新型石墨復合接地材料的應用1目錄一、背景及意義四、應用情況二、研究內容三、改造方案23輸電線路走廊跨度較大，地理環(huán)境復雜。目前有6500余基在運的輸電線路桿塔，其中約有35%接地網腐蝕或阻值超標。對發(fā)生過雷擊跳閘線路的40基桿塔進行接地電阻測量，其中不合格率高達58%。背景4惡劣土壤條件下，傳統(tǒng)鍍鋅鋼材料腐蝕嚴重接地引下線容易被盜山地、丘陵地形施工困難傳統(tǒng)降阻方式效率低、易“反彈”存在問題線路跳閘率降低桿塔接地電阻加強接地網貼合接地網防腐蝕接地網防盜降低目的意義施工便捷新型接地材料應用降低全生命周期成本5意義目錄二、研究內容四、應用情況一、背景及意義三、改造方案6增加接地體的截面積減小接地體與土壤的接觸電阻無機鹽擴散和滲透到周圍土壤膨潤土類降阻劑具有較強的吸水性化學降阻劑加速了接地體的腐蝕降阻效率低易流失，長效性難以保證污染土壤及水源等諸多問題降阻劑降阻機理深圳電網應用降阻劑發(fā)現的問題7分析常規(guī)降阻方式降阻劑降阻特性與影響因素研究8降阻劑使用量的影響隨著降阻劑使用量的增大，“一”字型接地網的接地電阻逐漸降低，降阻效率有增大的趨勢，但其增加幅度逐漸降低。即使在接地溝中全部敷設降阻劑，當降阻劑的厚度達到直徑28cm時，其降阻效率也不超過25%降阻劑電阻率的影響降阻劑敷設位置的影響降阻劑的電阻率在一定范圍內波動（0.1~10Ω·m）降阻效率無影響。在高土壤電阻率地區(qū)（往往土壤電阻率遠遠高于降阻劑的電阻率）時，降阻劑電阻率參數對降阻效率的影響程度降低。降阻劑敷設在接地體的兩端時，其降阻效率高于接地體中心位置，這是由于接地體的屏蔽效應所致。實際桿塔接地網降阻中，在接地體端部施加降阻劑，有利于提高桿塔接地網的降阻效率。降阻劑降阻特性與影響因素研究（“一”字型接地網）仿真試驗所取的接地網模型為“一”字形接地網，仿真計算選取的接地材料分別為盛煌電力生產的Ф28mm石墨復合接地材料（ρ=3.25×10-5Ω·m，μr=1），降阻劑材料為市面普通降阻劑材料，其電阻率標稱值為0.5Ω·m，實際測量值約為1.20Ω·m。9敷設位置的影響當降阻劑敷設在桿塔接地網中的射線上時，其降阻效率高于桿塔接地網中敷設在方框位置上的降阻效率。接地面積的影響土壤條件的影響接地網越小，降阻劑的降阻效率越高。相對于接地面積對接地電阻的影響，降阻劑的作用隨著接地面積的增大越來越弱化。即使降阻劑數量達到理論上的飽和，其接地降阻效率也很難超過30%。不同土壤電阻率下降阻劑的降阻效率幾乎一致。仿真所取的220kV輸電線路桿塔接地網射線長度與方框長度的比例較高，降阻效率整體較高。即使射線上已經全部敷設足夠厚度（圓周直徑達28mm）的降阻劑，已經接近理論上的絕對飽和，實際的降阻效率仍然未超過20%。降阻劑降阻特性與影響因素研究（方框射線型接地網）接地體方框邊長為20m，射線長度為20m，土壤電阻率為1500Ω·m常規(guī)接地模塊主要由石墨粉組成，在石墨粉中加入適量的不導電粘合劑及金屬氧化物等加水攪拌均勻后注入模具干燥成形而成。導電混凝土型接地模塊采用的導電相材料分為兩大類，即導電纖維和導電顆粒。常見的輸電線路桿塔接地網接地模塊10接地模塊特性與影響因素研究11敷設密度的影響隨著接地模塊數量的增加，接地模塊的降阻效率越來越高，并且增速越來越快。當接地模塊間距過密時，接地模塊的降阻效率不再增加，如接地模塊間隔為0.25m時，降阻效率維持在34.29%左右。單側排列與雙側排列的影響垂直敷設與水平敷設的影響水平單側排列與水平雙側排列的降阻效率差別并不大。在相同敷設間距下，垂直敷設的降阻效率明顯高與水平敷設的降阻效率。在敷設間距大于0.5m時，隨敷設間距的降低，降阻效率明顯增加，并且增速越來越快。接地模塊降阻特性與影響因素研究（“一”字型接地網）12敷設位置的影響接地模塊敷設在“口”字型接地網對角位置比擺放在“口”字型接地網居中位置的降阻效率高。敷設密度的影響敷設方式的影響當接地模塊之間的間隔距離大于0.5m時，隨接地模塊間隔距離的減小，即擺放密度的增加，降阻效率逐漸增加，并且增加的速度越來越快。接地模塊的間距過密時，因模塊之間屏蔽作用的增強，降阻效率呈現出飽和趨勢。同樣是水平擺放，擺放在對角位置的降阻效率要比擺放在居中位置的降阻效率高。在“口”字型接地網的相同位置，水平擺放的降阻效率要比垂直擺放的降阻效率高。接地模塊降阻特性與影響因素研究（“口”字型接地網）13敷設位置的影響當接地模塊敷設在射線部分接地體末端時，接地網整體降阻效率遠遠大于其他情形。在實際桿塔接地網施工中，在同等接地模塊使用數量前提下，將接地模塊放置在接地網的射線上，接地網的整體降阻效率最高。土壤條件的影響接地面積的影響當接地模塊間距間距過小時，接地模塊之間的屏蔽作用顯著影響接地體的散流，“飽和”趨勢明顯。當土壤電阻率分別為1000Ω·m和1400Ω·m時，雖然接地網的接地電阻值增大，但相同接地模塊使用量下，接地網的總體降阻效率基本一致。同樣數量的接地模塊時，應用于小型接地網的降阻效率最高。僅采用接地模塊降阻并不能達到技術經濟性最優(yōu)，并且即使接地模塊數量達到理論上的飽和（即接地模塊間的相互間距小于0.5m），其接地降阻效率也很難超過30%。接地模塊降阻特性與影響因素研究（方框射線型接地網）土壤分層對接地模塊降阻特性的影響當接地模塊深入低電阻率土壤層時，降阻效率明顯提高，且降阻模塊使用數量越少時，由于降阻模塊深入低電阻率土壤引起的降阻效率的提高越明顯。對比使用四個接地模塊的降阻效率時，降阻模塊深入低電阻率土壤時的降阻效率幾乎是不觸及低電阻率土壤時的兩倍。（1）接地模塊未觸及深層土壤14（2）接地模塊觸及深層土壤常規(guī)降阻方式總結傳統(tǒng)接地降阻輔助材料，無論是降阻劑還是接地模塊，只有在大量使用時才有明顯的作用，而大量使用必然導致成本的增加。在實際輸電線路桿塔接地網設計與施工時，單純采用降阻劑或接地模塊降阻并不能達到技術經濟性最優(yōu)，并且即使量達到理論上的飽和，其接地降阻效率也很難超過30%。15良好的導電性可靠的耐腐蝕特性降阻長效性與土壤貼合度高，降阻效率高方便運輸與施工石墨復合接地材料的應用特性16接地安全性。新型接地材料并未減小金屬接地材料的面積，相反，外層石墨層的加入，使得材料的整體面積增大，有效地增加接地材料的整體通流能力。石墨復合接地材料外層石墨層致密性良好，可以較好的降低內芯金屬形成化學原電池的路徑，降低金屬接地材料的腐蝕深度，提高材料的整體使用年限，減少接地裝置全壽命周期成本。石墨復合接地材料外層石墨層增大與土壤的接觸面積，有效地降低接地網的接地電阻值。石墨具有優(yōu)良的散熱效果。接地材料特性總結采用加強纖維作為骨架，以高純膨脹石墨作為主體，輔以粘合劑包覆后進行壓制，通過多次編織成型，最終得到高密度、高導電性的接地材料?？梢詫⑹珡秃辖拥伢w進行形象比喻成人體結構：加強纖維構成人體骨骼，起到支撐接地體、增強接地體力學性能的作用；膨脹石墨構成人體的肌肉組織，是整個石墨復合接地體的主體結構，起到主要的導電作用；粘合劑作為“血液”連接纖維及膨脹石墨，加強兩者之間的結合，提高致密性及力學結構性能。18石墨復合接地材料的制備原材料選擇與處理石墨純度越高，其導電性能越好，一般作為電池、電容器等工業(yè)應用的導電用石墨電極，其純度一般要求在95%以上。19氧化插層鱗片石墨氧化處理后的可膨脹石墨膨化后的蠕蟲石墨采用的鱗片石墨原料目數為80目，純度為99.5%，鱗片石墨大小均勻，單個石墨片較為飽滿，鱗片表層基本無雜質，鱗片石墨邊緣較為圓潤原材料的微觀分析鱗片石墨微觀特性分析（SEM，放大倍數：100×）可膨脹石墨微觀特性分析（放大1000倍）20膨化之后得到的膨脹石墨呈現出蠕蟲狀，從掃描圖上清晰看到了石墨斷面“V”形開裂和網狀孔隙結構。膨脹石墨微觀特性分析（放大2000倍）通過氧化和酸化，鱗片厚度有所增加，外觀與酸化前有明顯變化，整體形貌基本上已經不具有明顯的鱗片狀結構。酸化與氧化處理前后，單個石墨微片實現充分插層，石墨的斷面結構上有明顯變化，鱗片發(fā)生了扭曲，鱗片片層有開裂和折斷的現象，石墨總體厚度明顯增加。從掃描電鏡圖可以看出，可膨脹石墨己經不具有原料石墨鱗片的斷面結構，而出現了明顯的類似于膨脹石墨的外形開裂的結構。原材料的微觀分析在對石墨接地體電阻率測量時采用四極法。為消除石墨線電阻率的溫度系數對電阻率測試結果的影響，所有測試均在20℃的干燥室內環(huán)境下進行。測試結果為石墨線的直流電阻率，采用的儀器為四端引線的微電阻測試儀，最小量程為1μΩ。測試樣品的選擇應為同一制備條件下的石墨線，試樣均為同一制備工藝下的樣品。夾具的選擇對測量結果有一定影響，環(huán)形夾具使得測量結果方差較小，穩(wěn)定性良好。測試之前需用游標卡尺多點測量石墨線直徑，并測量P1、P2兩處環(huán)形夾具的距離L。為保證電流密度的均勻，電流端與電壓端的間距應大于100mm，且兩電壓端的距離應大于200mm。玻璃纖維石墨線的電阻率為3.158×10-5Ω·m。石墨線電阻率測量接線圖22電阻率測試石墨復合接地體的電阻隨溫度升高而逐漸降低，與金屬完全相反，電阻率為負溫度系數。低溫耐受試驗耐溫特性測試23由于石墨線膨脹形變?yōu)榉峭耆珡椥孕巫?，當石墨復合接地體恢復到初始溫度時，材料的致密性恢復不到初始結構狀態(tài)，因此試驗之后石墨復合接地體的電阻測量值較初始值略有升高。高溫耐受試驗24耐溫特性測試25接地模擬試驗室內接地模擬試驗平臺采用半徑為4m的半球形金屬模擬槽，實測土壤電阻率約167Ω?m。配備60kV/10kA的沖擊電流發(fā)生器，電阻式分壓器、羅氏線圈、示波器。室內接地模擬試驗平臺26戶外大型接地模擬試驗平臺用最大峰值100kA、波形分別為8/20和2.6/50us的沖擊接地試驗平臺。配備電阻式分壓器、羅氏線圈、示波器等。采用直徑40m的回流電極。戶外接地模擬試驗平臺27室內接地模擬試驗布置常見的金屬接地材料—Φ12mm鍍鋅圓鋼、非金屬接地材料—Φ28mm石墨復合接地材料這兩種典型的接地材料；試驗樣品長度為2m，埋深為0.5m。28室內工頻接地模擬試驗工頻接地模擬試驗采用升壓變壓器施加工頻電流，試驗時通過控制臺調節(jié)調壓器的輸出電壓，從而調節(jié)接地體的電流激勵。測量采用2個萬用表測量入地點的電壓值以及回路電流值。同時，采用示波器采集電壓和電流的波形。室內工頻接地模擬試驗平臺29鍍鋅鋼與石墨復合接地體配合使用時，接地電阻值降低明顯。隨著連接點數量的增多，鍍鋅鋼與石墨復合接地體組成的“組合式”接地網的接地電阻值逐漸呈現出降低的趨勢，但總體降低幅度并不多。石墨復合接地體與土壤的接觸面積比圓鋼接地體顯著增大，且有效降低了接地體的趨膚效應，具備實際應用可行性。30鍍鋅鋼與石墨復合接地體配合使用時，沖擊接地電阻值降低明顯。隨著連接點數量的增多，“組合式”接地網的沖擊接地電阻值逐漸呈現出降低的趨勢。石墨復合接地體可以單獨作為接地體使用，且沖擊接地電阻值小。接地模擬試驗選擇開闊平原地區(qū)，每個接地溝長度15m，深度0.8m，寬度約0.4m。試驗場地采用四極法測量土壤電阻率的值為122.5Ω·m，土壤結構為均勻土壤。為減小各組試驗之間的相互影響，接地溝水平間隔在5m以上。真型接地模擬試驗（1）鍍鋅鋼

接地電阻值=16.38Ω31（2）石墨接地體接地電阻值=12.81Ω目錄四、應用情況二、研究內容一、背景及意義32三、改造方案33選擇接地電阻超標典型桿塔現場測量土壤地形條件差異化降阻方案仿真設計“組合式”接地網施工測量組合地網接地電阻定期開挖對比腐蝕情況123456施工作業(yè)流程引下線連接金具采用特制合金接頭，采用6噸電動扣壓機完成壓接，連接強度大引下線連接金具與塔腿采用標準螺栓進行連接，并涂覆防腐漆。接地引下線部分采用熱縮套并收緊，外加鎳鎘合金鎧甲。圖2.4引下線的連接金具處理34連接件處理連接件設計I型35夾板式設計方案連接件設計II型箱體式設計方案連接件連接件設計III型抗拉性能測試中，接續(xù)件III型能保證在8kN的拉力作用下無脫扣現象，滿足工程要求。36擠壓止退型連接件

組合式接地網結構圖

交叉點處接地網鋪設方式優(yōu)點：不破壞原有接地網，接地電阻小，接地安全性高避免了金屬接地材料的浪費37施工方案目