土壤电阻率范文第1篇

【关键词】土壤电阻率模型 等值复数镜像法 遗传算法 水平分层 Wenner法

1 引言

目前，在大部分接地极的工程设计中，都将实际不均匀土壤视为均匀土壤进行电阻率测量，并且仅通过浅层土壤电阻率模拟大地土壤结构。但很多情况下，接地极极址所处环境地质情况复杂，多山区或存在地下暗河，故障电流或从深层土壤流走，深层土壤对接地极接地性能的影响不容忽视。建立准确的土壤电阻率模型对实现接地极性能的有效分析具有重要意义。

在土壤结构模型的研究中，国内外学者普遍采用线性化或拟线性化的数值计算方法进行土壤模型参数求解。但这些方法计算较为繁琐，容易陷入局部最优解。本文利用Wenner四极法测得土壤视在电阻率，用等值复数镜像法推导水平分层土壤结构格林函数表达式，以求取土壤视在电阻率计算值，通过LSM建立目标函数，用遗传算法对目标函数进行优化，求得分层土壤电阻率和层厚。

2 土壤电阻率测量

Wenner法是F.Wenner在1915年时发明的一种土壤电阻率测量方法。该方法利用两个电流极给土壤供电，用两个电压极测出土壤间的电位差，进而确定土壤电阻率。具体布置方法如图1所示。

图1中，1、4代表电流极，2、3为电压极，4个电极等距布置于同一水平线上，极间距为a，电极埋深为h0。

均匀土壤的计算公式如下：

ρ=2πa （1）

当埋深h0等于零，即电极位于土壤表层时，式（1）所求为土壤电阻率真实值。其中，V23表示两电压极间的电位差。当埋深h0不为零时，

V23=（2）

测量I和V23，通过式（2）计算土壤电阻率。

真实情况下，土壤大多是不均匀的。此时用Wenner法测得的土壤电阻率并不是其真实值。它随极间距和土壤结构的改变而改变。保持电流不变，改变极间距a，可得到一组土壤电阻率测量值。进而依据恒定电场理论，通过最优化方法可以反演得到土壤电阻率的分层结构模型。

3 土壤格林函数推导

n层水平分层土壤结构如图2所示。

图2中，id为点电流源，坐标（x0，y0，z0）， 为第ρi层土壤电阻率（i=1，2，…，n），hi为第i层土壤厚度（i=1，2，…，n-1）。利用等值复数镜像法求解该土壤模型格林函数（单位点电流源在任意点产生的电位函数）的步骤如下：

（1）对拉普拉斯方程和边界条件进行关于x，y变量的傅里叶变换，解方程得到频域的格林函数。

（2）用prony法指数拟合频域格林函数中不利于反变换的部分，得到近似频域格林函数。

（3）通过反变换得出直角坐标系的格林函数。

第一层土壤中，点电流源产生的电位函数为：

φ1=[J0λre-λ z-tdλ+θ1（λ）J0（λr）e-λtdλ+φ1（λ）J0（λr）eλtdλ]（3）

对于水平多层土壤，

（4）

将式（4）代入式（1），可得

（5）

ρc为土壤电阻率计算值。用Prony法将θ1（λ），φ1（λ）指数拟合

（6）

其中，ai，bi，ci，di为复数。对式（5）进行反变换，得到

（7）

4 建立目标函数

通过改变测量极间距a，可得到m个土壤电阻率测量值ρm。由式（7）求出相应的土壤电阻率计算值ρc。根据ρm、ρc和土壤层数n，用最小二乘法建立目标函数：

（8）

并加入约束条件：

（9）

其中，aj为第j次测量时的极间距，和分别为相应的土壤电阻率测量值和计算值。

5 目标函数优化求解

遗传算法是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的高效全局搜索寻优算法。通过人工进化方式随机优化搜索目标函数，可以较大概率求得最优解。

遗传算法对目标函数的优化，需要多次迭代才能得出结果，其基本运行过程如下：

（1） 令x=（ρ1，ρ2，…，ρn，h1，h2，…，hn-1，对x进行二进制编码。

（2） 随机初始化生成群体P（t）。

（3） 选择合适的算法编码策略。根据各层土壤视在电阻率及土壤厚度等遗传算法参数，本文选择策略采用最优保存策略进化模型，即保留群体中适应度最高的个体，用以取代交叉、变异运算产生的适应度最低的个体；交叉策略采用两点交叉；变异策略选择自适应基因突变。

（4） 定义算法适应度函数f（x），计算群体中每个个体大的适应度，如目标函数值、函数值向适应值映射、群串解码的参数，并完成适应值调整。

（5） 群体P（t）经过选择、交叉、变异等运算繁殖产生下一代P（t+1）。

（6） 终止条件判断。若得到具有最大适应度个体作为最优解输出则终止，否则可修改遗传算法策略后再返回步骤（4）。

6 总结

本文建立了用于分析实际土壤结构的多层水平分层土壤电阻率模型。建模过程中，采用等值复数镜像法推导了土壤模型的格林函数，避免了广义贝塞尔函数积分引起的繁琐计算。使用遗传算法对目标函数进行优化，既不易陷入局部最优，又保持了变量的完整性，能够较好的还原土壤结构的真实情况。

参考文献

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[4]孙结中，刘力.运用等值复数镜像法求解复合分层土壤结构的格林函数[J].中国电机工程学报，2003，23（9）：146-151.

[5]周晓虎，周秧.多层水平分层土壤电阻率模型[J].现代电力，2007，24（2）：48-51.

[6]徐宏碧，周铭，吴强迪.基于遗传算法的土壤结构反演模型[J].黑龙江电力，2014，36（1）：49-53.

土壤电阻率范文第2篇

关键词:变电站;接地;降阻;接地网

中图分类号:TM862文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0053-02

接地网在变电站安全运行中起着十分重要的作用,它不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的参考地,在系统故障时还能迅速排泄故障电流并降低变电站的地电位升,因而接地网接地性能的优劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运行。在我国,一方面随着电力工业的发展,接地网在运行中出现的安全问题越来越多,另一方面接地网设计仍然使用传统的方法,从而造成接地网设计与实际安全运行的矛盾非常突出,迫切需要提出新的更为有效的接地网安全性设计方法。

接地网是变电站安全运行的重要保证,其接地性能一直受到设计和生产运行部门的重视。近年来,随着超高压输电线路的建设以及城市电网改造的大规模进行,在我国变电站设计和运行中,接地网的安全问题越来越突出。

一、降低接地电阻的方法

我国的许多地区土壤电阻率很高,在江西部分地区土壤电阻率可能达到500Ω・m甚至更高,一些风景区地质为花岗岩结构,土壤电阻率也达到300Ω・m左右,在这些地区建设变电站必须要采取适当的措施降低接地网的接地电阻,才能达到电力系统规程要求的跨步电势及接触电势标准,保证变电站内设备的安全运行及运行人员的人身安全。工程上一般常用的降低接地电阻的措施主要有以下七种:

(一)采取深井接地

有条件时可以采用深井接地,用钻机钻孔,把钢管接地极打入井孔内,并向钢管和井内灌注降阻剂。采用深井式接地极时要求对接地装置及其四周测出垂直方向上的土壤电阻率分布。单个深井式接地极接地电阻可按下式计算:

式中:ρ――平均视在土壤电阻率,Ω・m;

l―垂直接地极的长度,m;

a―垂直接地极的半径,m;

R―接地电阻,Ω。

该方法优点:可减少占地,接地装置的接地电阻受气候影响较小;减少施工时与周围农民发生关系,避免麻烦,因此在电力系统中广泛使用。不足之处是由于深井式接地极之间有屏蔽现象,相互间的间距应达到接地极长度的2～3倍,才能取得较好的降阻效果;深井式接地极对以防雷为主的接地效果不大。

(二)对土壤添加化学物质

要使土壤产生化学变化,可以在接地体周围土壤中加食盐、木炭、电石渣、石灰等化学物,此类化学物品与土壤产生反应,提高土壤导电性。该方法优势是效果显著,成本低廉。缺点是不能保证降阻性能的稳定性,同时化学物质会造成接地体腐蚀,减少接地体的使用年限。

(三)接地极地下深埋处理

接地极深埋可以降低接地电阻值,尤其是当地下深处的土壤电阻率较低或有水时。此方法适用砂壤土地质,可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数。缺点是施工困难,土方量大,造价高,在岩石地困难更大。

(四)更换土壤

这种方法是用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤,置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。但这种置换方法对人力和工时耗费都很大。

(五)使用降阻剂

一般在接地要求较高的地方进行接地设计时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后,可增大接地体外形尺寸,降低接地体与周围大地介质之间的接触电阻,可在一定程度上降低接地体的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时,降阻效果较为显著。降阻剂是由几种物质配制而成,具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体包围,网状胶体和空格又被水解和胶体填充,使它不至于随地下水和雨水流失,因而能长期保持良好的导电作用。这是目前较为常用的一种方法。

(六)污水引入

为降低接地体周围土壤的电阻率,在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管,在钢管上每隔20cm钻一个5mm的小孔,使水渗入士壤中增加接地体周围含水量,以增强导电性及降低接地电阻。

(七)外延水平接地体

如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。但在设计、施工时,必须考虑到连接地极干线的自身电阻所带来的影响,因此外引长度不宜超过100m。

二、改善接地电阻方法

以某地区220kV变电站的接地网为例进行分析,变电站接地网如图1所示。表1中的土壤电阻率是采用Wenner四极法测量后得到的分层情况。

接地网的长度约为90m,宽度为50m,埋深0.8m,采用钢结构的导体铺设。通过使用“变电站接地网性能分析软件”计算可以得到这一接地网的接地电阻为1.44+j0.015Ω,远远高于要求的小于0.5Ω的标准。因此必须采取适当的措施降低接地电阻。

在上面介绍的七种措施中,由于2、6会对接地网造成腐蚀,3、4工程量巨大,一般不常采用。主要采用铺设外引网或者深井接地极的措施来改善接地电阻,下面分别进行分析。

(二)铺设外引网

铺设外引网在变电站附近存在河流湖泊等电阻率低的区域常采用的方式,或者在空旷的郊外也可以采用这种方式。它的原理与增大变电站的接地网面积类似。

对图1的接地网进行分析,在当地的土壤电阻率情况下,采用R≈0.5ρ/ 估算,接地网面积必须达到40000m2,才能保证接地电阻符合要求。图2给出了一种设计方案,铺设了距离主网150m面积为120m×120m的辅助接地网,经计算接地电阻达到0.496+j0.0349Ω。但是建设这样大的辅助接地网投资巨大,因此针对这个变电站不建议采用这种方式。

如果在变电站附近存在湖泊,采用这种方式较为合适,可以通过铺设较小的辅助接地网就可以达到降低接地电阻的目的。铺设外因网虽然可以降低接地电阻,但是在高阻地区必须要足够大的面积,成本较高。

(三)采用深井接地极

由表1可看出,当地地表的土壤电阻率较高,但是地下深处土壤电阻率较低,较适合采用这种方法。在图1的接地网的不同位置打了8根垂直接地极,如图3所示,深度30m。

经计算,采用8口30m接地深井后,接地电阻由1.44+j0.015Ω降到了0.4291+j0.0279Ω,满足0.5Ω的接地要求。从计算结果可以看出,接地极的主要作用一方面是将土壤深处的低电位引入,另一方面是利用土壤深处含水层的电阻率较低,能够提高电流散流能力。在采用这种方法时,必须综合考虑接地极深度与数量的关系,并尽量利用接地网范围内土壤电阻率较低的地方,减少工程量。

三、结语

在接地网附近没有土壤电阻率较低的池塘或湖泊时,采用外引网的方式不可取;这主要是因为外引网的铺设复杂,并且要考虑对人身安全的影响等因素,同时需要增加的地网面积较大,工程造价高。实际上有时采用借用变电站临近杆塔的接地网作为外引网,既降低造价也降低对人身安全的影响,但是这种方法只是对于接地电阻与标注要求相差不大的情况,当两者相差较大时,由于杆塔的接地网面积太小,效果并不明显。因此一般工程建设中建议采用加深垂直接地极,并在导体周围加少量降阻剂的方法来降低接地网接地电阻;垂直接地极对于降低接地电阻的效果较好,与外引接地网相比更为经济,采用少量降阻剂可以使导体与周围土壤的接触良好,降低接触电阻。

参考文献

[1]乐佳.新建电站接地装置接地电阻偏大问题的探讨[J].浙江水利科技,1997,(2).

[2]王鸿钰,凌庆军.接地电阻及其测量[J].通信电源技术,1999,(2).

[3]王文勇.接地装置运用中几个值得注意的问题[J].科技信息,2009,(1).

[4]刘玲,黄文刚.浅谈降低接地电阻的方法[J].新世纪水泥导报,2003,(3).

土壤电阻率范文第3篇

[关键字]电阻率 曲线类型 分析认识 高铁新城

[中图分类号] S153.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-190-1

0前言

随着西部大开发步伐加快，围绕青海东部城市群建设和发展，青海海东工业园区把着力改善和提升工业基础，作为加快青海功能优化的重要支撑。高铁新区安置区作为工业园区的重要配置综合要素，拟建场区面积大、高层建筑多基础建设的岩土工程勘察显得尤为重要。物探作为岩土测试工作的一种重要技术手段，目的是通过土壤电阻率的测试为工程勘察场地不同地层岩性对钢结构的腐蚀性评价提供数据资料。

1地形地貌及水文地质条件

高铁新区安置区所在地平安县属于高原半干旱大陆性气候，区内暴雨多发，降水相对集中在6—9月份。地貌单元为湟水河南岸Ⅱ级阶地中部，地形略有起伏，总体地势呈西北低东南高。

拟建场区新生界地层在县域内广泛分布。第三系（N）为泥岩、砂岩、砂砾岩并夹有大量石膏，第四系（Q）松散层，主要分布在丘陵顶部及河谷之中，主要为风成黄土和高阶地冰水相堆积砂砾石、砂砾卵石、含泥质砂砾卵石，一般厚约5—15m，是区内主要含水岩层。

拟建场地赋存有第四系孔隙潜水，勘察期间为枯水期，勘察期间勘察深度范围内，场地地下水水位埋深5.6—9.6m。含水层为砂砾卵石、含泥质砂砾卵石，该层水具弱承压性，水化学类型为SO4—Ca·K·Na型，PH值7.32—7.51，矿化度1.5—4.0g/L。地下水由西南流向东北，以地下径流形式排泄于下游地区，最终径流补给湟水河，动态变化季节性较明显，年水位变幅0.5m左右。

2电阻率测试仪器及方法技术

电阻率测深法是勘查不同地层岩性电性分布情况的电阻率法，其测试结果不仅用于评价场地土对钢结构的腐蚀性评价，而且可为场地土电阻率作为含水量、含盐量（矿化度）等重要参数提供参考。

本次仪器采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD—3型数字直接电测仪，装置形式为AB/2：MN/2=5：1，小极距对称四极布点，对埋深15m内的地层进行电阻率测试。野外采集的数据在坐标纸上绘制原始电阻率曲线，利用计算作图法、经验系数特征点法等对曲线异常特征进行单点解释，最后综合分析得出一定深度内各电性层的电阻率值。

3土壤电性层分区及特征

根据对拟建场区内各测点电测深曲线类型及各电性层电阻率值的综合分析，结合地形地貌、岩土条件等特性，对不同孔位进行地基电阻率特征分析并分出3个类区：

Ⅰ类区：电阻率曲线类型为HK型和K型。从曲线类型图上，一般可分为三个电性层，受矿化度、含水率、孔隙度以及地形的影响，第一电性层对应的黄土状土3—5m，电阻率值相对较低，一般在20—40Ω·M，第二电性层地基土在埋深5—15m左右均有一个相对高阻值，电阻率值在80—110Ω·M之间变化，是砂砾石、含泥砂砾卵石，主要分布在Ⅱ级阶地前缘或地形低洼处。水位埋深较浅，矿化度较高（3.0—4.0g/L），PH值大于7，第三电性层对应为下部的强风化—中风化泥岩，电阻率值相对较低，一般为15—25Ω·M。

Ⅱ类区：电阻率曲线类型为K型，主要分布在地形平坦开阔，略有起伏的拟建场区中部，K型曲线首枝部分反映的第一电性层电阻率值一般在25—50Ω·M之间，代表值为40Ω·M，为杂填土、黄土状土电性特征。K值点段对应的第二电性层，电阻率值为相对高值区，一般为110—170Ω·M，地下水埋深大于5m，，砂砾卵石层含水率、孔隙度、矿化度（1.5—2.5g/L）等都较阶地前缘地段地基土下部略有降低，曲线尾枝部分反映强风化—中风化的低电阻值泥岩，电阻率代表值为25Ω·M左右。

Ⅲ类区：电测深曲线为D型或Q型，主要分布在Ⅱ级阶地后缘或丘陵低缓坡脚下。该地段第四系地层厚度一般较薄，地下水位埋深较大（10m以上），地基土含水率、孔隙度、矿化度（小于1.5g/L）等均比阶地中、前部更低，个别测点处地下水属贫水或呈疏干状，砂砾卵石层均为小于2m的夹层或呈尖灭态势。第一电性层对应干燥不含水的黄土状土或残坡积物，电阻率值一般在85—135Ω·M之间变化，代表值为105Ω·M，第二电性层反映的是稍干的黄土状土夹砂砾卵石，其电阻率值为60—95Ω·M，比上覆地基土层电阻率值略低，代表值为85Ω·M，反映强风化—中风化泥岩的低阻值电性层，电阻率代表值一般均大于35Ω·M。

4结论

（1）本文对高铁新城安置区拟建场地各测点电测深曲线类型以及各电阻率值的综合分析，结合地形地貌、岩土条件等特征，得出了较为合理的三个地基电性特征分区。

（2）以岩土条件为基础，在岩性相同条件下，地下水矿化度的高低一般不会改变电测深曲线类型，只是有所改变同一电性层的电阻率值。

（3）在同一个地形地貌单元，在水质相同的条件下，岩性成份控制着或改变电测深曲线类型及同一电性层电阻率的高低。

（4）影响土壤电阻率测试结果的因素较多，在降雨、冰冻期间，一定深度内介质电阻率值会有波动变化，提供参数值时应综合考虑。

参考文献

[1]马骥，郭纪中，戴洪军，场地土电阻率测试分析与模糊评价[J].电力勘测设计，2005，12（6）.

[2]娄国伟，土壤电阻率的影响因素及测量方法的研究[J].黑龙江气象，2011，12（4）.

土壤电阻率范文第4篇

关键词：110KV变电站；降阻； 施工

1 ．前言

随着电力系统电压等级的不断提高和系统容量的不断增大，系统接地故障电流也不断增大，为保证电力系统的安全可靠运行，要求接地网的目标电阻值也越来越小（如上海电网规定 110KV 变电所接地电阻要求小于 0.1Ω）。然而，变电所一般都建在山包或其它土壤电阻率较高的地区，此外，市区的变电所也已逐渐向 GIS 发展。 GIS 的占地面积非常小，如何合理采用降阻剂、采用深井压力灌注接地、爆破接地、外引接地、离子型接地电极等措施，使占地面积较小的变电所的接地电阻达到规程要求（接地电阻≤ 2000/Ⅰ），以及如何在地质条件差（如：多石山区或者干旱地区）、土壤电阻率较高的地区，经济有效地降低地网的接地电阻，改善地表电位分布就成为大家非常关心的问题，也是摆在设计工程师面前的重要课题。本文在参阅大量文献资料基础上，结合惠州某 110kV 变电站接地系统的实施，对该领域中的一些热点研究问题进行分析。

2 ．接地电阻

2 .1 接地电阻的估算与测量方法

变电站接地网的接地电阻要满足要求，首先要了解当地包括土壤条件、降水条件在内的诸多因素，针对工程条件，如施工允许面积、工程量等，合理选择接地材料和设计接地网系统，计算接地电阻。接地电阻通常由以下三部分组成： ① 接地装置本身的金属电极电阻； ② 接地装置与土壤之间的接触电阻； ③ 接地装置经土壤向外扩散的流散电阻。对于散流电阻，文献［ l ］给出了一个计算的参考模型。假设接地装置为掩埋在地表面的一个金属半球体，则其散流电阻池为：

（1）

式中： p 。为土壤电阻率， r 1为半球体半径。由式（ l ）可知，除了土壤电阻率，对于不同的电极形状、不同的覆土方式，其散流电阻都会发生变化。文献 [2］采用基于场路结合方法开发的接地网接地参数数值计算软件分析了接地网的接地阴．抗与接地电阻的差异。结果表明，接地电阻的概念只适用于小型接地网；随着接地网占地面积的加大以及土壤电阻率的降低，接地阻抗中感性分量作用越来越大，大型地网应采用接地阻抗设计。接地电阻计算非常复杂，工程应用中通常采用直接测量方法。

接地电阻测量方法常用有三极法、四极法、变频测量法、异频测量法、多电极布置法等。其中多电极布置法是在接地极四周布置多个电流极，以使电流场地面地位分布及测量电阻值更接近于真实值，测量误差更小。在选择变电站接地网接地电阻测量方法时，应综合考虑各方面的影响因素，选取适当的测量方法，并采取措施以减少各个环节的测量误差。

2．2 降低接地电阻的方法

为了降低接地装置的接地电阻，保证电力系统的安全可靠运行，可以从物理和化学两个方面入手进行考虑。

物理方法降阻主要有： ① 更换土壤。采用电阻率较低的土壤（如：粘土、黑土及砂质粘土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围 0 . 5m 以内。 ② 深埋接地极。当深处土壤电阻率较低或有水时，可采取该方法来降低接地电阻，尤其是对含砂土壤，效果明显； ③ 伸长水平接地体。如果附近有导电良好土壤、河流和湖泊等可采用该方法，但延伸达到一定长度后，即便再增加接地体长度，接地电阻也不再明显下降； ④ 三维立体接地网；爆破接地；深孔压力灌注。

化学方法降阻主要有：①人工处理土壤。在接地体周围土壤中加入某种化学物质，如：食盐、木炭、炉灰、氮肥渣、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤的导电性。② 使用特殊降阻剂 。将降电阻剂施于金属接地体周围，降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂，现在广泛接受的是物理降阻剂。 ③ 使用高导活性离子接地单元。

上述每种方法都有其适用的范围，在实际的接地工程中，应根据现场的实际情况，综合采用。在城市中，考虑直接扩大变电站接地网面积往往受站区四周场地的限制，特别是城市户内变电站布点困难，周围常有住宅、公建等设施。此时，可优先考虑深孔压力灌注接地。深孔压力灌注采用深井式垂直伸长接地装置，是在水平地网的基础上向大地纵深寻求扩大接地网面积，在垂直方向加大地网尺寸，与水平接地网相连，形成立体地网。它具有以下 3 个特点： ① 地中深层接地电阻稳定，不受季节变化； ② 散流能力强，特别是对高频雷电流作用明显； ③ 金属材料不易氧化等，故逐渐被广泛应用。

3 ．深孔压力灌注接地

3.1单根垂直接地极

单根垂直接地极插入均匀电阻率的土壤时，其上流过的绝大部分电流分布在直接围绕接地极的土壤层中。因此可以认为每条电流线都是从接地极出发垂直其表面，并在电场的作用下，以半球形向低阻抗土壤中扩散。这样，在接地极四周形成了一散流通道，其散流值取决于该通道的接地电阻值，单根垂直接地极的接地电阻 R 为[34］ :

（2）

式中：ρ为土壤电阻率， Ω•m;L 为垂直接地极长度， m； d为接地极直径，m。

单根接地体采用深孔分层压力灌注法，是在单孔成孔时，现场了解孔中的分层情况和岩石破碎情况，计算出孔隙率，再根据所需接地电阻值考虑所需压力的作用下降阻剂的填充范围。

降阻剂注入接地极时呈液态，具有很强的渗透性，渗透到土壤和岩石的孔隙和裂缝后便凝固成胶状体，并保留在土壤和孔隙中，这就使接地体增加了一束束电阻率很低的被注人土壤周围和岩石孔隙中伸展的根须状连续胶体，就象在接地体四周装上了千百条导电毛刺。接地体依赖这些根须提高了接地体的散流能力，这相当于增大了接地体的有效体积，从而降低了接地体的接地电阻。这种现象被称为“树枝效应”，它不但扩大了散流的广度，还扩大了散流的深度，其范围以单根垂直接地极为中点不等边地向四周扩散。地中的矿物质、地下水和溶洞等低电阻率土壤层均会使接地电阻大大降低，如图 l 所示。

由图 1 可见，若将 dl 范围内电阻率为 p2 的土壤用低电阻率 p1的材料代替，则单个垂直接地极的接地电阻为：

（3）

当 pl «p2 时，式（3）等号右边第一项可忽略不计，则接地电阻为：

（4）

由式（ 2 ）~式（ 4 ）可知，接地电阻减少的百分数为：

（5）

当单一垂直接地极的接地电阻不能满足设计要求时，应采用多个垂直接地极。

图 1 单个垂直接地极的降阻原理

3.2立体接地网

接地网的最大强度产生于垂直接地极顶端，将多个垂直接地极连接起来，便在地的深层处形成半球形散流的接地网，称为立体地网。半球形接地体的接地电阻为 [3-4]：

（6）

在立体地网中，多个垂直接地极穿透了地网中许多不同电阻率的土壤层，因而土壤电阻率不再均匀，且许多个垂直接地极之间也存在着屏蔽效应，所以立体接地网的接地电阻为[6] （7）

式中： Loi 为立体地网的等效半径；Poi为等效土壤电阻率；凡为屏蔽系数。当多个垂直接地极间距大于单个垂直接地极长度的 2 倍时，其屏蔽系数为最小。

3.3 深孔压力灌注接地降阻的原因与特点

为充分利用下层较低土壤电阻率的地层来降阻，应多布置一些垂直电极。增设垂直极对降低接触电压的原因主要二：一是垂直极的引人，降低了地电位升（ GPR ) ，而接触电压及跨步电压均与 GPR 有着直接的关系。二是因为增设垂直极后，大部分故障电流通过垂直极流入大地，相应减少了水平导体的散流量。因此，地表面的水平方向电流密度大大减少，造成水平方向电场强度大大降低。

通常，土壤的电阻率沿纵深和横向分布是不均匀的。就纵深来说，不同深度土壤的电阻率是不同的。接近地面几米以内的电阻率不稳定，会随季节气候的变化而变化，而土壤越深，电阻率则越稳定。因此，在高土壤电阻率及不能用常规方法埋设接地装置的地区，采用深孔与主接地网并联是一种有效降低接地电阻的方法。常规的深孔接地极是一种最简单的长垂直接地极，是短垂直接地极在长度方面的一种延伸（参见图 2 ) ，它主要利用下列因素提高降阻效率［6] ：增加接地极的长度 L ；利用电阻率较低的深层土壤，来降低土壤的平均视在电阻率 p ；在接地极周围形成了低电阻率材料的填充区，相当于增大了接地极的等效直径 d。

图 2 常规深孔接地极断面示意图

在有地下含水层的地方，接地体可能深入穿透水层，这时降阻效果将更好，此时可采用深水孔接地方式。它可利用自身的结构形成聚积地下水的空间和地下水运动通道，从而改变了接地极周围土壤的地下水分布，人为地增加接地极周围土壤的湿度，降低这部分土壤的电阻率。

深孔接地不受气候、季节条件的影响；深孔接地除了降阻以外，还可以克服场地窄小的缺点，这在城市和山区是一种行之有效的方法。常规的深孔接地适用于土壤均匀，或上层土壤厚度小、下层土壤电阻率很小的土壤结构分层的地区。而深水孔接地极适用于有一定地下水含量、透水能力强、空隙度大的土壤，更适用于土壤分层结构、在各层土壤中有一层是明显的含水层或隔水层的地区[6] 。

4 ．爆破接地技术

爆破接地技术是近年来提出的降低高土壤电阻率地区接地系统接地电阻＋分有效的方法。其基本原理是[7]：采用钻孔机在地中垂直钻直径为 100 mm、深度为几拾米（在发变电站接地工程中，垂直接地极深度可能达 100m 以上），在孔中布置接地电极，然后沿孔整个深度隔一定距离安放一定量的炸药进行爆破，将岩石爆裂、爆松，接着用压力机将调成浆状的降阻剂压入深孔及爆破制裂产生的缝隙中，以达到通过降阻剂将地下大范围的土壤内部沟通，加强接地电极与土壤、岩石的接触，从而达到较大幅度降低接地电阻的目的。已有试验和模拟计算表明「别，一般爆破致裂产生的裂纹可达几米到几拾米远。目前爆破接地技术已经在我国多项发、变电站和输电线路接地等工程实践中采用，并已取得了＋分满意的效果。

图 3 [7]所示为单根垂直接地极采用深孔爆破制裂一压力灌降阻剂法之后，形成的填充降阻区域，降阻剂呈树枝状分布在爆破制裂产生的缝隙中，填充了降阻剂的裂隙向外延伸很远，有利于散流。

图 3 形成的填充降阻剂区域

爆破接地技术能在较大范围降低接地电阻，并在大范围内改善土壤的散流特性，同时有效地利用了地下低电阻层。其接地电阻计算公式：

（8）

式中： r 为内部互联的立体地网的等值半径，约等于最深孔 h 等效制裂宽度 D ，即r=h+D,D与接地装置所在处的地质有关，如果有地下低电阻率土壤层及岩石具有发达的固有裂隙， D 取值就大，对轻风化土壤取 5 ~10m ，中风化土壤取 10~15m ，高风化土壤取 15 ~ 20m 。

5 ．深孔压力灌注接地技术的应用

惠州某 110kV 变电站站址的土壤电阻率由山坡向坡底的农田逐渐降低，山坡电阻率约为 350Ω • m , 农田电阻率约为 60Ω • m ，且在农田侧的低电阻率土壤较厚。由于该变电站附近存在着明显的土壤电阻率不均匀，因此接地网设计必须考虑到土土壤电阻率不均匀的情况，合理地利用水平与垂直接地极，经济有效地降低接地电阻。

依照土壤电阻率分布情况，经过分析，对于占地面积为 86mx65m 的该变电站接地网，如果只采用水平网，则接地电阻约为 1.34Ω • m 。由于地网施工时对回填换土等采取了控制措施，完成后实测电阻值为 1.12Ω • m ，高于规程 0 . 5Ω • m 的要求，因而需要采取进一步改造措施。由于变电站周围不允许扩大地网，所以扩大地网降阻是不可行的，必须考虑其他设计方案进行降阻，以满足要求。

6 ．结束语

合理设计变电站接地网，以降低接地电阻在目前仍是一个受到诸多因素影响的、非常复杂的问题，应充分考虑经济因素和工程因素。对于接地网方式的选择，必须结合各种实际情况进行综合对比分析。在土壤电阻率高、电阻分布不均匀、接地网水平扩张裕度有限的地区，将接地网向纵深方向发展是设计的必然思路。同时，增设垂直接地极对于降低地网接地电阻、接触电压和跨步电压也是一种行之有效的方法。

土壤电阻率范文第5篇

关键词 接地电阻：铁路变电；降低方法

中图分类号 U2

文献标识码 A

文章编号 1674-6708（2016） 154-0043-02

本文研究主要以某一地区的铁路地段为主，由于该地段的海拔比较高，冻土层较多，并且人员较少，气候条件比较差等。这些条件的存在，使得变电所接地电阻受到了极大的影响。同时由于接地电阻常年处于冻土层，这给雷电流的散流与电气设备的保护效果带来了消极的影响，为此，要降低铁路变电所接地电阻，就需要对该路段展开深入的研究，从而为更加有效的降低电阻提供保障。

1 某地区路段冻土区域存在的地质特点分析

众所周知，冻土层的形成与发展最为主要的因素是气候。本文研究的路段有着多年冻土的特点，海拔高，气温低。在设计各种接地的过程中，必不可少的参数是土壤电阻率。实际上，在冻土土层往往存在较多的影响因素，例如土壤中所含的可溶性溶解盐等。土壤电阻率的两个重要影响因素是土壤的含水量和环境温度。如果温度降至零度以下，那么便会出现冻土层，这将有效的降低接地电阻。土壤之中溶解盐的水分一般会由液态变为固态，在零下1度到O度之间土壤电阻率会存在着一个突然的阶跃，在此部位土壤电阻率会不断上升，并且增高的幅度较为明显。通过对该地段的两季勘测，其数据表明该地段的非冻土区域土壤电阻率要低于500Q・m，在现有接地技术中，能够满足冻土层接地电阻技术已经很多。如果冻土区冻结期的土壤电阻率较高，在（3000-5000）Q・m2之间，那么该区域应属于高土壤电阻率地区。如果在此地区设置接地装置，使得该地区的接地电阻能够与规范要求相符和，其难度是非常大的。

由于冻土区域和融土之间的地质特征存在显著差异，距离地表不远的地层融化于冻结会给土壤电阻带来直接的影响，同时也会给地体的散流效果带来一定的影响，因此准确的区分多年冻土与季节融化层界面极为必要，同时也是重要的任务。影响多年冻土与季节融化层界面主要包括两大类因素，一类是土壤自身的因素，另一类是外界环境的影响因素。这两方面的因素给冻土层等带来多方面的影响，因此应该引起高度重视。

2 降低该地段电阻的主要方式分析

以往已经有很多国家研究了冻土地区的接地问题，并且也得到了一些经验，例如在冻土地区可以应用电加热的方式等。但这种方式的使用有一定的限制性，一定要有明显特点的地区才能够使用。本文针对该地区的特点等提出了一些降低接地电阻的方法。

首先，可以充分的利用自然接地的方式。这过程中需要应用混凝土结构中的钢筋骨架和金属结构等进行接地，这样一来不仅能够减小接地电阻，还能够起到节约作用。基于建筑物的基础，一般其基础都需要深埋地下，因此记仇与地面的而接触面积较大。与一般的岩石相比，混凝土的吸湿性较好，在湿润状态之下，电阻率会处于极低的状态之下，并且与周围土壤电阻率相比较低。因此可以应用钢筋混凝土和钢骨架钢筋混凝土所造建筑物基础去实现降低建筑物接地电阻的目的。

除此之外，要降低接地电阻，也可以通过架空地线的方式来达到此目的。而要达到接地电阻的目的，架空电线往往需要钢绞线的帮助，其原因在于它的单位长度阻抗较大。如果应用良导体去减小架空地线的阻抗，那么可以通过增大分流的作用的方式实现减小流经地网的入地短路电流。

其次，可以采用立体地网的方式来实现降低接地电阻的目的。将水平接地体为主的立体接地网埋设后，不同深度冻土土壤电阻率会呈曲线分布，电阻会随着土壤深度渐渐的减小。在土壤中存在的垂直电极，与各个部分的散流呈反比。在气温逐渐回升后，土壤的冻层会逐渐的融化，时间久了在季节融化层内便会形成低土壤的电阻率。经过实践研究我们可以得出：应用垂直接地体的立体地网进行操作，在降低雷电流的散流与接地电阻值方面有着积极的作用。

另外，可以通过使用物理降阻剂降低接地电阻。由于该地区的气候较为恶劣，交通不便，土壤很容易出现冻层，在日常所使用的换土降阻方式在该地区无法实现，因此可以应用物理降阻剂的方式进行降阻。当前降阻剂主要有化学与物理两大类降阻剂。那些化学降阻剂的组成主要是高分子材料和电解质等组成，一旦注入土壤以后，可以在短时间内形成电阻率低的根须状连续胶体，从而有效增加接地面积，提升接地体的散流效果。

最后，可利用较为有利的地理条件实现降低接地电阻的目的。在距配、变电所2km的区域内，如果存在着低土壤电阻率地区，那么便能够应用外接地的方式进行连接，将的土壤电阻埋设在土壤当中。以相同的道理，在对线路杆塔接地装置进行设置的时候，可以对低土壤电阻率区段杆塔接地集中加强，在此之后引出接地线，并把高土壤电阻率的杆塔连接起来，以达到降低接地电阻的目标，并且能够满足电阻值方面的规范要求。

本文所研究的低端区域有季节性河流存在，这些水体附近与冻土层贯穿，因此这些地区的电阻率较低，散流性也比较好。要有效的降低该地区的接地电阻，就需要对实际地质情况等进行调查，了解其周边状况等。