接地系统是保证电力系统安全运行的根本条件，因此变电站的接地系统研究对于电力系统设计具有重要意义，而接地网的优化设计是接地研究中的重要部分。由于采用等间距设计的变电站接地网地表电位梯度很大、散流不均匀，因此有必要在不等电位模型下研究接地网的不等间距优化布置规律，为接地系统的设计提供理论依据。本文首先介绍了分层均匀土壤中点电流源的格林函数及其快速算法，用复镜像法求解格林函数的待定系数。基于场路结合的思想，建立了变电站接地网不等电位数学模型，对导体的内自阻抗、导体的外自感和互感、互阻抗矩阵都作了详细的说明。在此基础上，提出了一种基于改进的自适应遗传算法的接地网优化设计方法，该方法在不等电位和双层土壤结构模型的基础上，建立最大接触电压值达到最小的目标函数，采用改进的自适应遗传算法求解最佳压缩比，从而得到水平地网的最佳优化设计方案。在此基础上深入研究了垂直接地极和引外接地的效应，通过理论分析与数值计算，探讨了垂直接地极和引外接地的降阻降压效果，为高土壤电阻率地区变电站的接地系统设计提供了有效的优化设计方法。基于本文所提出的接地系统优化设计方法，对某110kV变电站接地系统进行设计，并针对不同的应用场合提出了几种可行的优化设计方案。仿真计算表明：水平接地网均压带采用基于改进自适应遗传算法的不等间距优化布置，与传统的等间距布置方法相比具有更明显的均压效果，可显著降低最大接触电压；水平接地网结合垂直接地极、水平接地网结合引外接地的设计方案更能大幅度的降低接地系统的接地阻抗和最大接触电压，有效提高地网运行的安全水平。