戴 春，王 偉，田 磊

(1. 深圳新能電力開發(fā)設(shè)計(jì)院有限公司， 廣東 深圳 518052；2.深圳供電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 廣東 深圳 518054)

0 引言

隨著我國(guó)電力事業(yè)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)電壓安全等級(jí)不斷提高，系統(tǒng)電壓等級(jí)不斷提高，系統(tǒng)容量不斷增大，接地短路電流越來(lái)越大，一個(gè)安全有效的接地裝置顯得越來(lái)越重要。而接地電阻值是接地裝置重要設(shè)計(jì)參數(shù)，一個(gè)準(zhǔn)確有效的接地電阻值直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。變電站各設(shè)備、配件的接地體為場(chǎng)地土壤，若土壤電阻率測(cè)試偏小，造成接地體電阻值設(shè)計(jì)值偏小，會(huì)造成安全隱患；反之又會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。因此如何經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確地測(cè)量土壤電阻率是關(guān)鍵。而土壤電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性取決于測(cè)量人員對(duì)影響土壤電阻率的巖土特征因素、各測(cè)量方法的適用條件和使用范圍的了解程度，以及對(duì)電阻率測(cè)試方法的熟練程度。

1 土壤電阻率的影響因素

影響土壤電阻率的巖土特征主要包括礦物組分與接觸關(guān)系、孔隙水的導(dǎo)電性與含量、巖土體溫度(地溫)及圍壓條件等[2]。

1) 巖土體礦物組分及接觸關(guān)系

巖土體礦物組分及接觸關(guān)系決定其電阻率大小，其中礦物顆粒的接觸關(guān)系起重要作用，礦物組分的導(dǎo)電性和含量大小起次要作用。巖土體的礦物顆粒的接觸關(guān)系主要表現(xiàn)為蜂窩形(包圍形)、鑲嵌形(彼此交叉接觸排列)、單粒形(被包圍形)三種類型，蜂窩形的礦物成分對(duì)巖土體的電阻率起主導(dǎo)作用，鑲嵌形的礦物成分按含量的多少及導(dǎo)電性的強(qiáng)弱成比例，而單粒形的礦物成分對(duì)巖土體的電阻率影響不大。

2)巖土體中的孔隙水

巖土體中的孔隙水因含有某些鹽分(電解質(zhì))而形成電解液，其電阻率都遠(yuǎn)小于巖土體礦物的電阻率(巖土體孔隙水的電阻率很少超過(guò)10 010 Ωm，通常在1 ～10 Ωm，與水的總礦化度成反比關(guān)系)；根據(jù)在飽和條件下巖土體的電阻率ρ=ρ水·(3/ω-1)可知巖土體的電阻率與孔隙水含量成反比，與孔隙水的電阻率成正比[3]；另外在孔隙水為弱結(jié)合水(薄膜水)轉(zhuǎn)變?yōu)槊?xì)水、自由水的過(guò)程中，隨著孔隙水含量增多巖土體的電阻率會(huì)急劇變小。

3)巖土體溫度

巖土體電阻率與溫度的關(guān)系主要體現(xiàn)在其所含礦物成分及孔隙水與溫度的關(guān)系：當(dāng)巖土體組成礦物成分為電子導(dǎo)電礦物或礦石時(shí)，電阻率隨溫度升高而上升；為離子礦物時(shí)電阻率隨溫度升高而降低。在地表20 ～25 m 地段，巖土層不受季節(jié)影響，保持當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟萚4]。

4)巖土體所處圍壓

巖土體電阻率隨圍壓升高而逐漸降低，即隨著測(cè)量深度增大，在含水量不變或無(wú)地下水影響的情況下，相同巖土體的電阻率會(huì)逐漸變低[5]。

2 土壤電阻率的測(cè)量方法

常用的測(cè)量裝置有二極裝置、三極裝置、中間梯度裝置和對(duì)稱四極裝置等。在變電站場(chǎng)地電阻率測(cè)量中，由于變電站場(chǎng)地面積規(guī)模不同、地形地貌不同、電阻率測(cè)試范圍和深度要求不同，所要求的測(cè)試方法也有所不同，常用的測(cè)試方法及裝置有電測(cè)井法(三極裝置)、電測(cè)深法(對(duì)稱四極裝置)和高密度電法(對(duì)稱四極裝置)。

2.1 測(cè)試原理

1)電測(cè)井法(三極裝置)[6]：通常采用雙測(cè)量電極進(jìn)行測(cè)量，把供電電極B放在地面，供電電極A和測(cè)量電極對(duì)MN放在井內(nèi)，這樣可以近似地把B極看作與A極相距無(wú)窮遠(yuǎn)，因而B點(diǎn)對(duì)MN的影響可以忽略不計(jì)，則A點(diǎn)可以看作為點(diǎn)源。假定介質(zhì)是均勻且?guī)r層厚度是無(wú)限厚的，那么放井中的A點(diǎn)的電源場(chǎng)的等位面就是一個(gè)球面，通過(guò)測(cè)量M、N電極間的電位差△UMN及電流計(jì)的電流IAB，根據(jù)巖土層電阻率ρ和△UMN、IAB之間的關(guān)系即可求得巖土層電阻率ρ。

式中：K為電極裝置系數(shù)；在測(cè)量中采用雙測(cè)量電極，電極裝置系數(shù)K。

2)電測(cè)深法(對(duì)稱四極裝置)[6]：該方法把兩供電電極A、B，兩測(cè)量電極M、N按A、M、N、B的順序沿地表直線排列打入土中一定深度，并保持MN基本不動(dòng)(AB/30

高密度電法是常規(guī)電阻率測(cè)深法和電阻率剖面法的組合形式[6]。其基本原理與常規(guī)的電阻率測(cè)深法完全相同，采用的裝置也是對(duì)稱四極裝置，均是通過(guò)供電電極A、B極向地下供電流，然后在測(cè)量電極MN極測(cè)量電位差，從而求得該點(diǎn)(MN中心點(diǎn)O)在AO極距下的電阻率，土壤電阻率的計(jì)算公式及電極裝置系數(shù)K與上式(1)、(3)相同。

2.2 各測(cè)試方法及優(yōu)缺點(diǎn)

三種測(cè)試方法介紹、適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)如表1、表2 所示。

表1 三種測(cè)試方法布置簡(jiǎn)介

表2 各測(cè)試方法適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)

2.3 各測(cè)試方法成果數(shù)據(jù)特征

如表3 所示成果數(shù)據(jù)特征為同一場(chǎng)地利用不同測(cè)試方法所得視電阻率數(shù)據(jù)，排除表中5 ～6 m 段數(shù)據(jù)異常(據(jù)原成果資料描述“鉆孔上部鋼套管的影響，導(dǎo)致視電阻率假象異常”)，能清晰反映出電測(cè)井法所得數(shù)據(jù)與高密度法所得數(shù)據(jù)相近略微偏小，而電測(cè)深法所得數(shù)據(jù)較前。

表3 同一場(chǎng)地不同測(cè)試方法成果數(shù)據(jù)特征

兩者所得數(shù)據(jù)明顯偏高； 如圖1、圖2 所示高密度電法成果剖面不但可以根據(jù)實(shí)測(cè)剖面對(duì)應(yīng)點(diǎn)位置按克里格網(wǎng)格化方法插值提取不同深度的視電阻率數(shù)據(jù)，而且可以通過(guò)剖面視電阻率分布。

圖1 JTD4視電阻率測(cè)試電性剖面圖及視電阻率等值線分布圖(高密度電法)

圖2 高密度電法成果特征(電阻率剖面圖)

特征及異常特征解譯場(chǎng)地孤石分布等工程地質(zhì)特征。

3 土壤電阻率測(cè)試方法選擇

根據(jù)目前輸變電工程場(chǎng)地位置、巖土特征及土壤電阻率的測(cè)量深度，結(jié)合各土壤電阻率測(cè)試的方式的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)不同工程需選用何種土壤電阻率測(cè)試方法建議如下。

3.1 變電站工程場(chǎng)地電阻率測(cè)試方法選取

1) 非巖溶、土洞區(qū)或基礎(chǔ)影響范圍無(wú)溶洞、土洞、孤石分布的場(chǎng)地：山區(qū)、丘陵等比四周地形明顯高出的地段，地下水位埋深一般較大，場(chǎng)地范圍內(nèi)地形起伏不大的宜優(yōu)先考慮電測(cè)深法，地形起伏大或設(shè)計(jì)場(chǎng)地標(biāo)高與現(xiàn)狀場(chǎng)地標(biāo)高相差較大的宜在場(chǎng)地平整后采用電測(cè)深法進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量；個(gè)別地下水較淺或孔內(nèi)水位及泥漿水位保持時(shí)間滿足測(cè)量需要時(shí)宜采用電測(cè)井法。對(duì)于盆地、山坳等比四周地形低或山前沖積、洪積平原等平緩地段，地下水位埋深較淺，優(yōu)先考慮電測(cè)井法，當(dāng)測(cè)量所需水位不滿足測(cè)試要求或地起伏不大時(shí)可選用電測(cè)深法。

2) 基礎(chǔ)影響范圍有溶洞、土洞、孤石分布的場(chǎng)地：一般需要開展一定的物探工作，以結(jié)合鉆探資料證實(shí)巖土分布特征，因此開展土壤電阻率測(cè)試可優(yōu)先選用高密度電法，既可提供準(zhǔn)確的土壤電阻率資料，又能通過(guò)剖面電阻率異常結(jié)合鉆孔資料準(zhǔn)確反映場(chǎng)地的巖土分布特征，保證了巖土勘察成果質(zhì)量同時(shí)又減少了物探工作量。該類場(chǎng)地鉆探時(shí)多有漏水或下套管成孔，難以采用電測(cè)井法進(jìn)行土壤電阻率測(cè)試，且有套管影響時(shí)測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，因此不宜采取電測(cè)井法。

3.2 架空線路工程塔基場(chǎng)地電阻率測(cè)試方法選取

由于塔基場(chǎng)地在土壤電阻率測(cè)量深度方面要求不高，僅需淺部巖土電阻率資料，且塔基多位于高聳凸立地段，因此通常采用電測(cè)深法進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量。

3.3 配電房工程場(chǎng)地電阻率測(cè)試方法選取

配電房多位于城鎮(zhèn)居民區(qū)，地形平坦，該類工程一般僅需場(chǎng)地淺層土壤電阻率成果，通常采用電測(cè)深法進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量；若進(jìn)行了鉆探工作亦可采用電測(cè)井法且能準(zhǔn)確得到更大深度范圍的土壤電阻率成果。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)影響土壤電阻率的巖土特征、三種常規(guī)測(cè)量土壤電阻率的測(cè)試方法、測(cè)試原理及每種測(cè)試方法的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行理論分析，結(jié)合當(dāng)前各類輸變電工程的場(chǎng)地特征，根據(jù)近幾年來(lái)各項(xiàng)輸變電工程場(chǎng)地電阻率測(cè)試報(bào)告所使用方法及取得的成果資料，總結(jié)出各測(cè)試方法的適用范圍：① 電測(cè)深法適用于地勢(shì)較高但測(cè)區(qū)地形起伏不大、測(cè)試深度較淺的場(chǎng)地，尤其架空線路塔基場(chǎng)地等；②電測(cè)井法適用于地下水埋深淺且有鉆探工作同步進(jìn)行的場(chǎng)地，尤其地勢(shì)較低的配電房及變電站場(chǎng)地等；③高密度電法適用于地基復(fù)雜，測(cè)區(qū)范圍大、測(cè)試深度較大的場(chǎng)地，尤其溶洞、土洞發(fā)育的巖溶區(qū)及孤石較多的花崗巖區(qū)等電壓等級(jí)較高的變電站場(chǎng)地。