1　引言
　　接地电阻值是发电厂、变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合设计要求的重要参数。由于土壤电阻率的各向异性与土壤电阻率测量值的误差，以及其它不能在规程和计算中考虑的复杂地形因素，接地系统的接地电阻计算值虽然对于设计有一定的指导作用，但施工完成后，还必须通过实测来确定其真实值^［1，2］。目前，设计接地系统时，经常用等值电阻率来等效实际复杂的土壤结构以进行接地电阻的估算，结果往往是设计值与实际值相差甚远，因此更有必要对接地系统在施工完成后的接地电阻进行测量。另外，为了检查运行中发电厂、变电站接地系统的状况，有关技术规程也规定了接地电阻的测试周期。因此，接地电阻的测量是接地系统验收和运行过程中检查其合格与否的重要手段，也是检验接地系统在电力系统发生故障时能否发挥作用的重要措施，已经成为保障电力系统安全运行的一项例行工作。
　　如何简便、准确地测量发电厂、变电站接地系统，特别是大型接地系统的真实接地电阻是长期困扰电力工作者的一大难题^［3，4］。而根据土壤实际结构正确布置测量线路则是准确测量接地电阻的关键。目前我国在接地电阻测量时一般采用0．618法，在现场测量中，经常遇到从各个不同的方向测量同一接地系统的接地电阻得到不同电阻值的情况。通过对地形地质条件分析，发现这种情况大多数发生在接地系统所处土壤沿水平方向存在比较严重的各向异性时。如某220 kV变电站所建位置前面是河流平地，后面是大山，沿不同方向用0．618法测量接地电阻的结果之差超过30％，那么究竟哪个值是准确的，有必要对垂直分层土壤模型中的接地系统的接地电阻测量电极布置规律进行讨论。本文主要讨论双层垂直分层土壤中接地电阻测量时测量电极的布置规律。分析采用数值计算方法，其基本原理文［5］已有介绍不再赘述。
2　接地系统处在低阻层时电压极位置的选择规律　　
　　为了对垂直分层土壤的接地电阻测量电路中的电压极位置选择进行分析，取100 m×100 m、水平导体间距为10 m的正方形水平接地网为待测对象。设该正方形的中心为测量原点，定义边长为D＝100 m。如图1所示，土壤低阻层电阻率ρ₁与高阻层电阻率ρ₂分别为100Ω·m和500Ω·m。下面就待测接地系统处在不同位置（高阻层、低阻层、跨越分界面）及不同的测量方向时（与分界面垂直、平行）分别进行讨论。
                                 
　　如图1所示，当待测接地系统在低阻层ρ₁，设中心距垂直分界面距离为D。当电流极置于高阻层、电流引线与分界面垂直、电流极距测量原点（接地系统中心）分别为2D、4D、8D时（图1中的位置1、2、3），接地系统视在接地电阻曲线在图2中以a、b、c表示；电流极处于低阻层时，电流引线方向与上述方向相反，距测量原点距离为8D时（图1中位置5）的视在接地电阻在图2中用曲线d表示；另外也计算了引线沿分界面平行方向、电流极离测量原点距离为8D时（图1中位置4）的视在接地电阻图2中用曲线用e表示。
　　为了测得真实接地电阻，将以上5种电流极位置情况所要求的电压极位置η列于表1。另外，由于我国目前大部分地区接地电阻测量都采用0．618法，为了对各种电流极布置情况下待测接地系统的真实接地电阻值与0．618法测量得到的接地电阻值进行比较，定义η＝0．618处的视在接地电阻与真实接地电阻的偏差ζ为
　　

式中　R₆₁₈与R_true分别为0．618处视在接地电阻（0．618处与待测接地系统之间的电压差与测试电流的比值）与待测接地系统的真实接地电阻（即在单位电流注入情况下的地电位抬升）。
                             
　　由图2左侧部分曲线可以看出，对不同的测量线路布置方案，当电压与电流极相反方向布置，即电流极和电压极呈180^o布置时，即使电压极长度大于5D，测量接地电阻与真实接地电阻之间的差异仍大于15％，这是因为左侧为低阻层，电位降落较慢，而且由于电流极的影响，使电位降落的速度更慢，所以接地系统与电压极之间的电位差就与仅有接地系统存在时的接地系统与无穷远点的电位差之间相差较大。因此在这种情况下电压极与电流极相反方向布置测得的接地电阻偏小，在现场测量中不宜采用。
　　由于分界面两侧的电流密度相等，而右侧的土壤电阻率大，由E＝σρ可知（E为电场强度，σ为电流密度，ρ为土壤电阻率）右侧的电位降落较快。因而图2中a、b、c 3条曲线处于接地系统与电流极之间的那部分同均匀土壤时的情况相比几乎没有平坦段，因此这时曲线与真实接地电阻直线的交点就相应左移，从表1也可以看出η小于0．618。
　　由图2曲线d可以看出，接地系统与电流极间的部分很平坦，因此与真实接地电阻直线的交点就相应右移，大于0．618。造成这种现象的原因与前面所述的类似，主要是电阻率所致。
　　从以上分析可以看出，电流极垂直于土壤分界面向高阻层或低阻层引线时，得到的电压极位置η与0．618相差甚远。
    当电流极引线平行于土壤分界面方向布置时，由表1可以看出，电压极只要处于电流极引线长度的0．65处，测量得到的电阻就是真实值；而目前采用的常用0．618法测量的接地电阻误差也只有1．4％，能满足工程要求。另外，由于电流极对待测接地系统的影响，曲线a的最右支（电流极右侧部分）与真实接地电阻直线也有一交点。但由于这一交点与接地系统距离较远，而且测量时电压极的定位也比较困难，因而一般不会用它来测量接地电阻。

　　

3　接地系统处在高阻层
　　图1中，当待测接地系统在高阻层（这时ρ₁与ρ₂分别为500Ωm与100Ωm），接地系统中心距垂直分界面距离为D时，分别将电流引线与分界面垂直的电流极处于低阻层，距测量原点距离分别为2D、4D、8D（图1中位置1、2、3）的视在接地电阻曲线在图3中以曲线a、b、c表示；电流极处于高阻层方向与上述方向相反，距原点距离为8D时（图1中位置5）的曲线用曲线d表示；电流极距原点距离为8D，引线平行于分界面布置时（图1中位置4）的视在接地电阻用曲线e表示。
                              

　　分析图3与表2，可以发现这时的情况与待测接地系统处在低阻层时有很大的不同：①由待测接地系统左侧那部分曲线可以看出，在不同测量极布线情况下，当电压与电流极呈相反方向布置时，由于土壤电阻率较高，电位降落比电流极处于低阻层时要快，因此这时的测量误差比较小，但这时电压极距离为5D的接地电阻测量值与真实接地电阻之间的差异也在10％左右。②从图3中的曲线a、b、c处于电流极与待测接地系统之间的那部分可以看出：垂直分界面左侧曲线的上升速度很快，但在分界面处曲线有一拐点，右侧的曲线明显平坦得多。因此与真实接地电阻直线的交点相应右移，大于0．618，这从表2也可以看出来。这是由于在分界面两侧的电流密度相等，而右侧的土壤电阻率突然减小，由E＝σρ可知右侧电位降落的速度较慢。③由图3曲线d可以看出，由于右侧低电阻率层的影响，左侧的电流密度要明显低于右侧。这可从图中曲线50～100 m段看出来，它比处于相同电阻率层，相反方向曲线的电位下降速度要慢，但是大于100 m以后的情形就不同了，这时电阻率因素的影响就强于电流密度的影响，因此电位下降的速度比较快。综合以上两段，真实接地电阻直线的交点就相应右移，大于0．618。④由表2可以看出，当电流极平行于界面布置时，电压极只要处于电流极引线长度的0．66，测量得到的电阻就是真实值；而用目前普遍采用的0．618法的测量误差也只有1．6％，显然可以满足工程要求。
4　接地系统跨越垂直两层
　　假设接地系统中心处于两层土壤的垂直分界面上，电流极与电压极的布置对测量结果的影响，当电流极引线垂直于分界面时，电流极分别位于高、低电阻率层，与电流引线平行于分界面、电流极分别距地网中心为8D时的计算结果如表3所示。 

    
　　与前面的讨论类似，由于电阻率因素的影响，当电流极处于高阻层时，电位降落较快，因此如果用
0．618法进行测量，结果就明显偏大；相反，当电流极处于低阻层时，电位降低较慢，用0．618法测得的电阻值偏小。而电流引线与分界面平行时则高低电阻层的影响相互抵消，因而在0．618点测得的接地电阻与真实接地电阻值非常接近。
　　另外，ρ₁与ρ₂的比值不同对于测试电极的布置规律也有很大影响，由于篇幅所限，本文不作赘述。
5　结论
　　（1）采用0．618法测量得到的视在接地电阻与真实接地电阻之间会有偏差，而且在电流极引线较短时偏差可能会很大，接近50％。一般情况下，误差趋势有以下规律：电流极处于高阻层时测量值会大于真实值，电流极处于低阻层时测量值会小于真实值。
　　（2）如果一定要采用0．618法，电流引线最好沿着土壤分层界面方向，这样测量误差较小，在工程测量中一般是可容许的。
　　（3）在各种电流极布置情况下，都不推荐电流极与电压极呈180^o布置，因为这样的布置即使电压极距接地系统有5D以上的距离，误差一般也会超过10％。
  　（4）0．618法是基于均匀土壤条件推导出来的，因此其使用有局限性；更加科学、合理的测量方法应当是在了解接地系统附近的土壤分层结构情况的基础上，选择合理的电流极引线方向及电压极的布置位置，才能得到比较准确的测量结果，而且对于测量结果与真实值之间的偏离才能心中有数。