现如今,经济的迅速发展使得全国对电力的需求量不断增大,电力供应覆盖率的提高、特高压输电线路的应用都迫使线路防雷接地问题得到研究与解决。接地系统发生故障,会造成不同程度的人员伤亡或经济损失。土壤阻抗作为决定接地系统性能的主要参数,其导电性能影响因素非常多,如土壤的孔隙率、含水量以及土壤颗粒的团聚效应等,难以通过宏观实验得到土壤阻抗随单一因素变化的结果。而且现如今的研究主要通过实验测量得到其规律,然后从微观上进行定性的猜测。针对土壤这类多孔介质的导电性能的研究,还缺乏一种科学的分析方法。分形学的研究成果为本文提供了土壤内部结构的建模方法。因此,本文基于改进型Sierpinski地毯模型进行电力仿真,为多孔介质电工材料,离子输送及电力系统接地保护的研究奠定了基础。本文主要围绕着以下几个方面展开研究:基于导师团队提出的改进型Sierpinski地毯模型,在MATLAB中建立二维土壤分形模型。并根据实验所得的土壤中的水主要是吸附于固体颗粒表面,给土壤模型赋予水单元。土壤导电性能直接主导了接地系统的设计。相同的接地电阻情况下,土壤电阻率不同,导致接地系统成本相差数十到上百倍。同时土壤电阻率的改变,会影响接地系统的安全。土壤的导电性能会随着含水量及温度而改变。本文把MATLAB软件建立好的二维土壤分形模型导入ANSYS软件中,通过该软件对模型进行求解处理,得到了模型的传导电流密度矢量与电压强度矢量,并计算出土壤模型的视在电阻率。仿真处理多组土壤电阻率数据,发现土壤当含水量过低或者过高时,相同含水量相同孔隙率但是介质分布不一样的土壤模型之间的电阻率差异小,但是当含水量处于临界导通状态时,它们之间的电阻率差异最大。现有的研究均发现电学性能随着含水量的变化,会存在一个突变现象,但只能宏观地猜测是由于水分布的连通性造成,无法证实,也无法找出其临界条件。本文基于微观角度提出一种研究土壤导电性能的数学方法,即微元统计法。该方法用科学统计分析来研究土壤中水微元的视在电导率。研究发现水微元的视在电导率呈指数分布。根据分布的均值与含水量的关系,找出了土壤电阻率突变的临界条件,解释了含水量引起土壤电阻率变化的机理。在该方法的基础上改变相应的条件和材料类型就可以应用于温度,离子类型浓度,固体颗粒类型以及孔隙结构等因素对土壤导电性能影响的研究。通过与现有研究结果比较,所得结论均相符或类似。所以,本文的二维土壤分形模型适用于对多种因素共同作用下的土壤的电气性能进行分析,具有方便、快捷、易于更改参数与施加条件的特点。