相一致，输电走廊的紧张使得线路越来越向山区发展，雷击等自然灾害对线路的安全运行影响越来越大。提高输电线路的耐雷水平、降低雷击跳闸率对电力系统的安全运行有非常重要的意义。在其他因素一定的情况下，接地装置的冲击接地电阻值越低，线路反击闪络的概率也越低。因此，输电线路接地装置在雷电流作用下的冲击暂态特性直接影响到输电线路的防雷效果，是电力部门迫切需要解决的实际难题。

近年来的研究进展

由于接地装置需要设计、建设和运行维护，因此接地技术的研究贯穿于以上各个阶段，包括安全指标、仿真分析、降阻措施、测试和评估等方面，在每个方面又需要从工频和暂态等多个角度分析问题，目前，对接地技术的研究已经全面展开，并且已经取得了一定成果，一些技术和理念已经成功用于解决工程实际难题，下面分别介绍。

我国在接地系统设计方面主要存在两方面的问题，一是设计过于简单，二是过于强调接地电阻，而不重视接触电位差、跨步电位差、转移电位差等。过去入地短路电流I只有几kA，接地电阻容易满足要求。随着接地故障电流的不断增大，发变电站接地电阻R要满足要求很难，导致目前标准中的2 000 V地电位升限值并未在实际接地设计中被有效执行，失去了应有的规范作用。同时，即使地电位升满足要求，但若接地装置设计不合理，在发生接地故障时，地面仍可能出现高电位梯度，给运行人员带来危险。因此，研究接地设计所需考虑的参数及其限值，有针对性地设计、改造接地装置，对于确保发变电站安全稳定运行具有重要意义。通过大量理论分析、实验和实践应用，目前国标GB50065已经给出了以上安全指标的相应限值。明确相关指标的作用，可以在地电位升或接地电阻难以满足标准规定的要求时，通过合理设计接地装置保证设备和人身的安全。

电力系统接地的目标就是确保一、二次设备以及人身的安全。事实上，对设备和人身造成安全影响的均为接地点之间的电位差。目前保护设备和人身安全的相应指标包括接地电阻(地电位升)、接触电位差、跨步电位差、转移电位差等均通过电位差体现，如图所示，下面分别讨论。

接地安全指标示意图

接地电阻和地电位升一直是设计和运行中主要分析的参数，是接地技术研究的热点，一些研究成果已总结在GB 50065中。对于小面积接地网或者铜接地网，接地网地电位升与工频入地电流之间的相位差很小，相应比值称为接地电阻；对于大面积钢接地网，接地网地电位升与工频入地电流之间的相位差较大，相应比值称为接地阻抗。地电位升主要影响一、二次设备安全。由于二次设备耐压较低，因此是确定地电位升限值的主要考虑因素。

传统的变电站存在通信等二次电缆与站外设备有金属性连接的情况，此时，地电位升全部施加在二次设备上，由于微机保护等二次设备的耐压在2000 V左右，因此GB 50065规定，地电位升不应超过2000 V。现代变电站的二次系统与站外的连接通常通过光纤，因此二次设备的金属连接部分通常全部位于变电站内。此时其承受的最大电压即为变电站内两端接地点之间的电位差，不是全部的地电位升，这里称之为地电位差。影响该电位差的主要因素是二次系统两接地点之间接地网的连通性，并不是接地网的绝对地电位升。减小接地点之间的电位差的最有效方式是使用良导体接地网、增加接地网密度，包括沿电缆沟并铺铜排等。当接地系统连接紧密时，即使土壤电阻率很高导致地电位升很高，变电站接地体之间的最大电位差也很小。因此对于没有高电位从二次设备引出变电站的情况，限值地电位升小于2000 V非常不合理，而应当是限值变电站内地电位差小于2000 V。由此，变电站的地电位升可以进一步提高。事实上，对于各种高电位引出或者低电位引入的情况(也就是转移电位差)，如果采取合理的隔离措施，如增设隔离变压器，则均可以消除绝对地电位升的影响，从而放松对地电位升的要求。

但是，即使地电位差小于2000 V，地电位升限值也并不是一味地可以提高。事实上，此时还需要考虑地电位升对一次设备的影响。对于变电站内高、中压一次设备，由于其耐压较高，即使地电位升很高也不会影响其安全运行。耐压最差的一次设备是电压较低的设备，如10kV或35kV站外供电系统。由于10 kV或35 kV变压器中性点并不接地，且其本身为感性设备，考虑故障电流的暂态特性，变电站中、高压侧有故障电流入地，导致地电位升高时，10 kV或35 kV各相的电位并不一定同时升高(其参考点可能在站外的电源)，并且可能存在滞后效应。此时，考虑到三相之间的相位差，很可能10 kV或35 kV某相的电位与变电站的地电位升反相，造成相应避雷器承受的电位是相电压与本变电站地电位升之和。如果该电压过高，将导致避雷器动作以保护10 kV或35 kV电源供电系统的安全，当避雷器的容量够不够时，避雷器可能爆炸。可见，对于一次设备，变电站受地电位升影响最大的是10kV或35kV避雷器，地电位升高不应对其造成损坏。

综上，对于没有二次系统引出站外的变电站，其地电位升可大于2000 V，但应小于其他所有高电位引出系统的耐受能力，比如10 kV或35 kV站外供电系统避雷器的动作电压。同时，要保证接地网内的电位差尽量小，不超过二次设备等的耐受值。对于有二次系统或者其他系统引出站外的情况，采取适当的隔离措施后，地电位升也可以进一步提高。总之，接地设计应当更注重减小地电位差，使地电位分布更均匀，而不是绝对地电位升。减小地电位差可以通过加密接地体、使用良导体接地等，而不是一味的降低接地电阻。目前这一设计思想已经在我国高土壤电阻率中的超、特高压变电站、电厂得到了应用。

2)接触电位差、跨步电位差

接触电位差、跨步电位差的限值保证了人身安全。我国原有行标规定的安全限值没有考虑高阻层的影响。GB 50065参照美国IEEE标准，引入了考虑高阻层影响的衰减系数，修正了接触电位差和跨步电位差的限值。

我国以前对接触电位差、跨步电位差不够重视，认为只要接地电阻小，接触电位差、跨步电位差就没问题了。但事实上，接地电阻与接地网的面积相关，而接触电位差、跨步电位差与接地网的密度相关，两者并没有非常紧密的联系。占地很大的接地网，接地电阻可能很低，但如果接地网格稀疏，接触电位差、跨步电位差可能会很大。因此降低接触电位差、跨步电位差并不需要采用降阻的方法，而是需要增加接地体密度。极限的情况，如果变电站接地采用金属板，则接地电阻仍然存在，但接触电位差、跨步电位差却几乎为0   。

20世纪90年代，重庆大学提出接地体不等间距布置本质上也是在接触电位差、跨步电位差较大的接地网边缘增加接地体密度，以达到降低最大接触电位差和跨步电位差的目的[}zo}。接地体不等间距布置基本不影响接地电阻。

接地网设计应考虑接地系统中最严重的接触电位差、跨步电位差以及接地网上最大电位差的情况来作为设计的基础。事实证明，在大多数情况下，只要通过精心、合理的设计，可使危险电位降低到最低值。随着计算机技术的发展，国外的接地系统设计一般是根据土壤地质结构，采用多层土壤结构模型，分析接地系统的接地电阻、地电位升、地电位差、接触电位差和跨步电位差，确保施工完成的接地系统满足安全要求。另外一方面，科学的设计能够根据地质结构的实际情况，因地制宜进行接地系统设计，经济有效地降低接地电阻、地电位差、接触电位差和跨步电位差。

到目前为止，国内外在接地系统数值计算方面开展了大量的研究工作。主要包括如下三方面：一是确定符合实际的土壤结构模型，二是接地系统电气参数计算，三是入地电流和分流系数的计算。

1)土壤结构分析

在均匀土壤中，水平接地网的接地电阻与接地系统所处土壤电阻率成正比，与地网面积的平方根成反比，因此土壤电阻率对于接地电阻的影响非常显著。土壤电阻率的合理估计是进行接地系统设计的基础。早期的接地系统设计把土壤看成均匀的，利用经验公式对接地电阻值进行估计。进入20世纪70年代末期以后，通过借鉴地质研究中的沉积岩构造理论，人们意识到土壤分层结构对于接地系统参数的影响，开始进行土壤分层的研究。鉴于土壤分层计算的复杂性，早期的研究局限在两层土壤结构的分析上。一方面的研究工作是将各种可能的土壤结构参数组合制成所谓的“量板”，将测量结果与量板上的曲线对比来确定土壤分层结构；另一方面的研究工作是通过理论推导，得到了分析双层水平分层土壤结构的数值解。

随着计算机技术的发展，国内外学者采用数值计算的方法对多层土壤模型进行了比较深入的研究。基本出发点都是从点电流源产生的电场推导得到随测量极间距变化的视在电阻率的解析表达式，采用合适的数值计算方法反演分析得到土壤的结构参数。各研究者研究方法的不同之处，在于反演求解土壤结构参数时采用的数值计算方法不同。

从20世纪90年代开始，武汉大学、清华大学、华北电力大学等高校在消化吸收国内外研究先进成果的基础上，开展了深入的地中电场计算、多层土壤结构反演工作，并开发了相关软件，目前在土壤结构分析的计算方法方面已经走在了世界前列。

2)接地系统电气参数分析方法

为了确保发变电站的安全运行，进行符合实际情况的地网参数计算是极其重要的。接地系统接地参数的计算方法可以分为两类：一类是采用经验公式进行估算，另一类则是采用数值计算方法进行比较精确的计算。

采用简单的经验公式分析接地系统的接地参数是各种标准推荐的发变电站接地系统设计的方法，如IEEE Std80-2000、我国的接地标准等均采用简单的经验公式来进行发变电站接地系统的设计。各种经验公式是基于对接地系统的近似处理，采用理论分析、数值计算及模拟试验分析得到的。这些计算公式在如下方面做了近似处理：

(1)将接地装置的几何形状进行适当的改变，以便于进行数学分析。如将水平接地网用实心圆盘来代替，然后进行适当的修正，以考虑地网的实际结构；在我国接地规程中推荐的地网接地电阻的计算公式则是根据圆盘和圆环的接地电阻理论公式用线性内插法分析得到的。

(2)假设电流在接地系统的所有接地导体上均匀分布。这与实际情况相差较远，对于大型接地网，内部导体被外部导体屏蔽，导致电流分布不均匀。

(3)假定土壤结构均匀。现代发变电站占地面积大、地下情况复杂，对于电阻率不均匀土壤，如土壤分层时，计算方法不再适用。

随着计算机的发展，各国学者将各种数值计算方法应用到接地参数的计算中来，如有限差分法、有限元法、模拟电荷法、边界元法等。采用数值计算方法，能够比较全面地考虑地网的实际结构及故障电流流散时的实际情况，即考虑到地网不同部分导体散流的非均匀性，对于任意复杂接地网都能得到比较满意的计算结果，同时也能在技术经济上达到最优，解决了采用经验公式进行计算中的各种问题。

20世纪70-80年代提出的差分法、有限元法、模拟电荷法、边界元法、多步法、平均电位法、矩阵法和解藕法等更适合于均匀土壤及双层土壤模型中接地参数的数值计算。而90年代以来提出的滤波法、基数镜像法及复数镜像法更适合于多层土壤结构模型中接地参数的分析。

3)入地电流及分流系数

电力系统发生短路时，只有一部分短路电流经接地网流入大地，其余部分经变压器中性点、与地网相连的架空地线、电力电缆的屏蔽层流回系统。因此研究故障时的电流分布，确定入地电流是分析接地系统安全指标的基础。获得准确的故障电流分布需要明确电流分布的机理和模型。入地电流与总故障电流的比值(分流系数)除受变电站接地电阻、线路地线电阻、杆塔接地电阻等的阻性分流影响比较大外，线路地线与相线之间的互感也会起很大作用。实际变电站故障发生时，故障电流由线路的相导线提供，即相导线作为电流引线，如图所示。

此时，由于相导线与其地线一直保持长距离平行，之间的距离也非常近，造成它们两者之间的互感很大。相导线提供的故障电流会通过互感的作用在地线中感应出很大的反向电流，这部分电流是分走故障电流的主要部分之一。并且，由于互感的作用，如果有多回线路的情况，提供故障电流多的线路地线分走的电流多，其他线路地线分走的电流少。

入地电流的准确计算主要取决于建立精确的短路电流模型，而该模型的计算方法目前已经比较成熟。在众多短路电流计算方法和软件中，被电力系统肯定并经常使用的有运算曲线法、PSASP和PSD-BPA等。国内清华大学、华北电力大学等基于电路模型，开发了专门计算短路电流分流系数的软件，方便了工程应用。同时，国内也开展了分流系数的测试研究，验证理论分析结果的有效性。

为降低接地装置的接地电阻，人们采取了各种各样的措施。传统的措施主要在接地网的2维方向进行研究，包括扩大接地网面积、引外接地、增加接地网的埋设深度、利用自然接地、局部换土、接地模块和离子棒等。随着接地系统降阻要求的逐步提高，新型降阻技术不断出现，充分利用接地网周围的地形、地质特性，构建3维立体接地网成为趋势，除垂直接地极外，斜接地极技术、深水井接地技术和深井爆破接地技术施工已经在很多高土壤电阻率地区变电站的接地改造中取得显著的成效。但目前各种降阻措施的研究工作大部分仅针对某一种措施展开，缺乏组合降阻措施的研究，各种降阻措施之间也缺乏系统的比较，实际在降阻措施的选用中存在盲目性。当前我国接地系统的设计过程中，对于接地系统的初步设计和优化降阻只能依靠工程技术人员的经验和思维，而一旦不具备这种经验或考虑不周，就会造成设计过程繁琐反复，而且可能造成设计结果脱离实际、经济性和技术性权衡不足，一旦设计结果付诸实践，则会致使工程存在安全隐患，或者导致财力物力的浪费。

应当注意，各种降阻方法都有其应用的特定条件，针对不同地区、不同条件采用不同的方法才能有效地降低接地电阻。在高土壤电阻率地区，设计发变电站接地装置时，其接地电阻很难满足要求，特别是面积比较小的发变电站，采用长垂直接地电极来降低其接地电阻已被越来越多的工程设计人员所采用。清华大学、武汉大学、华中科技大学、西南交通大学、长沙理工大学、广西大学、重庆大学以及很多降阻公司依托具体工程，开展了研究工作。另外各种方法也不是孤立的，在使用过程中必须相互配合，以获得明显的降阻效果。

泄放雷电流、保证雷击时设备和人身的安全是接地装置的重要作用之一。由于雷击而引起的事故日益增多，雷电成为影响电力系统安全运行的重要因素。国内外的运行经验和理论分析表明，有效改善接地网性能是提高雷击保护效果的有效措施。针对这一问题，国内外从土壤放电特性、接地装置冲击特性等方面开展了一系列研究，有力的指导了防雷接地设计。

1)接地装置附近土壤的雷击放电模型

迄今为止，国内外学者发表了很多关于接地装置冲击特性的研究论文。大部分冲击试验的结果都是在时域中直接进行分析的，得到的结论也都是对时域而言。

限于试验场地和工作量，一些学者在高压实验室中进行了模拟接地体的冲击试验。这类试验方法是利用相似原理，将接地体的尺寸、冲击电流波头等物理量进行了相应的尺度变换，从而可以在实验室中使用较小的电极来模拟实际的接地体进行冲击试验。在实验室中，利用模拟试验，可以比较容易地改变一些参数，如电极类型、土壤电阻率、埋深等，得到这些参数影响接地体冲击特性的规律。前苏联的一些学者在20世纪70年代应用相似理论计算了集中接地体的冲击特性。国外还有一些学者通过模拟试验的方法总结出了一些经验公式和用于估计接地体冲击特性。随着冲击装备制造水平的提高，国内开始开展现场的真型冲击实验研究，目前该方面研究还处在初步阶段。

2)接地装置雷电特性仿真计算

接地系统除了要确保工频短路时的安全性外，还要确保雷电等作用时的暂态安全性。目前对接地系统暂态性能的仿真主要有以下几种方法：电路理论和传输线理论、电磁场理论。

基于电路和传输线理论的方法，是由电阻-电感-电容-电导组成的兀型等值电路来模拟计算接地导体暂态特性的一种直接的、有效的方法。与其它方法相比易于执行，在对计算资源的消耗(内存及计算时间)及结果的精度方面都是可以接受的。但这些方法都没有考虑土壤在冲击电流作用下的电击穿现象。随着土壤击穿效应逐渐被广大学者所重视，地网导体参数的时变特性需要体现到暂态仿真的算法之中。

1)在接地电阻测量技术方面

接地电阻是接地装置相对于无穷远电位与流入大地电流的比值。实际测量中电压极不可能设在真正的无穷远处，而电流极的存在又会使地中的电流场发生畸变从而影响到地面的电位分布，所以接地电阻的测量会存在误差。围绕着如何尽可能有效地减小测量误差、测得尽量真实的接地电阻值，国内外电力工作者提出了各种各样的测量方法和测量仪器。传统测量接地电阻的方法有两点法、三点法、电位降法、四极法等。目前我国测量接地电阻常用的方法是IEEE标准推荐采用的电位降法。由此派生出的0.618法和30度夹角法更为常用。

传统的0.618法和30度夹角法没有考虑土壤不均匀的情况。土壤不均匀时，基于均匀土壤得出的补偿法的结论不再适用，应当改变电压极位置。IEEE Std.81-1983中推荐的电位降法，将电压极位置在待测地网与电流极之间改变，做出视接地电阻曲线，找出曲线平坦段对应的视接地电阻即为地网的实际接地电阻。采用这种方法进行测量工作量很大。为了满足测量精度的要求，测量引线需要很长，实际操作中将消耗大量人力物力。针对以上问题，中国电科院、清华大学、陕西电科院、华北电力大学等积极研究接地电阻的短距离引线测试技术，并且通过理论分析、计算仿真以及现场实测证明了电流引线最短到2D下这种方法的可行性。

在接地电阻测试时，由于存在线路地线分流的情况。我国通过仿真与测试，提出了分流系数的测量方法，并开发了测试设备。

2)在接地网腐蚀诊断方面

构成接地网的导体埋在地下，常因施工时焊接不良及漏焊、土壤的腐蚀、接地短路电流电动力作用等原因，导致接地网导体及接地引线的腐蚀，甚至断裂，使接地网的电气连接性能变坏、接地电阻增高。接地网腐蚀已构成影响电力系统安全运行的重要因素。

现在了解接地网腐蚀及断点的常用方法就是停电抽样开挖，即过一定年数后，根据地区的土壤腐蚀率，经验地估计接地网导体电阻腐蚀程度，然后抽样挖开检查。这种方法带有盲目性、工作量大、速度慢，并且还受现场运行条件的限制，不能准确的判断断点和腐蚀程度。同时，发变电站承担着国民生产和人民生活的巨大任务，每一次停电都不可避免地要带来许多经济损失，这样带来了实际操作上的困难。另外的方法就是通过测量接地电阻来分析接地网的腐蚀情况。这种方法在原理上存在问题。当接地网腐蚀或存在断点时，接地网的接地电阻基本上没有变化。即使接地网由于严重腐蚀导致接地网的解裂，由于两部分接地网间的互电阻的作用，解裂后测量得到的接地电阻仍不会有较大的变化。另外接地电阻随土壤电阻率的季节变化、测量方法、测量方位的变化而有较大的变化，即测量得到的接地电阻变化不是由于接地网腐蚀及断裂引起的。从另一方面来说，即使接地网的接地电阻能反映接地网的腐蚀情况，但也没法准确定位故障点。只好人工抽样开挖检查，或者大范围开挖检查，造成了成本昂贵、检测工作量大等弊端。

查找接地网的断点及严重腐蚀段已成为电力部门一项重大反事故措施。电力系统迫切需要找到一种简单、准确、不受现场运行条件的限制，实现在不停电和不开挖的情况下，对接地网的故障进行诊断的方法。清华大学和重庆大学基于接地点之间的导通性，开展了接地网腐蚀诊断方面的研究工作。随后陕西省电力科学研究院、武汉大学、广东电科院等也开展了研究。华北电力大学等通过接地体周围的磁场，研究接地体的导通情况，进一步推算接地体的腐蚀。

存在的问题

我国已经在接地安全指标、仿真分析、降阻措施、测试和评估等方面开展了全面的研究，并且初步取得了丰硕成果，一些技术和理念已经成功用于解决工程实际难题，为接地技术的进一步研究打下的深厚的基础。但是由于接地的复杂性，相关技术仍然存在较多问题。

虽然对于接触电位差和跨步电位差限制指标规定已经比较明确，但对于地电位升的安全限制仍然缺乏深入研究。例如，虽然前面分析认为变电站内10 kV或35 kV供电系统避雷器最易受到地电位升的影响，但此时10 kV或35 kV避雷器的耐受能力如何、动作电压是多少，仍然需要深入研究，尤其是考虑外部从10 kV或35 kV电源和线路到站内配电装置的整体下，加在10 kV或35 kV避雷器的电压值仍需要更细致的计算分析。此外，是否还有其他更易受到地电位升影响的设备没有考虑到，其承受的电压和耐受的能力等仍然需要仔细的论证。

虽然已经可以分析分层土壤下复杂接地体的接地性能，但由于所处环境的复杂性，所分析的情况仍然存在简化。接地仿真分析存在如下问题：

1)土壤模型主要为分层模型，实际超、特高压变电站、发电厂等土壤结构更加复杂，很多为分区域分层的情况，因此目前土壤模型与实际还存在一定差距。

2)目前的接地计算仅考虑一个电流入地点的情况，而实际中由于高低压侧线路地线的分流、变压器的接地等，入地电流是通过多点流过接地网的，这样接地网上的电位差、热稳定校核等应当考虑实际流过的电流，对于大型接地网，这一影响可能会很大。

3)接地网并不是独立的，而是通过电缆接地、电缆沟、龙门架等地上部分形成了一个复杂的网络，目前的接地计算没有考虑这些影响，尤其是其与二次电缆之间的影响，值得深入研究。

4)对于大型接地装置，故障电流分布会受到接地点之间地电位差的影响。目前入地电流计算将变电站的所有接地点视为同一个点，即接地网视为等电位，这在小规模铜接地网中没有问题，但对于大型钢接地网，可能会存在较大误差。

虽然接地系统仿真软件已经可以分析很多降阻措施的效果，然而，随着接地模块、离子棒、深水井接地、爆破接地极等新型降阻技术不断出现，这些降阻措施如何在仿真软件中等效，如何通过接地系统仿真软件合理评估这些降阻技术的效果，以便科学指导降阻工程，成为摆在国内外接地技术研究人员面前的重要问题。目前的国内外研究中，均没有合适的分析评估模型，需要从机理、实验验证、理论建模等多方面开展深入研究工作。

同时以上接地降阻装置随土壤温湿度变化、大电流冲击下的稳定性、长效性等仍然缺乏有效的验证，也缺少相关检测手段，是需要进一步深入研究的内容。

目前，针对接地装置雷电冲击特性研究存在以下问题：

1)缩尺模型下的实验多，真型尺寸下的实验少。由于土壤放电的非线性，缩尺模型结果与真型尺寸下结果的等效性还有待验证。

2)冲击下的接地测量方法有待深入研究。由于冲击发生器成本高、使用不方便，并且为了保证波形完好引线不能过长。因此回流极对接地装置电流分布及周围电位分布影响较大，如何既保证接地装置电流分布与实际接近，又保证测量波形符合要求，仍然是需要解决的问题。

3)对杆塔接地装置冲击特性的研究多，对接地网的冲击特性研究少。目前的研究重点集中在接地网的工频特性上，没有深入研究接地网的暂态特性。国外IEEE标准也仅考虑了短路电流的暂态影响，而没有明确雷击的影响。在实际设计、施工和运行实践中造成比较大的混乱。由于雷击变电站时电流大、频率高，接地网上的电位差更加明显，导致接地网本身局部电位差和接地网电位异常升高。

4)虽然已经开始研究雷击接地网造成的地电位不平衡，但在雷击接地网状态下地网暂态电位升高对二次系统的安全的影响研究没有涉及，这方面的系统性研究总体上还是一片空白，在目前一次设备的装备制造水平和设备绝缘质量已较以前上了一个台阶的形势下，雷击对二次系统或二次设备绝缘和电磁干扰的影响显得尤为突出，迫切需要就雷击下地网导体电位升高和场区压差对二次设备和二次回路的影响进行实验和理论分析研究，给出综合考虑工频和雷击下地网导体电位升高和场区压差取值的依据，指导接地网工程设计和运行维护。

5)由于智能变电站刚刚出现，到目前为止，国内外还没有开展变电站地电位升高对智能设备的危害研究。随着雷击等暂态事故的频发，需要深入研究雷击下暂态地电位差对智能设备的影响。

6)我国的接地装置大量使用钢材，最近也开始使用铜覆钢等新型接地材料，而国外普遍使用纯铜作为接地材料。接地材料的差异使得我国雷击下地电位差的问题更加突出，迫切需要开展相关研究工作。

7)缺少二次系统雷击防护措施的研究。目前，对传统二次设备的抗干扰措施研究已经取得了大量研究成果，但雷击下的防护需要具体问题具体分析。设备的工作方式、安装位置差异较大，很难将传统二次设备的抗干扰措施用于雷击防护。需要深入研究雷击下二次电缆端口特征，以便提出合理可行的防护措施。

目前对接地系统安全性评估主要针对接地电阻、接触电位差、跨步电位差、接地体导通性等工频特性以及接地体的腐蚀问题展开。

随着接地网面积增加，接地网各处对应的接地阻抗、跨步电位差、接触电位差等差异较大，因此需要从多个空间维度对接地网各参数进行测量；随着接地网上通过电流的多样化，电流的频率成分也呈现多样化，从频率较低的直流、工频，到频率逐步增加的开关操作、雷击、 VFTO等，因此需要从多个频率维度对接地网各参数进行测量；由于接地网一方面时刻可能经受雷电、操作、VFTO、短路等短时过程的考验，另一方面在长期运行中也会受到腐蚀、不平衡电流等的影响，因此也需要从多个时间维度对接地网相应参数进行测量。最后接地网的评估还涉及到电、热、化学等多种物理量。可见，对接地网安全特性的检测和评价应当是多维度、全方位的，现有规程仅从工频参数来对接地装置进行评估已经不满足电网发展的需求。

接地技术在电力系统中的应用

在电力系统中，比较常用的接地技术有以下三种：即工作接地、保护接地以及防需接地，下面重点对这几种接地技术在电力系统中的应用以及接地网施工中的注意事项进行分析。

工作接地就是将电力系统的某个点进行接地，主要目的是满足电力系统的运行要求，通过这种接地方式，能够为电路的正常运行提供一个基准电位，其值通常设置为零，该电位即可设为电路中的某一个点，也可设为电路系统中的某一段，当其与大地相连接时，可将其视作为相对的零电位。在电力系统中应用工作接地后，能够使电网的对地电位更加稳定，有利于对地绝缘的降低，如变压器的中性点接地等。工作接地的主要功能是确保电力系统在各种不同的工况下，如正常、故障等，都能够有一个相对适宜的运行条件，为继电保护等装置的可靠运行提供保障。根据相关规范标准的规定要求，工作接地的电阻值不宜超过4欧姆，这一点应当在具体应用时注意，以免影响工作接地作用的发挥。

保护接地能够防止电力系统中的各种电气设备原本不带电的金属部分在发生故障带电后对人体造成伤害的情况发生，这种接地技术实质上是一种保护方式。电力系统中有很多的电气设备和装置，由于它们都处于长期不间断地运转状态，故此，绝缘极有可能出现老化、磨损等情况，这样一来，电气设备或装置上原本不带电的部分便会带电，原本带有低压电的部分会带上高压电，由此除了会引起电气设备损坏之外，若是人体触碰还会导致触电伤亡的安全事故。

为防比此类意外情况的发生，必须在电力系统中应用保护接地技术，以此作为一种有效的安全防护措施。对于中性点不接地的电力系统而言，如果人体意外接触到带电的设备金属外壳时，电流便会经由人体的电阻、接地电阻以及导线的对地电容构成一条同路，由于人体本身的电阻与接地电阻之间是一种并联的连接方式，因此，接地电阻的阻值越小，流入到人体中的电流也就越小，对人体造成的伤害就越轻微，由此可知，若是可以将接地电阻的阻值限制在某个特定的范围之内，使流入人体的电流小于安全电流，便可确保人员的安全。

（1）在接地电流相对较大的系统中

若是出现单相接地的现象，则会触发系统中保护装置动作，其接地装置的电阻值应当不超过0.5欧姆；在接地电流比较小的系统当中，如果发生单相接地的情况，通常系统中的保护装置不会自行动作，接地装置出现电压的时间会随之延长，操作人员接触到的可能性会有所增大，此类系统中的接地体电压应当不超过250V。接地电阻的阻值不得超过10欧姆。

（2）在电源中性点直接接地的低压电网中

为防比接地与保护接零混用的情况发生，必须采用保护接地的方式，同时，在正常运行情况下不带电但由于故障可能会导致带电的金属部分，均必须进行保护接地，如变压器、电动机、照明设备的外壳及底座、配线钢管等等。

（3）在低压系统中

保护接地的电阻值应当不超过4欧姆；容量在100kV以内的配变，因其布线相对较短，故此保护接地电阻的阻值可以设定为10欧姆；对于土壤电阻率比较高的地区，保护接地电阻的阻值应当不超过3欧姆。

雷电是自然界的一种现象，雷电流会对电力系统中的设备、装置造成危害，因此，在电力系统中，需要采用合理可行的防雷接地技术，将雷电流送入到大地当中。相关研究结果表明，接地电阻的阻值越小，散流的速度就越快，遭受雷击的物体高电位保持的时间也就相应越短，危险性越低。鉴于此，对于计算机场地内的接地电阻器阻值应当不超过4欧姆，并以共同接地的方式，将防需接地与电气安全接地和交直流接地统一为一个接地装置

(1)以水平方式进行布设的接地网的埋设深度应当控制在0.8m，垂直接地极打入到地下后应当预留出100mm左右的高度，这样便于和水平接地网进行连接。

(2)对接地网进行焊接时，应当严格按照规范标准及施工图纸的要求进行操作，以此来确保焊接质量，这是保证接地网运行安全的关键。

(3)接地引下线与电缆沟接地扁钢均应当涂刷环氧沥青漆，对土体进行同填的过程中，应当将好土埋在接地网的钢材上，土中不得掺有杂物，当填土厚度达到200mm时，进行一次夯实，以此来确保接地网与土壤之间的紧密结合。

发展趋势展望

随着电网向着高电压、高智能、高可靠性的方向发展，对接地装置性能的要求越来越高，接地技术的发展面临诸多挑战。由于接地技术包含的内容很多，这里不一一列举，其中如下方面值得重点研究：

1)复杂地质条件下的接地仿真分析技术。随着接地装置所处地区的地质条件日益复杂，对接地装置的仿真技术提出了新的挑战。尤其是对于水电站、直流接地极等特殊接地系统，相关研究尤为迫切。

2)接地装置的冲击特性及其与其他电力系统设备的交互影响。如前所述，目前针对工频接地特性的研究已经相对比较全面。如果工频下地电位升可以进一步提高，接地降阻、均压优化等都不再成为难题。然而，冲击下由于接地体的导通性变差，其与接于其上的其他系统和设备之间的交互影响目前仍然不是十分清楚。随着智能化设备、紧凑化变电站的大量应用，设备的电磁敏感性变强，干扰源的频率越来越高，迫切需要开展相关研究。例如，研究接地装置与其上二次设备在冲击下的相互影响，并进一步研究二次系统的接地方式和防护措施，提出在冲击下对接地装置性能的要求。再如，考虑杆塔时域冲击特性的线路防雷研究，并且可以将该研究推广到铁路、通信等相关领域。

3)接地装置与其他行业设施之间的相互影响。目前利用大地的设施众多，铁道、管道、大地监测等均会受到接地装置产生的地电位分布的影响。同时，多个行业的设施共用接地装置也已经大量存在，例如电信门的大数据中心由于用电量巨大，会与变电站共地。因此，迫切需要开展相关研究。

4)接地系统多维度评估技术。有必要针对接地装置的直流特性、工频特性、冲击特性、高频特性、腐蚀性和土壤环境开展综合研究，建立接地网的多维度检测方法及检测体系，并基于此，研制出适于现场应用的便携式接地装置多功能冲击阻抗测试系统与接地装置高频特性测试仪，从而实现对接地装置的全面考核和综合判断。

5)接地材料及防腐技术研究。由于地质条件日益复杂，接地体的腐蚀问题日益突出，接地装置运行的人力、物力成本越来越高，接地网腐蚀问题也成了电力系统非常棘手的问题。研究新型接地网材料和防腐技术已成为电力系统的迫切需求。虽然目前接地新材料的稳定性、可靠性等还有待检验，但随着我国经济实力的增强以及新材料新工艺的不断出现，研究接地网新材料已成为可能。