珠三角地区雷暴灾害天气频发,雷击输电杆塔导致巨大的雷电流通过接地装置流入地中,严重影响周边环境安全;例如,雷暴天气过后,发生珠三角地区鱼塘内出现鱼体死亡的现象,给当地居民造成巨大损失和安全威胁。雷电流幅值大,包含丰富高频成分,接地装置以及周围土壤在雷电流作用下会发生电感效应和火花效应,这两种现象使得接地装置表现出复杂的冲击特性,对地中散流过程产生影响。对珠三角地区的土壤进行调研,使用平行极板装置对典型土壤进行实验,得到了不同土壤的临界击穿场强以及砂土和棕黄壤电阻率随场强变化的定量关系,并以分段函数表示;建立考虑火花效应的接地体冲击散流有限元模型,依据实验数据构建土壤电阻率与场强关系;搭建沙池实验平台,使用不同拓扑形式的冲击实验数据与冲击散流模型对比,验证了该模型可有效分析接地体的火花效应;对不同拓扑接地体进行仿真计算,得到了水平接地体、十字形接地体和带短导体接地体在考虑火花效应时的冲击散流特性。结合电路理论和电磁场理论提出了输电杆塔接地装置的场路耦合有限元模型,使用有限元软件COMSOL Multiphysics进行建模;使用该模型计算接地体在全频率下的阻抗角、阻抗值、泄漏电流分布以及不同位置处地电位升波形图,其结果与CDEGS计算结果对比,误差在9%以内,精确验证了该模型在分析接地装置的电感效应方面具有有效性,并分析了接地体的时延效应;结合已建立的冲击散流模型,建立同时考虑电感效应与火花效应的场路耦合模型,设计带有附加电感的小型接地体冲击沙池实验对该综合模型进行验证,误差在5%以内,因此通过综合分析可以认为本文提出的场路耦合模型在分析接地装置的电感效应和火花效应方面具有有效性。最后使用该模型,依据实验数据和事故杆塔周边环境情况,建立有限元模型对杆塔周边鱼塘中电势电流场分布进行分析;搭建实验平台研究鱼体在冲击电流下的鱼体电阻,得到成年草鱼鱼体电导率为720μs/cm-1100μs/cm;通过长期跟踪观察得到鱼体内部组织发生不可逆损伤时的反应情况,并通过有限元模型得到此时鱼体内电能密度阈值,为4699 mW/cm~3;基于以上数据,研究了杆塔周边水域的受灾情况,当杆塔单侧存在鱼塘且临近时,鱼塘中约4.8%的水域内的鱼体会发生失衡现象,失衡水域约135.2 m~2,几乎不存在直接死亡的区域;杆塔两侧存在鱼塘且临近时,受灾区域约为单侧存在鱼塘时的两倍;当鱼塘距离雷击杆塔6 m时,鱼塘的受灾面积几乎为零。