直流输电接地极大地电阻率测量方法
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摘要：本文介绍了几种工程上常用的测量大地土壤电阻率的方法，包括电流注入法、电位拟合法和电磁耦合法，给出各种测量方法的基本原理或布置图。通过公式推导，揭示了几种电流注入法（包括温纳排列、库勒伯格排列和不等距四极布置）之间的联系和区别，并对文中所提及的各种测量方法的适用范围和特点进行比较。通过比较，结合特高压直流输电工程中接地极设计的实际要求，提出大地电磁测深法（ＭＴ法）在特高压直流接地极设计中的优势和应用前景。
关键词：大地电阻率；特高压；接地极；大地电磁测深法
1概论
由于土壤的取样将破坏其结构和水份从而不能得到其真正的电阻率，因此迄今为止，几乎所有在现场测试土壤电阻率的方法都是以稳定电流场未基础，假设大地在各个方向上是均匀的。实际上在大多数区域里，土壤在各个方向上是不均匀的，因而实际测得的数据不是真正的电阻率，而是视在电阻率。[1]
测量土壤电阻率参数的一个重要目的，就是以测量所得的大地电阻率值为依据，计算或确定地电流对环境设施的影响，并确定是否采取保护措施。
因此，极址土壤电阻率参数的测试范围应和接地极设计所采用的入地电流，环境和地质情况有关。一般来讲，入地电流越大，周围环境设施越复杂，大地导电性能越差，要求测量的范围越大。
在如此之大的范围里，为了减少测试工作量，同时也能满足计算精度要求，通常对极址附近的2平方公里范围里的土壤电阻率进行详细地勘测；对于远离这个范围直至数十公里以远，采取抽样勘测，或者通过收资确定。[2]
2 测量土壤电阻率的方法
2.1电位拟合法
众所周知，在给一接地装置注入电流时，其附近地面电位将升高。显然各点电位升，除了与入地电流线性相关外，同时与试验场地土壤电阻率及其分布也密切相关。为此，这里介绍的电位拟合法，就是采用计算机，对土壤电阻率值及其分布是给定的模型，进行地面电位分析计算。通过合理地改变极址土壤电阻率值及其分布，使得各点的电位理论计算值与试验值相拟合，来确定极址土壤电阻率参数值及其分布。电位拟合法工作分两步进行。
第一步：现场模拟试验。在被试极址合适的位置安装一个小型模拟电极（建议采用半径为5m的圆环），在远离模拟电极（建议大于20Km）的地方安装一个辅助电极，租用附近的配电线路，将其中的一相或两相，串入试验电源后连接两个电极，另一相留作测量电位用。试验时，给模拟电极注入一定值（建议大于5A）的电流，同时在模拟电极至两电极中点间测量电位升。电位测点数目应足够多，
电位变化大的地方测点应密一些，反之可稀一些，总之应使测得的电位分布曲线有良好的连续性。
第二步：计算机拟合。我国第二个高压直流输电工程――天生桥至广州±500千伏直流输电工程天生桥侧接地极位于大山区，土壤导电性能差，且分布复杂。模拟试验中发现，在离开试验电极距离大于试验电极任意两点间最大距离的5倍以远外，无论是山区还是平地或稻田，等电位线基本上是同心圆。因此，无论极址土壤电阻率参数如何分布，可以将其视为水平分层等值分布。在拟合计算中，先应根据试验得到的电位分布曲线和形状，同时结合极址地区地质资料，估计出极址土壤电阻率参数分层，并给出初值，然后采用计算机计算出与模拟试验相同测点的电位，通过不断地修改初值，达到理论计算与模拟试验结果吻合。当理论计算与模拟试验的电位分布曲线是吻合或比较吻合时，此时的给定初值即可作为土壤电阻率参数的设计计算模型。这里必须指出，在进行拟合计算时，电极形状、尺寸和埋深必须与试验模拟电极完全一致。
由于电位拟合法模拟了接地极运行情况，因此所获得的参数真实可靠，特别适用于确定土壤参数分布复杂地区和数百米至数公里深处的土壤电阻率值。但此方法需租用配电线路，实验难度较大，费用较高，同时数据处理比较复杂。
2. 2 电磁探测法
已经广泛应用于矿产勘探的电磁法也适用于接地极地区电阻率测量，并且可以连续测量取得大地电阻率读数，而不必像ER法那样逐点取得读数。此方法主要用来测量极址深层（数公里至数十公里）和远离极址（数公里至数十公里）大范围大地电阻率参数。[3]
电阻率电磁测量系统主要包括一个作周期变化的电流源和一个接收器。电流源和接收器通过由大地传导的电磁而互相耦合，EM源的接收器接收来自电流源的一次（发射）电磁场信号和地下导体引起的二次（反射）电磁场信号，显然接收到的两次信号相位错开，但频率相同。所用装置对形状和导电率各不相同的物体产生响应，通过比较响应的计算值或测量值便可解释EM测量结果。该装置的测量结果足以用来确定电阻率相对高或相对低的地区。
在此类EM方法中，导电率测绘的有效深度与穿过集肤深度的频率成反比，电磁场法通常是以其所使用的电磁频谱中的频率加以描述的。几米的浅层测量使用10至25赫兹的甚低频率；测深在1公里可用1至10,000赫兹的频带（称为音频带）；测深达数十公里者可用低至0.001赫兹的频率。
EM系统通常分为空中测量和地面测量两类。空中EM系统对站址选择特别有吸引力，因为它可以迅速地粗测出地表导电率。某些更为完善的系统还可以对地表松散层的厚度和导电率作出判读。在某些情况下还可测定基岩的导电率。
4 结束语
本文介绍了各种土壤电阻率测量方法，并对它们的适用范围和特点进行了比较，从而提出在特高压直流输电接地极的设计中大地电磁法测深法（MT）的应用前景。
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