高原输电线路最容易被看见的是铁塔。塔位沿山脊铺开，银线越过峡谷，构成了人们对“高原电力”最直观的印象。但在每一基铁塔脚下，还有一层几乎不会被注意的系统，同样承担着以年为单位的运行周期——接地装置。

它埋在地下，不发光，不发热，也不产生电量。它只在雷击发生的那几十微秒里，决定杆塔电位能不能被压住。而它一旦失效，前面所有的投资与运行努力，都要接受一次不必要的考验。

本文尝试从现场条件出发，把高原接地到底难在哪、难在哪个环节，逐层拆开来看。

一、高原究竟改变了什么

很多技术讨论习惯把“高原”当成一个整体标签，实际上它至少包含三组相互独立的物理变化。

第一组，是大气条件。海拔升高、空气密度下降，外绝缘的放电特性随之改变，绝缘配合的裕度被压缩。这意味着同样的雷电流下，杆塔电位的允许值更小，对接地装置的泄流能力要求反而更高。

图1 雷雨天气下的高压铁塔

第二组，是土壤条件。高原线路常穿越山地、坡地及岩石裸露区，土层薄、含水条件差、基岩埋深浅。土壤电阻率从几百Ω·m跃升到一两千Ω·m并不罕见，个别塔位甚至更高。雷电流由接地体向大地扩散时，面对的阻力成倍增加。

图2 岩石裸露的高原土壤剖面

第三组，是温度条件。高海拔地区昼夜与季节温差大，土壤中的水分反复跨越冻结点。冻胀抬升、融沉下落、干裂收缩，一年之内可能完成好几个循环。

图3 高海拔冻土冰川地貌

这三组变化彼此并不独立，但它们的作用位置不同：大气条件影响的是“允许的电位上限”，土壤条件影响的是“散流通道的阻力”，温度条件影响的是“通道能否长期保持连通”。

弄清楚这一点，才能回答下一个问题——高原接地失效，究竟失效在哪一环。

二、三种失效模式，对应三件不同的事

从运行经验看，高原接地的问题大致可以归为三类。

第一种，是散流能力不足。表层表现是接地电阻偏高、冲击接地阻抗不合格。根因往往是土壤电阻率高、敷设空间被岩石压缩，可用的散流体积不够。

图4 敷设于土壤中的带状接地材料

第二种，是接触劣化。这一种更隐蔽。接地体敷设完成时测试合格，运行三五年后复测，数值却慢慢爬升。原因常在于冻融循环、水土流失使接地体与土壤之间出现缝隙，形成空气界面。空气是极差的导体，一旦界面形成，有效接触面积大幅下降。

图5 劣化的金属管线

第三种，是本体腐蚀。传统金属接地材料在酸性、盐碱土壤中长期埋设，会持续失重、截面缩减，最终在雷电流冲击下失去动热稳定能力。

图6 锈蚀的现场接地设备

值得注意的是，这三种失效在工程现场经常被混为一谈，统一归结为“接地电阻不达标”，然后统一用“增加材料用量”来处理。但如果失效环节判断错了，增加用量往往只是把问题推迟几年。

三、为什么“加大用量”在高原常常行不通

即便判断准确，“多铺一些”这条路在高原也有硬约束。

一个约束来自场地。岩石地层中，接地沟要开挖到设计深度本身就困难。表层浮土之下即为大小不一的岩石，沟槽走向、深度、长度都被现场条件牵着走，设计图纸上的射线布置往往无法完整落地。

第二个约束来自运输。山地塔位大多没有施工道路，材料靠人抬、靠索道、靠骡马。同等接地效果下，材料重量每增加一分，现场成本就增加一分，作业安全风险也增加一分。

第三个约束来自生态。高原植被恢复周期以十年计，大面积开挖之后的扰动很难在短期内修复。土方量不仅是成本问题，也是环保问题。

第四个约束来自工期。高原有效施工窗口每年只有几个月。焊接、防腐处理、回填夯实这些工序在低温和缺氧环境下效率大幅下降，工序越多，越容易在窗口期内完不成。

所以高原接地面对的不是一道技术题，而是技术、施工、生态、工期四重约束下的综合题。任何只谈性能、不谈可实施性的方案，在高原都会打折扣。

四、几条正在被验证的技术路径

在上述约束下，行业内大致形成了几个方向的探索。这里不追求定论，只把思路摆出来供同行讨论。

路径一：把“散流面”补回来。

既然高阻土壤中可用的散流体积不足，就在不扩大开挖量的前提下，提高单位面积的有效接触。铺设有一定幅宽的柔性导电布层，使接地体不再只是一根“线”，而成为一个“面”。这一思路在岩石地层中较为直接，对开挖量增加有限。

路径二：让接触“跟得上”土壤的变化。

针对接触劣化，关键在于材料本身能否随土体形变。具有一定柔性与回弹特征的接地材料，在冻胀、融沉、干裂发生时可随之形变，保持接触压力，减少缝隙形成的可能。这是从“抗”转向“适”的思路转变。

路径三：把散流路径向地下延伸。

当水平敷设空间已被岩石锁死，可考虑设置垂直接地极，把散流通道引向更深、含水条件更好的地层。离子接地极、多层复合接地极属于这一方向。

路径四：预制化，把工序搬回工厂。

现场只做开挖、敷设、连接，把切割、焊接、成型、防腐等环节前置到工厂完成。这一思路对缩短现场工序、降低高原作业强度意义明显，便于质量一致性控制。

路径五：以成套配置替代单一材料。

上述几条路径各有适用边界。实际塔位往往是多种条件叠加——既高阻，又岩石密布，又空间受限。此时单一材料很难覆盖全部需求，需要按塔位条件对接地体、辅助散流层、降阻单元、垂直接地极等进行组合配置，形成一基一策的成套方案-预装式成套接地装置。

需要说明的是，这套配置逻辑的前提是现场勘测必须做在前面。土壤电阻率、地质结构、可利用敷设空间，这三项数据不到位，任何配置都只是估算。

五、一个可供参照的现场

理论的成立与否，最终要由塔位说话。

110千伏日昌Ⅱ线34号杆塔所属于西藏山南市，现场土壤电阻率为1500Ω·m。杆塔周围岩石较多，开挖表层浮土后，下层即为大小不一的岩石，接地沟开挖与土方作业受到明显限制。按常规思路，这个塔位大约会走“延长射线+换土”的路线。但现场条件不允许——从山下取土再向山上换，运输成本和生态扰动都难以承受。

实际处理是在接地沟施工完成后，于沟底铺设宽300毫米的导电布层，在不扩大开挖量的前提下增加有效接触面积，替代换土做法。成套装置埋设完成后，现场实测接地电阻约10Ω。

图7 高原塔位接地沟施工铺设

图8 高原塔位铁塔基座

这个数字值得关注的地方不在于“低”，而在于用了什么代价换来的：没有扩大开挖范围，没有引入外部换土，没有增加运输负担。它说明在上述四条约束同时存在时，“提高单位面积的有效接触”这条路径是可行的。

当然，单个塔位的成功不等于普遍适用。不同土壤电阻率区间、不同岩石类型、不同冻融等级下，配置方式需要分别验证。这也是当前行业更需要做的事情——不是证明某个产品好，而是积累足够多的塔位数据，把“什么条件配什么方案”变成可以查表的经验。

六、留给行业的三个问题

写到这里，与其给出结论，不如提出三个仍然开放的问题。

其一，高原接地的设计依据该不该分级？

目前多数设计仍以工频接地电阻为单一控制指标。但在高海拔、强雷暴区域，冲击接地阻抗与散流系数对防雷效果的影响可能更直接。是否应当按海拔、雷暴日、冻融等级建立分级的设计与评价方法，值得探讨。

其二，长期性能如何验证？

出厂试验和竣工测试只能说明“当时合格”。真正决定运行安全的，是五年、十年之后的状态。建立高原接地装置的长期回访机制，比增加一次出厂检测更有价值。

其三，经验如何变成可复制的规范？

高原接地的很多做法目前仍停留在“项目经验”层面，依赖具体工程团队的判断。把这些经验沉淀为可评审、可复制的技术规范，是从个案走向行业能力的必经一步。在这方面，河南本地已积累了一定基础——围绕石墨基接地开展的工程验证与标准研制，已覆盖国家标准、行业标准与团体标准多个层级，河南省新兴接地材料产业技术创新战略联盟也在推动上下游协同。

高原的接地装置，埋在地下，看上去是整个工程里最不显眼的部分。但它的稳定与否，决定了一条送电通道在未来几十年里，能否安稳地穿过雷雨季节。

这或许也是电力装备行业的共同课题：真正的可靠性，往往写在地下。

【投稿信息】

撰稿单位：河南四达电力设备股份有限公司

所属领域：输电设备

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