柔性石墨复合接地材料及其接地特性

2017第六届新能源发电系统技术创新大会

中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。

文章正文开始

广东电网有限责任公司佛山供电局、武汉大学电气工程学院的研究人员肖微、胡元潮、阮江军、詹清华、黄道春，在2017年第2期《电工技术学报》上撰文指出，鉴于电力接地领域现行金属接地材料存在易腐蚀、运输施工难度大、与土壤间隙大、易偷盗以及高成本等实际工程问题，研发一种新型复合接地材料——柔性石墨复合接地材料。

首先简要阐述该新型接地材料的接地特性；然后采用有限元计算方法对比分析新型接地材料和常见铜、钢接地材料的电磁特性（趋肤效应及电感效应）；继而基于数值计算结果对柔性石墨复合接地材料进行结构改进，制备了扩径石墨复合接地材料，并分析石墨复合接地材料在输电线路杆塔接地应用的可行性；最后通过新型接地材料在110kV和220kV输电线路杆塔接地工程中的现场测试数据，验证本文所述柔性石墨复合接地材料的可靠性。研究内容对电力系统接地领域防腐工程具有实际应用价值。

随着电力系统的不断发展，输电线路雷击跳闸事故也日益增多。据电网故障分类统计表明，在我国跳闸率较高的地区，由于雷击造成的事故次数约占高压输电线路总跳闸次数的60%[1]。多年来，各国在提高输电线路防雷水平方面都做了大量的研究工作，提出了多种措施，例如采用不平衡绝缘、加装耦合地线、减小线路保护角、降低杆塔接地网的接地电阻、加装避雷器等[2]。

而实际运行线路防雷效果表明，低阻值的接地网是提高输电线路耐雷水平的一项重要参考指标，降低接地杆塔接地电阻是最为经济有效的防雷改进措施[3,4]，多年的输电线路运行经验也使研究者在这一点上达成共识。

目前输电线路杆塔接地网仍多采用扁铁、圆钢、镀锌钢等易腐蚀金属材料，长期面临金属腐蚀影响。特别在酸性、碱性、高盐分和含水量大的土质下，一般5～7年就需要改造甚至更换杆塔接地网，全寿命周期成本大为增加[5,6]。此外，输电线路杆塔接地网在使用时面临诸如施工难度大、与土壤贴合度不高、易偷盗损坏等问题[6,7]。

近些年，铜覆钢开始在输电线路接地网中应用并起到一定防腐效果，不过当铜镀层出现空隙或破损时一定程度上会加速钢材腐蚀[8]。目前研究者针对接地网冲击接地特性、数值计算模型、降阻方法、断点诊断等方面研究较多，对于如何从材料角度解决现有接地网存在的实际问题论述较少[9,10]，研发新型接地材料对输电线路接地网改造具有实际工程意义。

本文以现行金属接地材料存在的易腐蚀、运输及施工困难、与土壤贴合度不高、易偷盗及人为破坏频发等问题出发，设计并制备了一种新型接地材料——柔性石墨复合接地材料。

论述新型接地材料结构特点与基本材料参数，对比分析了石墨复合接地材料与铜、钢材料的电感效应、趋肤效应等接地特性，在此基础上对接地材料进行结构改进，并结合实际接地工程应用说明本文所述新型接地材料的实际应用价值。

图1  石墨复合接地材料结构及连接方式

结论

本文对石墨复合接地材料及其接地特性的分析，主要得到以下结论。

1）作为一种新型的非金属接地材料，石墨复合接地材料相比于现行的金属接地材料，具有防腐蚀、低成本、易运输施工、与土壤贴合紧密、防偷盗等特点。

2）相比于金属接地材料，石墨复合接地材料趋肤效应不明显，材料利用率高，并且电感效应小于钢接地材料。这使得石墨复合接地材料的工频接地电阻略小于钢接地材料（土壤电阻率在100·m以上时差异很小），但高频雷电流作用下的冲击接地阻抗小于钢。

3）对石墨复合接地材料进行结构改进制备了扩径石墨复合接地材料。选择30%～40%的扩径率可以有效减小接地体的趋肤效应与电感效应，并且扩大接地体直径可进一步降低接地电阻。

4）石墨复合接地材料在恶劣地质条件下满足输电线路杆塔接地工程应用要求，具有实际应用价值与前景。