柔性石墨接地材料工频热稳定性能试验研究

针对电力系统中广泛使用的金属接地材料在运行中存在的腐蚀严重、运维费用高等问题,新型耐腐蚀型柔性石墨非金属接地材料成为一个较为热门的研究方向。柔性石墨接地材料的电气及热特性与传统的金属接地材料差异较大,其在工频电流下的热稳定性能也与金属材料有所区别,成为了制约柔性石墨接地材料截面选取以及结构设计的主要因素。为了得到较为准确的柔性石墨接地材料热稳定性能,文中针对柔性石墨接地材料在不同短时工频电流作用下的电气及热特性变化展开实验研究,获得了相应的热稳定温度阈值和热稳定系数参考值。研究结果表明:柔性石墨接地材料最高允许工作温度(即热稳定温度阈值)约为300℃,与传统金属接地材料较为接近;而其热稳定系数约为2.94,相比金属接地材料较低,因此在设计接地体时,柔性石墨材料的接地体截面应超过金属接地材料接地体截面,才能保证通流容量满足实际需要。

浸渍对石墨接地材料理化、电气性能的影响研究

浸渍液是以磷酸、磷酸盐、硼酸盐为主要试剂,为改善输配电接地工程用柔性石墨接地材料抗高温氧化性能差、温度耐受性低等问题配制而成,通过高温灼烧和工频大电流短路的方法测量柔性石墨接地材料的氧化失重率、机械性能、电气性能。结果表明:浸渍处理后的柔性石墨接地材料,高温灼烧时长为1h,灼烧温度在700℃以下时,柔性石墨接地材料的氧化失重率降低90%,断裂负荷变化率、交直流电阻绝对变化率也均未超过DL/T 2095—2020要求的10%变化率限制,浸渍液在柔性石墨接地材料表面形成了抗氧化涂层,阻止了柔性石墨接地材料在高温下的氧化,使得其抗高温氧化性能显著提高。

10kV配网用石墨接地材料的性能测试研究

针对石墨基柔性接地材料在配电系统接地中的应用问题,构建了有限元仿真模型对一组10 kV配电网石墨基柔性接地装置的接地电阻进行计算,并结合石墨基柔性接地材料的固有特性和常用降阻方式,结果发现在城市配电网应优先采用矩形框式的结构以减小接地电阻;对短路故障下和雷击故障下石墨基柔性接地装置在的温升情况进行了仿真计算,结果表明测试装置可在短路故障工况下正常运行,而在30年一遇雷击故障下局部温升过高。研究结果对10 kV城市配电网中石墨基柔性接地装置的设计、选型和应用具有重要参考价值。

基于模拟实验与有限元仿真的针刺式接地体接地特性研究

由于接地体电感效应的存在,在土壤电阻率较大的区域,接地体的冲击接地阻抗很难通过延长接地体长度的手段来降低,因此会影响系统的安全稳定运行。在现有接地体上增加针刺,增强雷电大电流冲击下土壤的火花效应,扩大低电阻率土壤散流区域,从而显著降低冲击接地阻抗。基于模拟实验和有限元仿真,研究了针刺设置数量、长度、间距等参数对冲击接地阻抗的影响,对针刺的布置方式进行优化。研究结果表明:针刺的长度、间隔与冲击接地阻抗之间呈非单调性,存在最佳值。通过优化针刺布置方式可以有效降低冲击接地阻抗,提高线路耐雷水平。

石墨基柔性接地材料及其在南方复杂地质环境防雷接地的应用

接地是输电线路防止雷击跳闸的主要措施之一,接地装置的接地性能直接受到所处环境的强烈影响,接地技术的研究涉及到地质、土壤、化学、材料、电气等多个学科。在均匀土壤中,水平接地网的接地电阻与接地系统所处土壤电阻率成正比,与地网面积的平方根成反比,但是在复杂土壤中,难以套用现有计算公式。南方地区地形复杂,大多数输电线路位于山区,地表上层为石英岩风化砂,下层为岩石,土壤分层现象比较显著,且石英岩风化砂通透性良好,保水保肥能力较差。南方地区的特殊地质对输电线路防雷接地的选型和设计带来一定影响。测量了南方一些具有代表性地区的土壤电阻率,得到了土壤电阻率分层情况,在此基础上比较了几种接地材料在一定长度内接地电阻的变化情况,为南方地区输电线路接地装置的材料选型和设计提供参考。结果表明:在南方的地质条件下,采用柔性石墨基接地带具有防腐能力强和可解决开挖受限难点的优势,应优先采用。

石墨基柔性接地体及其在通信基站接地网中的应用

石墨基柔性接地体相对于传统接地体,接地电阻低,在高低温循环作用下结构稳定,能满足短路故障电流的冲击,保证通信基站系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全;又因其基体是鳞片石墨加工而成,保留了石墨的全部特性,耐腐蚀性高、寿命长、无需更换,降低了接地装置的全寿命周期成本;在交通不便、无电、土壤电阻率较高的山区使用时,不需要再搬运焊机等笨重设备,埋设更方便,节约了土石方的开挖量,减少了施工强度,且安装流程简化,大大缩短了安装施工时间,降低了施工成本,有着其他接地装置不可比拟的优势。最后,简要阐述了石墨基柔性接地体在中国铁塔2018年河南省分公司洛阳市室外站工程中的应用情况,结果表明该接地体可以在恶劣地质环境条件下能满足实际工程的要求。

电力工程中金属接地引下线的腐蚀行为研究

研究土壤中Cl^(-)质量分数对金属材料的腐蚀影响,选出在不同环境下与石墨基柔性接地装置搭配使用的金属材料接地引下线的最优材料种类。进行土壤埋片试验和电化学试验,研究镀锌钢、304不锈钢、铜金属材料在不同Cl^(-)离子质量分数的土壤中以及在与石墨基柔性接地带偶接后的腐蚀行为。在腐蚀发生后利用金相显微镜观察金属材料腐蚀前后的形貌。结果表明:随着土壤介质中Cl^(-)质量分数的增加,土壤介质的导电性逐渐增大,金属材料的腐蚀速度逐渐加快,石墨材料与金属材料偶接后,高电位的石墨材料对镀锌钢金属材料的腐蚀影响较为显著,而对304不锈钢的腐蚀影响较小。因此,在石墨基柔性接地装置中不宜选用镀锌钢材料用作接地引下线,可选用304不锈钢或不锈钢与石墨材料复合接地引下线。

带状柔性石墨接地体制备及阻抗性能研究

与圆柱形石墨和块状石墨相比,带状柔性石墨接地体具有加工工序简单、加工周期短、石墨资源浪费量较少的特点,在电力行业得到了广泛应用。为了准确获得带状柔性石墨接地体的阻抗性能和分析带状柔性石墨接地体的制备对其阻抗性能的影响,提出带状柔性石墨接地体制备及阻抗性能研究。研究带状柔性石墨接地体生产过程中的高温膨化、碾压成膜、添加粘结剂、添加玻纤、剪切成条、编织成线等控制,实现带状柔性石墨接地体的制备。利用Keysight E4990A型阻抗分析仪,分析不同品质、不同横截面积、不同长度以及不同温度状态的带状柔性石墨接地体阻抗性能,完成了对提出的带状柔性石墨接地体的制备及阻抗性能研究。

石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性研究

石墨基柔性接地材料因具有化学性质稳定、耐腐蚀性优异、与土壤相容性较好等优点被应用在输电线路杆塔接地体中,但是其在应用时的适应性必须依据输电线路的输送能量、杆塔位置和运行环境确定。本文通过建立不同输电线路杆塔接地装置的有限元仿真模型,计算相应的接地电阻;根据接地电阻值,采用ATP-EMTP软件,计算接地短路及雷电冲击大电流下流过接地装置的电流和温升,从接地电阻和工频短路电流,以及雷电冲击大电流下的温升两个方面,研究石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性。研究结果表明,规程要求的工频接地电阻满足输电线路杆塔接地电阻的要求,但是特高压输电线路发生单相接地短路故障时,保护拒动会使接地装置的温升超过限值。

石墨基柔性接地体比热容研究

比热容是材料热性质的重要物理量。石墨基柔性接地体作为一种新型的接地体材料,其比热容的大小决定了材料在电流作用下的温升情况。研究测定石墨基柔性接地材料的比热容,对进行材料热稳定计算具有重要意义。采用差式扫描量热法(DSC)进行石墨基柔性接地材料的比热容测定,得到了石墨基柔性接地材料的比热容曲线。进行材料温升(热稳定)计算时,可根据环境温度和材料允许的最高温度,对比热容曲线进行积分,最终可以得到在此温度区间的等效比热容。

石墨基柔性接地体动热性能优化试验研究

为提高石墨基柔性接地材料的电气性能和承受短时工频故障大电流的能力,提出了在内层将导电性和耐腐蚀性好并经过防腐处理的无氧紫铜丝均匀分散到石墨基柔性接地材料中,外层采用降阻性能优异的柔性石墨线编织成散流面的复合型石墨接地体结构;通过短路热稳定试验模拟系统短路故障发生后,在输电线路断路器动作前短路电流流过带金属芯复合型石墨基柔性接地体的情况,考核试验前后复合材料的电气特性和对动热效应的承受能力。结果表明:铜丝直径为0.3和0.6 mm复合型石墨接地体的电阻率分别为1.82×10-6Ω·m和4×10-7Ω·m;试验完成后,观察复合接地体的外观,其表面仍呈现编织形网格状,并无断股、烧蚀、鼓胀等缺陷,在5000 A短路电流的作用下,直径为0.6 mm铜丝的复合接地体表面最高温度达到了161℃,且材料内部伺服的金属芯表面无氧化、断裂等现象,拟合温升曲线的坡度也比较小,试验前后复合接地体的单位长度直流电阻变化率小于20%。

输电线路杆塔接地体的电流和能量负荷特性研究

为了保证输电线路杆塔接地体在雷击、短路故障下顺利泄放电流且具有尽可能低的电位抬升,接地体必须具有足够的通流能力、小的接地阻抗和持久的抗腐蚀性。运行中,由于输电线路杆塔接地体截面、通流能量密度选择不合理,导致故障下通流不足熔断等事故,造成严重的系统安全运行事故。通常,对于杆塔接地体的研究主要集中在降低接地电阻方面,对其通流能力的考量较少;其次,不同电压等级线路,线路不同故障位置、不同故障类型等对杆塔接地体的通流要求不同。为了研究不同电压等级输电线路对杆塔接地体的通流要求,首先,调研了不同电压等级输电线路的重要参数,从中选取了输电线路典型参数作为研究对象,利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,搭建了110 kV~1000 kV交流输电系统的仿真模型;其次,选取了输电线路较为常见的雷击以及短路故障作为研究对象,沿输电线路均匀选取11个杆塔作为故障发生点,仿真计算了在输电线路不同杆塔位置处发生接地故障、雷击杆塔时注入接地体的电流和能量负荷特性,获得了故障下不同位置杆塔接地体通流特性的分布。研究结果表明,发生单相接地短路时,流经杆塔接地体的电流及能量随着电压等级、输送能量的升高而增大;雷击变电站出口处杆塔时,注入接地体的电流和能量最小;同一电压等级输电线路,不同位置杆塔发生单相接地故障时,流经杆塔接地体的电流以及能量沿杆塔均呈现∪型分布,流经线路中间位置杆塔接地体的电流及能量最小;雷击不同位置杆塔时,注入杆塔接地体的雷电流绝对值呈现∩型分布,能量呈现∩型分布。由此可知,杆塔短路故障或遭雷击位置不同,注入杆塔接地体的电流和能量差异很大,接地体截面和布置结构应采用差异化设计。研究成果对不同电压等级、不同线路位置杆塔接地体差异化设计提供参考。

石墨/玻璃纤维复合接地材料在东北冻土层的应用

基于辽宁省特有的冻土条件,从冻土应力值变化对接地材料的性能影响、冻土层土壤电阻率变化对接地电阻的影响、冻土季节交变对接地材料的影响等方面进行了分析。研究结果表明:石墨/玻璃纤维复合接地材料在冻土层中应用时电气及力学性能较为稳定,冻土层产生的应力对石墨/玻璃纤维复合接地材料的力学性能及电气性能影响较小,能很好地解决因冻土的流变性对接地材料造成损坏、冻土不稳定性影响接地电阻以及传统金属接地材料在使用时数量多、施工难度大等问题,具有很好的经济效益和环境效益,保障了输电线路的安全运行。因此,在东北特殊的冻土层地质条件下,石墨/玻璃纤维复合接地材料应优先被采用。

基于混合量热原理的新型接地装置比热容测试研究

为了提高新型接地装置比热容测试的准确性,提出基于混合量热原理的新型接地装置比热容测试方法。分析新型接地装置比热容测试过程中的混合热量参数,构建新型接地装置比热容测试约束参数模型,提取新型接地装置的比热容绝缘性能测试参量,在新型接地装置的两端施加交流电压,采用混合量热原理分析的方法,分析空间电荷所引起的比热容差异性,计算静态介电常数和光频介电系数,实现新型接地装置比热容参数测试和量化评估。仿真结果表明,采用该方法实现新型接地装置比热容测试的准确性得到保证,提高了新型接地装置的输出稳定性。

降低输电线路铁塔接地电阻的技术研究与应用

为优化电力企业输电线路铁塔的常规运行环境,需要有效分析降低输电线路铁塔接地电阻的相关技术内容。文中简单阐述了当前输电线路铁塔运行的基本现状、接地技术应用要点,再结合项目研究了其装置降阻优化方案及材料选择应用。

考虑多层土壤电阻的石墨烯快复合快速接地装置降阻性能研究

为解决石墨烯快复合快速接地装置未考虑多层土壤电阻,在实际应用中降阻性能差的问题。展开考虑多层土壤电阻的石墨烯快复合快速接地装置降阻性能研究。计算石墨烯快复合快速接地装置降阻电极中活性物质的比电容,分析电容和导电性,得出考虑多层土壤电阻的石墨烯电化学性能总述表;设计采用接地降阻石墨烯复合接地体的接地网,进而提高石墨烯快复合快速接地装置降阻性能。

基于Tafel-极化曲线法的常用金属接地材料腐蚀行为研究

常用的金属接地材料有热镀锌钢、铜、不锈钢、铜包钢、不锈钢包钢等。本文运用电化学工作站对这5种接地材料在5种土壤模拟液中进行动电位扫描,得到的极化曲线经过分析、Tafel拟合,结果表明,不锈钢包钢在5种土壤模拟液中不仅有稳定的耐蚀性,且耐蚀性要优于热镀锌钢、铜和铜包钢。

模拟酸性土壤环境下镀锌钢 - 石墨接地装置的电偶腐蚀行为研究

针对“镀锌钢-石墨”接地装置在土壤环境下的电偶腐蚀问题,采用电化学测试和腐蚀仿真计算等方法,研究了在模拟酸性土壤溶液下镀锌钢材料与石墨的电偶腐蚀行为,分析了阴阳极面积比和介质电导率对电偶腐蚀强度和作用范围的影响。结果表明:土壤环境下石墨与镀锌钢之间存在显著的电偶作用,镀锌钢作为电偶阳极而加速腐蚀,实际工程中形成的“大阴极、小阳极”进一步加速了镀锌钢的腐蚀破坏;电偶腐蚀的作用强度和影响范围随土壤环境电导率的增加而增大。

石墨接地体添加火花刺的冲击降阻特性研究

石墨接地体添加火花刺可以有效降低冲击接地电阻,为研究方框带外延线型石墨接地装置添加火花刺的降阻规律,从电磁场角度出发,建立了考虑电感效应、集肤效应和火花效应有限元分析模型,系统分析了火花刺的长度、位置和间距对方框带外延线石墨接地体冲击接地电阻的影响,并设计试验进行了验证。结果表明:方框带外延线型石墨接地装置射线端添加火花刺可以增加散流通道进而有效降低冲击接地阻抗。该试验条件下,受端部效应的影响,火花刺应布置在射线长度的1/3-7/10处;受屏蔽效应的影响,火花刺长度的最优值约为射线长度的0.1-0.25倍,火花刺间隔的最优值为火花刺长度的0.9-1.1倍。

石墨基柔性接地体电阻率及外部环境的影响研究

金属接地材料在实际应用过程中,长期面临着容易发生腐蚀、偷盗以及人为破坏的问题。为此,在电力工程中已经逐步开始应用石墨材料作为接地系统的使用材料。通过对石墨蠕虫电阻值随膨化温度变化的情况进行研究,为工程上选取制备石墨蠕虫的膨化温度提供了依据。通过对铠装石墨带进行雷电流冲击试验和工频电流冲击试验,以试品直流电阻和接续电阻的变化情况为判断依据,证明了该接地材料具有实际应用性。通过研究冲刷试验对铠装石墨带造成的影响,提出了铠装石墨带应用于接地系统中常见问题的解决办法。