楊劍飛，姜志鵬，舒勝文，胡元潮，蘇小樂，劉 偉

（1.山東理工大學電氣與電子工程學院，山東淄博 255000；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司鄂州供電公司，湖北鄂州 436000；3.福州大學電氣工程與自動化學院，福建福州 350108）

0 引言

雷擊是輸電線路發(fā)生跳閘事故的主要原因，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。接地裝置將雷電流及時向大地散流，達到降低桿塔接地電阻，減小地電位升高幅度，保護人身和設(shè)備安全的目的[1-4]。降低輸電線路桿塔接地電阻對于防止雷擊跳閘，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要意義?，F(xiàn)有接地材料大多為銅和鍍鋅鋼，易受電感效應(yīng)的影響，長外延接地時容易受到制約[5]。實際施工過程中桿塔接地網(wǎng)多敷設(shè)于山區(qū)等地區(qū)，地形地貌復雜，且可能存在障礙物，傳統(tǒng)的接地網(wǎng)鋪設(shè)方式容易受到限制[6]。由于接地體之間存在屏蔽效應(yīng)，多個接地體之間入地電流散流易受到阻礙，降低接地裝置的利用率，因此需要對接地體結(jié)構(gòu)進行合理布局[7]。因此，研究如何保證接地網(wǎng)擁有較低接地電阻的同時保證其經(jīng)濟性，具有重要意義。

目前，國內(nèi)已有學者對輸電線路桿塔接地網(wǎng)進行了相關(guān)研究。文獻[8]通過仿真計算的方式對放射形接地體進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提出在接地體上添加樹枝狀短導體的改型方案。文獻[9]提出了一種橢圓環(huán)布置的垂直型接地極接地方案，以充分利用深層土壤泄流，減小接地極占地面積。張波等[10]通過仿真計算，得出在接地裝置地表敷設(shè)低阻層和高阻層相結(jié)合的復合層有助于降低接地電阻和接觸電位差的結(jié)論。周力行等[11]提出了一種基于ATP-Draw 的雙層土壤桿塔接地裝置沖擊電阻計算方法，研究復雜土質(zhì)條件下桿塔接地特性。文獻[12]通過仿真和實驗相結(jié)合的方式，分析連續(xù)沖擊電流對不同土壤濕度條件下典型桿塔接地裝置沖擊接地電阻的影響。文獻[13]通過數(shù)值模擬方式，在臨坡地區(qū)建立桿塔輔助接地網(wǎng)，得出增加外延引線長度以及采用高導石墨材料有利于提高桿塔接地網(wǎng)散流降阻性能的結(jié)論。

我國幅員遼闊，存在廣闊的山區(qū)、丘陵地貌，近年來隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的輸電線路修建在地勢地形復雜的山區(qū)。目前，山區(qū)地形條件下輸電線路桿塔接地建設(shè)主要存在以下幾點問題：首先，山區(qū)地形連綿起伏、地質(zhì)地貌復雜，且易存在樹木、巖石等障礙物阻礙施工；其次，山區(qū)交通不便，傳統(tǒng)金屬接地材料存在運輸困難的問題，增大施工難度；最后，山區(qū)具有土壤電阻率較高、海拔較高且雷電活動頻繁的特點，相較于平原地區(qū)更易發(fā)生雷擊跳閘[14-15]。因此，針對山區(qū)丘陵等地形地勢復雜地區(qū)進行輸電線路桿塔接地降阻研究很有必要。柔性石墨接地材料由于其良好的導電性與沖擊電流耐受特性、可靠的防腐蝕性能、較強的熱穩(wěn)定性以及柔軟易彎曲的特性，在復雜地形的接地網(wǎng)敷設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用[16-19]。本文針對山區(qū)等地形條件復雜地區(qū)輸電線路桿塔接地網(wǎng)外延降阻問題，提出基于柔性石墨接地材料的分形外延接地網(wǎng)敷設(shè)方案，研究角度、分形維數(shù)、分形層數(shù)因素對接地網(wǎng)散流降阻等接地特性的影響規(guī)律，為復雜地形條件下桿塔接地網(wǎng)設(shè)計與建設(shè)提供相關(guān)參照。

1 分形理論與建模

1.1 分形理論

分形是指部分以某種形式與整體相似的、具有標度不變性和自相似性的幾何對象[20]。傳統(tǒng)幾何的空間結(jié)構(gòu)具有高度對稱性，而自然界存在大量無法通過傳統(tǒng)幾何描述出來的復雜形狀和結(jié)構(gòu)，如肺膜結(jié)構(gòu)、河流分支、閃電形狀、流體湍流等，為描述這些復雜的現(xiàn)象，分形幾何學應(yīng)運而生。分形幾何以自然界和非線性系統(tǒng)中普遍存在的不規(guī)則的復雜現(xiàn)象為研究對象，描述傳統(tǒng)歐式幾何方法和微積分方法所不能描述的一大類不規(guī)則或不光滑的集合和函數(shù)。維數(shù)是分形幾何的重要特征，反映了分形體的自相似性[21-22]。例如：將一個正方形的每個邊長增大為原來的2 倍，則新得到的大正方形相當于22個原來的小正方形；同理，將一個正方體的每個邊長擴大為原來的2 倍，則新得到的大正方體相當于23個原來的小正方體。記分形維數(shù)為D，將一個圖形做x倍變換，得到N個與原來圖形相似的圖形，則有：

由式（1）可以得到分形維數(shù)D，如式（2）所示：

對于分形幾何，分形維數(shù)D不局限于整數(shù)。

1.2 接地建模

在地形地貌復雜的地區(qū)，傳統(tǒng)長外延接地和四角帶射線接地方式往往受地形或障礙物的制約，給敷設(shè)工作帶來困難。柔性石墨接地材料為輸電線路桿塔接地網(wǎng)分形外延的設(shè)計與建設(shè)提供了思路，有助于降低施工成本與施工難度。本文提出的分形外延接地網(wǎng)基于柔性石墨接地材料，具有良好的抗腐蝕性，在施工過程中可避免涂刷導電防腐涂料的步驟[23-24]，有助于降低施工難度。其次，柔性石墨接地材料柔軟易彎曲，在運輸和存放過程中可以彎折存放，便于運輸?shù)耐瑫r可以節(jié)約存儲空間，同時其柔軟易彎曲的特性使其在地形地勢復雜的山區(qū)施工時能夠沿著山體合理地規(guī)劃敷設(shè)方式。最后，柔性石墨接地材料通過壓環(huán)方式與金屬接續(xù)件連接，不同接續(xù)件之間通過螺栓連接[25-26]，本文提出的分形外延接地網(wǎng)基于柔性石墨接地材料，省去電弧焊接的步驟，降低了施工難度。因此，基于柔性石墨接地材料的分形外延接地網(wǎng)適宜在山區(qū)等地形復雜地區(qū)敷設(shè)。分形外延接地網(wǎng)示意圖如圖1 所示。

圖1 分形外延接地網(wǎng)示意圖Fig.1 Fractal epitaxial grounding grid diagram

為研究不同因素對分形外延接地網(wǎng)的散流降阻性能的影響，在COMSOL Multiphysics 仿真軟件中建立不同層數(shù)的輸電線路桿塔分形外延接地網(wǎng)仿真模型。接地體材料選用柔性石墨，直徑為28 mm，電阻率為3.25×10-5Ω·m，相對磁導率為1。主接地網(wǎng)邊長l=12 m，引下線長度h=0.8 m，埋深0.8 m，外延總長度120 m。對于不同層數(shù)的分形外延接地網(wǎng)，主外延長度記為L0，第1 層分形外延長度記為L1（i）（i=1，2），第2 層分形外延長度記為L2（i）（i=1，2，3，4），第3 層分形外延長度記為L3（i）（i=1，……，8），每層分形角度均為α。不同層數(shù)分形外延接地網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 不同層數(shù)分形外延接地網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)Fig.2 Fractal epitaxial grounding grid model structure with different layers

對4 條引下線注入幅值為10 kA 的2.6/50 μs 標準雷電流，雷電流函數(shù)采用雙指數(shù)函數(shù)模型表達式[27]，如式（3）所示：

式中：I為雷電流等效值；t為時間。

考慮土壤動態(tài)電離過程，將時變土壤電阻率設(shè)置為局部場強的函數(shù)[28]，如式（4）所示：

式中：ρ為土壤發(fā)生電離時的土壤電阻率；ρ0為初始土壤電阻率；E為土壤局部電場強度；Ec為土壤臨界擊穿場強，取Ec=300 kV/m[29]。

2 分形外延接地網(wǎng)接地特性的計算與分析

2.1 分形角度對接地特性的影響

為更直觀地表征不同因素對分形外延接地網(wǎng)散流特性的影響規(guī)律，將流入接地網(wǎng)的總電流Iz與流入外延引線的電流Iwy定義為分流系數(shù)η，即：

為分析不同分形角度對接地網(wǎng)散流降阻效果的影響，在COMSOL Multiphysics 仿真軟件中建立1層二分叉型分形外延接地網(wǎng)，如圖2 的（a）所示。其中L0=60 m，L1（1）=L1（2）=30 m，外延總長度120 m。設(shè)置角度α分別為30°，60°，90°，120°，150°，180°，設(shè)置初始土壤電阻率ρ0在200～1 800 Ω·m 之間變化，仿真計算得到不同角度條件下接地網(wǎng)的接地電阻和分流系數(shù)，如圖3 和圖4 所示。

圖3 不同角度條件下接地電阻Fig.3 Grounding resistance under different angle conditions

圖4 不同角度條件下分流系數(shù)Fig.4 Shunt coefficients under different angle conditions

由圖3 可知，隨著土壤電阻率的增大，不同分形角度條件下接地網(wǎng)的接地電阻均逐漸升高。由于屏蔽效應(yīng)的影響，當土壤電阻率保持不變時，隨著分形外延角度的增大，接地電阻呈現(xiàn)出先降低后增加的變化趨勢。在低土壤電阻率條件下，角度對接地網(wǎng)接地電阻影響很小，不同角度條件下接地電阻差別不大。土壤電阻率較高時，30°分形外延的接地電阻最高，120°分形外延的接地電阻最低，且90°分形外延的接地電阻與120°分形外延較為接近。當土壤電阻率為200 Ω·m 時，120°分形外延比30°分形外延的接地電阻降低0.75%，而當土壤電阻率增大到1 800 Ω·m 時，120°分形外延比30°分形外延的接地電阻降低2.05%。隨著土壤電阻率的增大，角度對接地電阻的影響趨于明顯。

由圖4 可知，隨著土壤電阻率的增大，不同分形角度條件下接地網(wǎng)外延的分流系數(shù)逐漸升高，且趨于平緩，這是由于較高的土壤電阻率不利于雷電流向大地進行散流，更多的雷電流通過接地網(wǎng)外延進行散流。在相同土壤電阻率下，分形外延接地網(wǎng)的分流系數(shù)隨著角度的增大而先升高后降低。隨著角度的增大，分形外延L1（1）段與L1（2）段之間的屏蔽效應(yīng)逐漸減小，分流系數(shù)增大。隨著角度繼續(xù)增大，由于主外延L0與分形外延L1（1）、L1（2）之間的屏蔽效應(yīng)增強，分形外延的分流系數(shù)逐漸降低。

2.2 分形維數(shù)對接地特性的影響

為研究不同分形維數(shù)對分形外延接地網(wǎng)散流降阻效果的影響，在COMSOL Multiphysics 仿真軟件中建立2 層二分叉型分形外延接地網(wǎng)模型，如圖2 的（b）所示。每次分形得到2 個與原來圖形相似的圖形，每層分形外延長度為上一層分形外延長度的1/R，即：

式中：R為每層分形外延長度與下一層分形外延長度之間的比例系數(shù)。

由式（2）可知，分形維數(shù)D為：

設(shè)置外延總長度為120 m，每層角度α均為90°。分別取R為2，3，4，5，對應(yīng)的分形維數(shù)D分別為1，0.631，0.5，0.431。ρ0為200～1 800 Ω·m 的條件下，分別計算不同分形維數(shù)條件下各分形外延接地網(wǎng)的接地電阻和分流系數(shù)如圖5 和圖6 所示。

圖5 不同分形維數(shù)條件下接地電阻Fig.5 Grounding resistance under different fractal dimension conditions

圖6 不同分形維數(shù)條件下分流系數(shù)Fig.6 Shunt coefficients under different fractal dimension conditions

由圖5 可知，隨著土壤電阻率的增大，不同分形維數(shù)下分形外延接地網(wǎng)的接地電阻逐漸升高。在低土壤電阻率下，不同分形維數(shù)下接地電阻差別不明顯。在高土壤電阻率條件下，隨著分形維數(shù)的減小，接地電阻逐漸減小，分形維數(shù)0.431 時接地電阻最小。當土壤電阻率為1 800 Ω·m 時，分形維數(shù)為1 條件下的接地電阻為25.20 Ω，分形維數(shù)為0.431 條件下的接地電阻為24.12 Ω，后者相比前者接地電阻降低4.29%。較小的分形維數(shù)有利于提高接地體利用效率，達到更好的降阻效果。

由圖6 可知，在土壤電阻率較低時，不同分形維數(shù)的分形外延分流系數(shù)差別很小。不同分形維數(shù)分形外延接地網(wǎng)的分流系數(shù)隨土壤電阻率的升高而逐漸增大，并當土壤電阻率超過1 000 Ω·m 時趨于平緩。這是由于土壤電阻率較低時，雷電流通過主接地網(wǎng)即可有效散流，土壤電阻率較高時，雷電流僅依靠主接地網(wǎng)難以迅速散流，更多雷電流沿著分形外延進行散流，此時外延對接地網(wǎng)散流降阻效果的影響趨于明顯。高土壤電阻率條件下，分形維數(shù)為1 的分形外延分流系數(shù)相對較差，分形維數(shù)為0.431 的分形外延分流效果最好，在土壤電阻率為1 800 Ω·m 時，最大分流系數(shù)達64.82%。即相同土壤電阻率下，隨著分形外延的分形維數(shù)的升高，分流系數(shù)逐漸降低，不利于雷電流通過分形外延進行散流。

2.3 分形層數(shù)對接地特性的影響

對于分形外延接地網(wǎng)，由于接地體之間存在屏蔽效應(yīng)，因此采用不同的分層方式會對其散流降阻特性產(chǎn)生一定的影響。為研究不同分層數(shù)量下分形外延接地網(wǎng)的散流降阻特性，建立1 層、2 層、3層二分叉型分形外延接地網(wǎng)模型，如圖2 的（a），（b），（c）所示。外延總長度均為120 m，角度α均為90°，分形維數(shù)均為0.5，ρ0為200 Ω·m，500 Ω·m，1 000 Ω·m，1 500 Ω·m，1 800 Ω·m 的條件下，分別計算不同層數(shù)分形外延接地網(wǎng)的接地電阻和分流系數(shù)如表1和表2 所示。

表1 不同分形層數(shù)條件下接地電阻Table 1 Grounding resistance under different fractal layers Ω

表2 不同分形層數(shù)條件下分流系數(shù)Table 2 Shunt coefficients under different fractal layers%

由表1 可知，隨著土壤電阻率的增大，不同層數(shù)的分形外延接地網(wǎng)接地電阻均增大。當土壤電阻率相同時，隨著分形層數(shù)的增大，接地電阻逐漸增大。當土壤電阻率為200 Ω·m 時，3 層分形外延比1 層分形外延接地電阻提升1.12%，當土壤電阻率為1 800 Ω·m 時，3 層分形外延比1 層分形外延接地電阻提升4.03%。當分形層數(shù)較高時，接地體之間的屏蔽效應(yīng)增大，因此接地電阻隨著分形層數(shù)的增大而逐漸增大。在施工面積有限、長外延接地難以敷設(shè)的地區(qū)，雖然較高層數(shù)分形外延的接地電阻比較低層數(shù)分形外延略高，但是在外延總長度保持一致的前提下，采用較高層數(shù)分形外延可以減小主外延長度。因此實際施工過程中應(yīng)該根據(jù)地形地勢合理選擇分形外延層數(shù)。

由表2 可知，隨著土壤電阻率的增大，不同層數(shù)的分形外延接地網(wǎng)分流系數(shù)均逐漸增大，且逐漸趨于平緩。在相同土壤電阻率條件下，1 層分形外延分流系數(shù)最高，3 層分形外延的分流系數(shù)最低，即接地網(wǎng)的分流系數(shù)隨分形外延層數(shù)的增多而逐漸降低。這是由于隨著分形層數(shù)的增大，每層之間的分支接地體數(shù)量呈指數(shù)增加，接地體之間的屏蔽效應(yīng)增大，阻礙雷電流通過接地體進行散流。隨著土壤電阻率的增大，不同分形層數(shù)之間的分流系數(shù)差距逐漸增大，當土壤電阻率為200 Ω·m 時，1 層分形比3 層分形時的分流系數(shù)提高0.46%，當土壤電阻率升為1 800 Ω·m 時，1 層分形比3 層分形時的分流系數(shù)提高1.16%。這是由于低土壤電阻率條件下雷電流通過主接地網(wǎng)可以得到較好的散流效果，而在高土壤電阻率條件下雷電流更多通過外延接地體進行散流，此時外延形式對接地網(wǎng)的散流性能影響更大。

3 分形外延與典型外延接地網(wǎng)接地特性對比

3.1 不同形式接地網(wǎng)模型參數(shù)與仿真計算

為研究不同接地網(wǎng)形式對輸電線路桿塔接地網(wǎng)降阻效果的影響，建立方框無外延型、方框帶四角射線型、方框單根外延帶針刺型、方框四角外延帶針刺型4 種典型桿塔接地網(wǎng)模型，分別記為形式I 型、II 型、III 型、IV 型，如圖7 的（a），（b），（c），（d）所示。其接地電阻分別記為RI，RII，RIII，RIV。同時建立2 層二分叉型分形外延接地網(wǎng)模型，記為形式V型，如圖7 的（e）所示，其接地電阻記為RV。各接地網(wǎng)的主接地網(wǎng)邊長l均為12 m，引下線長度h=0.8 m，埋深0.8 m。方框帶四角射線型接地網(wǎng)每條射線外延長度L=30 m，外延總長度120 m；方框單根外延帶針刺型接地網(wǎng)主外延長度L=60 m，針刺數(shù)量15 根，每根針刺長度Lzc=4 m，每根針刺之間間距d=3.75 m，外延總長度120 m；方框四角外延帶針刺型接地網(wǎng)每條四角外延長度L=20 m，每條外延上針刺數(shù)量4 根，共16 根針刺，每根針刺長度Lzc=2.5 m，每根針刺之間間距d=4 m，外延總長度120 m。對于分形外延接地網(wǎng)，角度α均為90°，分形層數(shù)2 層，分形維數(shù)0.387，外延總長度120 m。接地體材料均選擇直徑為28 mm 的柔性石墨。

圖7 不同形式接地網(wǎng)示意圖Fig.7 Diagram of different forms of grounding grid

為直觀描述不同外延形式對桿塔接地網(wǎng)接地電阻降低效果的影響，引入降阻效率γ如式（8）所示：

式中：RI為方框無外延型接地網(wǎng)的接地電阻；Ri為其他外延形式接地網(wǎng)的接地電阻，i=II，III，IV，V。

設(shè)置ρ0分別為200 Ω·m，500 Ω·m，1 000 Ω·m，1 500 Ω·m，1 800 Ω·m，仿真計算得到不同土壤電阻率條件下不同外延形式接地網(wǎng)的接地電阻R、降阻效率γ、地表電位峰值Um，如表3 所示。

表3 不同外延形式接地網(wǎng)的接地特性Table 3 Grounding characteristics of different epitaxial grounding grids

由表3 計算結(jié)果可知，輸電線路桿塔接地網(wǎng)外延形式對其接地特性的影響不同，并且隨著接地網(wǎng)土壤電阻率的增大，不同外延形式條件下接地網(wǎng)的接地特性也會發(fā)生變化。

3.2 降阻效率對比

由表3 中接地電阻計算結(jié)果可知，隨著土壤電阻率的增加，不同外延形式接地網(wǎng)的接地電阻均逐漸升高。在土壤電阻率較低的條件下，Ⅰ型方框無外延型接地網(wǎng)具有最高的接地電阻，Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)接地電阻數(shù)值最低，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)的接地電阻介于二者之間。隨著土壤電阻率的增大，分形外延接地網(wǎng)的降阻效果不斷提升，當土壤電阻率超過1 000 Ω·m 時，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)的接地電阻逐漸低于Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)，具有最低的接地電阻。當土壤電阻率達到1 800 Ω·m 時，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)的接地電阻較Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)低4.09%。

根據(jù)表3 的仿真計算結(jié)果，不同外延形式接地網(wǎng)在不同土壤電阻率條件下相比于Ⅰ型方框無外延型接地網(wǎng)的降阻效率對比情況如圖8 所示。

圖8 不同形式接地網(wǎng)降阻效率Fig.8 Resistance reduction efficiency of grounding grid under different forms

由圖8 計算結(jié)果可知，對于Ⅲ型單根外延帶針刺型接地網(wǎng)和Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)，當土壤電阻率由200 Ω·m 增大到1 000 Ω·m 時，兩種接地網(wǎng)的降阻效率逐漸增大；當土壤電阻率由1 000 Ω·m 增大到1 800 Ω·m 時，降阻效率繼續(xù)增大，但增大速率逐漸趨于平緩。對于Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)和Ⅳ型方框四角外延帶針刺型接地網(wǎng)，隨著土壤電阻率的增大，降阻效率變化不明顯。在低土壤電阻率條件下，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)降阻效率低于Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)，當土壤電阻率為200 Ω·m時，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)的降阻效率相比于Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)低7.19%。隨著土壤電阻率的增大，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)的降阻效率逐漸增大，當土壤電阻率超過1 000 Ω·m 時，具有所比較的4 種外延中最高的降阻效率。在土壤電阻率為1 800 Ω·m 的條件下，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)降阻效率相比于Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)提高1.53%，相比于Ⅲ型方框單根外延帶針刺型接地網(wǎng)提高9.07%，相比于Ⅳ型方框四角外延帶針刺型接地網(wǎng)提高8.73%。因此，相比于傳統(tǒng)外延接地網(wǎng)，分形外延接地網(wǎng)在高土壤電阻率條件下的降阻效率更具有優(yōu)越性。山區(qū)由于存在巖石層，土壤電阻率較高，更適宜敷設(shè)分形外延接地網(wǎng)。

3.3 地表電位對比

為進一步分析高土壤電阻率條件下不同輸電線路桿塔接地網(wǎng)外延形式對地表電位的影響，在初始土壤電阻率ρ0為1 000 Ω·m 的條件下，計算Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)、Ⅲ型方框單根外延帶針刺型接地網(wǎng)、Ⅳ型方框四角外延帶針刺型接地網(wǎng)、Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)的地表電位如圖9 所示。

圖9 不同形式接地網(wǎng)地表電位Fig.9 Surface potential of different grounding grids

由表3 中地表電位幅值計算結(jié)果和圖9 地表電位分布云圖可知：對于4種不同外延形式輸電線路桿塔接地網(wǎng)地表電位分布云圖，地表電位在主接地網(wǎng)處數(shù)值較大，并沿外延方向逐漸降低。數(shù)值較小的地表電位主要集中在遠離接地網(wǎng)的土壤處，并隨著與接地網(wǎng)距離的增大而逐漸降低。不同輸電線路桿塔接地網(wǎng)外延形式對其地表電位峰值有不同的影響，當土壤電阻率超過1 000 Ω·m 時，Ⅴ型分形外延接地網(wǎng)具有最小的地表電位峰值，當土壤電阻率為1 000 Ω·m 時，其地表電位峰值為125.05 kV，相比于Ⅱ型方框帶四角射線型接地網(wǎng)、Ⅲ型方框單根外延帶針刺型接地網(wǎng)、Ⅳ型方框四角外延帶針刺型接地網(wǎng)，地表電位峰值降幅分別達到1.08%，18.55%，16.97%。因此，在土壤電阻率較高的地區(qū)，相比于其他傳統(tǒng)外延接地網(wǎng)，所比較的分形外延接地網(wǎng)地表電位分布更加均衡。

由仿真計算結(jié)果可知，對于傳統(tǒng)四角射線外延接地網(wǎng)施工存在困難的地區(qū)，如靠近山崖或陡坡的區(qū)域，分形外延接地網(wǎng)能夠滿足雷電流沿單一方向散流的要求，易于敷設(shè)的同時能夠降低施工成本。因此，對于地形地勢復雜且存在障礙的傳統(tǒng)外延接地方式難以敷設(shè)的地區(qū)，尤其對于因存在巖石層而土壤電阻率較高的山區(qū)，適宜采用分形外延接地網(wǎng)。在實際施工過程中，應(yīng)該根據(jù)實際的地形條件以及土壤電阻率條件，合理選擇接地體敷設(shè)方案。

4 結(jié)論

本文基于柔性石墨接地材料和分形理論，提出一種分形外延接地網(wǎng)敷設(shè)方式，以降低輸電線路桿塔接地電阻。采用仿真計算方式，分析角度、分形維數(shù)、分形層數(shù)等因素對分形外延接地網(wǎng)的接地特性的影響規(guī)律，驗證其有效性。

受屏蔽效應(yīng)的影響，分形外延接地網(wǎng)的接地電阻隨著角度的增大呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。外延總長度相同時，分形外延接地網(wǎng)的接地電阻隨著分形維數(shù)的減小而降低，隨著分形層數(shù)的增大而升高。

分形外延接地網(wǎng)的降阻效率隨土壤電阻率的增大而提高。在高土壤電阻率地區(qū)，相同外延長度條件下分形外延接地網(wǎng)降阻效果優(yōu)于傳統(tǒng)外延接地網(wǎng)。因此，在傳統(tǒng)外延難以敷設(shè)的地勢復雜區(qū)域，如土壤電阻率較高的山區(qū)，可以靈活選用分形外延接地網(wǎng)以降低輸電線路桿塔接地電阻。