变电站接地系统是保证电网安全运行及站内电力设备安全的重要设施,其土壤电阻率的季节性变化将对运行人员安全、站内设备的耐受能力等方面带来一定的威胁。因此,本文针对季节性冻土地区接地系统的安全性展开研究,对确保冬季中的变电站安全运行具有关键的意义。本文通过电力接地系统分析软件CDEGS结合MATLAB编程对存在季节性冻土的北方某110kV变电站接地网的安全性进行了分析与研究,计算了土壤冻结形成的高电阻率地区在发生短路故障后的地网的工频接地电阻、二次电缆芯皮电位差以及跨步、接触电压等安全参数的变化规律,旨在明确处于冰冻土壤中的变电站接地系统安全性及其改进优化方案。

研究和测试表明，土壤凝结成冻土时，其电阻率可增加5～1000倍。在冬季，土壤由浅入深逐步形成冻土高阻层，直到最大冻结深度；在春季反之，冻土高阻层由表入里的消散。在这个周期变化的过程中，冻土深度内的土壤电阻率产生剧烈变化，对变电站接地网的性能产生动态、显著的不利影响，提高了GPR和降低了接触电压允许值。当前，在变电站接地的工程设计中，对此鲜有相关的研究和应用。廊坊柳林220 kV变电站作为重点工程，采用分层土壤模型等效实际冻土条件，首次对接地网的性能进行了工程量化的评估和校验。测试结果表明，采用分层土壤模型等效的方式是可行的，冻土校验和评估涉及安全性评估，是必要的。

研究目的:近年来冻土区修建电气化铁路的需求日益紧迫。冻土区铁路具有长大坡道多、列车功率大、土壤电阻率高等特点，易引起钢轨电位升高，危及人身安全、设备安全、行车安全。为降低冻土区电气化铁路钢轨电位，以西部地区某铁路为研究对象，针对路基特点、土壤特性，对单个接触网基础接地电阻进行计算，并综合考虑供电臂内多基础接地共同作用，进行钢轨电位分析，寻求解决冻土区电气化铁路钢轨接地问题的技术方案。研究结论:(1)将沿线接触网管桩基础与钢轨进行电气连接，形成钢轨-管桩-大地的电流通路，可降低钢轨对地泄漏电阻，抑制钢轨最大电位；(2)沿线基础纳入接地系统后，钢轨电位最大值可降低26.9%;基础增设专用接地体后，钢轨电位最大值可降低34.6%;(3)本研究结果可为高土壤电阻率地区电气化铁路接地设计提供参考。

在冻土地区，土壤电阻率容易出现变化，直接影响接地电阻的大小。为此需采取必要的措施，降低冻土地区的接地电阻。同时对输电铁塔接地电阻进行监测及测量，是监测冻土地区输电铁塔运行状态的关键手段，能保障输电铁塔运行安全稳定的重要措施。为了更好地提高输电铁塔接地电阻测量的效率及准确度，介绍了输电铁塔接地电阻变频测量技术，并开发了变频测量装置。应用结果表明该变频测量装置能提高输电铁塔接地电阻测量的便利性，更好地实现对输电铁塔接地电阻的在线监测。

冬季土壤受冻结作用影响，土壤电阻率明显升高。本研究提出了一种土壤导电模型，搭建了土壤电阻率测量试验平台，依据蒙东地区冬季环境的温度与土壤分层结构调研结果，设计不同含水量的黄土与砂土土壤样本在-20℃的恒温密闭环境内的冻土试验，对比分析不同样本的土壤电阻率随温度的变化情况与规律，将试验结果应用于变电站实例，计算分析土壤电阻率的升高对接地电阻、接触电压和跨步电压的影响规律。

西藏地区由于独特的气候与地理环境，在其冻土地区存在雷电与低温共存现象。低温下冻土作为含冰复杂体系，其在雷击下的冲击散流性能仍不明晰，因此该文就冻土电阻率的负温特性以及接地极的冲击特性开展研究。首先研究了不同含水量、含盐量的土壤电阻率随温度的变化规律；然后在冲击电流作用下，以永冻土试品的表层土壤融化厚度和季节性冻土试品的表层土壤冻结厚度为变量，探究了其对相应冻土中垂直接地极暂态电位的影响规律；最后结合冻结条件下土壤冲击放电的形貌特征与地中电场强度和电流密度的分布特性，探讨了负温下接地极暂态电位变化的本质原因。试验研究表明：考虑盐分对土壤的影响，当其温度在一次冻结温度T_f与二次冻结温度Ts之间时，电阻率随温度下降缓慢上升，只有当温度降至二次冻结温度时，才存在突增现象；在永冻土中，当冻土温度高于Ts时，接地极仍具有较好的散流性能。由此可知降低Ts可以减小水分冻结对土壤电阻率的影响，为避免极寒地区接地极失效提供了新思路。

接地系统是电力系统正常运行的保证，也是保证人身与设备安全的关键所在。季节性冻土区域由于冻结作用的影响，冻土的土壤电阻率明显升高，严重影响了系统的接地性能。根据蒙东地区的冬季环境温度与土壤结构调研结果，构建了相应的土壤导电模型，搭建了土壤电阻率测量试验平台，采用四电极法对各处理的电阻率进行测定。设计不同盐分类型、不同盐分浓度的土壤样本在-20℃恒温密闭环境内的冻土试验，分析了冻土盐分和温度对土壤电阻率的影响。试验结果可为冻土区域接地系统设计提供参考。

接地系统是维护牵引供电系统安全可靠运行、保障人身安全和电气设备安全的重要保护措施。若接地电阻值过大,接地体或地网点位异常升高,导致接地系统本身局部电位差超过安全值,无法迅速拉低电位保护操作者,造成重大人身伤亡。在东北地区冻土区土壤高电阻率地区接地极埋设施工,通过仿真计算快速有效地降低高寒季节性冻土地区接地阻值并保证接地电阻的稳定是施工中的重中之重,对铁路电力系统安全可靠运行、保障作业人员和电气设备安全具有非常重要的意义。深埋施工法在施工过程中取得了良好的效果,采用分层测量电阻率通过仿真验算,深埋接地极,根据冻土与非冻土下电阻率的变化规律,进行仿真验算,选用接地极数,有效的提高了高寒季节性冻土地区电阻率不稳定情况下接地极埋设的施工效率和降阻效果。

提出了降低季节性冻土地区接地电阻的方法,该方法结合多年来所积累的工程经验和参考资料,并在不同季节性冻土地区设置方式的仿真计算和实例分析的基础上完成。降低季节性冻土地区接地电阻可以适当地加长垂直接地极的长度,使得垂直接地极至少深入到土壤电阻率较低的土壤层中2～3 m,对以后的工程设计工作有一定的指导作用。

为了研究温度因素对季节性冻土区域接地网故障测量的影响,测量分析了冻土温度变化过程水分和盐分迁移以及电阻率情况,并在冻土参数测量结果的基础上,采用接地网无损检测装置来分析温度变化对冻土区域接地网故障测量的影响。研究结果表明,冻融阶段温度梯度和孔隙水压梯度是水分迁移的主要驱动力,冻土冻结锋面以上和锋面下缘的土壤含盐量有上升趋势,冻土土壤冻结锋面附近电阻率急剧变化,这些由温度引起的冻土变化直接影响着接地网故障测量的准确度,即冻土深度低于水平接地网深度时,测量接地网故障准确率较高。