随着GIS(Gas Insulated Substation)的投运,故障、操作等暂态入地电流频率越来越高,可达100 MHz。高频故障电流入地将产生复杂的电磁环境,对接地系统产生巨大的影响。由于我国接地装置多采用镀锌扁钢作为接地导体材料,相较于铜,其电导率较小,磁导率较大。高频故障电流经接地装置入地散流过程中,导体产生电感效应,使得导体纵向阻抗变大,接地装置出现高阻抗现象,接地导体有效长度减小,导致接地装置近区暂态地电位升高,给人员和设备的安全带来隐患。由于集肤效应的影响,高频故障电流集中分布在接地导体表面,在超高压、大容量变电站接地网下存在电位分布不均现象。同时,土壤是一种典型的频散介质,随着频率的升高,土壤电阻率和介电常数的取值也会发生相应变化。因此,传统的经验公式已经不能满足日益增长的接地系统安全要求,需要提出一种考虑土壤参数随频率变化的接地装置高频特性计算方法。传统的接地性能分析中,土壤参数通常设置为常数。实际的故障暂态电流频率很高,范围很广,在接地系统的数值仿真计算中需考虑高频故障电流的影响。本文开展了土壤参数频变特性的试验研究,测量得到了5%~30%含水率下土壤样品的复阻抗,并采用Cole-Cole模型的表达式对试验数据进行数值拟合,得到了相对介电常数和土壤电阻率关于频率的拟合公式。然后基于全波麦克斯韦方程建立了接地装置高频特性有限元分析模型,该模型考虑了感应电流与位移电流的影响,引入空间几何坐标变换解决有限计算区域与无穷散流空间的矛盾,并采用阻抗边界条件处理高频故障电流下的集肤效应。本文通过建立单根水平接地极、单根垂直接地极以及水平接地网的高频特性有限元分析模型,计算得到了高频故障电流作用下三种典型接地装置近区地面电位分布规律。最后对某生产GIS设备的工厂进行实例分析,得到GIS故障入地电流产生的暂态地电位升时域响应,并讨论了垂直接地极和屏蔽网对接地网暂态地电位的抑制作用,从而提出了接地网优化设计方案。结果发现,故障电流频率越高,沿导体方向地面电位分布愈发不均匀。此外,添加垂直接地导体或屏蔽网能增大接地网散流面积,显著改善高频故障电流作用下接地网的高阻抗问题,使接地网近区地面电位分布更加均匀。