扩径石墨基柔性接地材料接地性能及其实际工程应用

为了研究扩径石墨基柔性接地材料和常见金属接地材料在接地特性上的差异性,为扩径石墨基柔性接地材料的实际应用提供理论支撑,以典型杆塔地网小模型为例采用仿真建模计算的方法研究了不同土壤电阻率和外延射线长度对接地材料工频接地特性的影响,并开展了实际的工频、冲击接地模拟试验得到了扩径石墨基柔性接地材料的冲击系数;最后在实际的典型杆塔地网中采用同沟敷设的设计方案对扩径石墨基柔性接地材料进行了实际的工程应用。研究结果表明:相同土壤电阻率条件下,扩径石墨基柔性接地材料地网的工频接地电阻值比碳钢和锰铜地网低10%~20%;地网达到相同工频接地电阻值的条件下,其单根外延射线的长度分别能降低12.26%和11.43%;该材料的实测冲击系数为0.840;实际工程的典型应用案例也印证了扩径石墨基柔性接地材料的接地工程应用的可靠性。

石墨基柔性接地材料特性及其在防雷接地中的应用

为满足复杂土壤环境对接地材料耐腐蚀性以及高频雷电流和短路故障入地电流对接地材料热稳定性的要求,研制了一种强通流能力的石墨基柔性接地材料。通过耐腐蚀试验分析了石墨基柔性接地材料与钢材类材料的耐腐蚀性能;试验对比了圆钢与石墨基柔性接地材料与不同土壤的接触性能;仿真研究了石墨基柔性接地材料的热稳定性以及冲击散流有效利用长度。研究结果表明：石墨基柔性接地材料耐腐蚀性强,预期使用寿命超过30 a;其与土壤接触性能优于圆钢,接触电阻降低约30%;冲击散流有效长度增加约30%。

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。

扩径石墨复合接地材料相似模拟试验研究

现今石墨复合材料在输电线路杆塔接地领域得到广泛应用,在研究扩径石墨复合接地材料接地特性时,受试验条件限制,无法对实际尺寸接地网原型进行测试。因此,将相似理论应用到接地试验中,选取常见的方框带射线接地网为研究对象,建立了扩径石墨复合接地体工频和冲击条件下的相似试验模型,分析了实际试验中遇到的相似项畸变情况,建立了畸变相似模型,利用模型进行仿真计算得到预测值,并对其准确性进行评估。最后,针对相似模拟试验中常有的部分参量无法缩比问题进行了分析。研究结果表明,相似模拟试验模型可以准确地预测接地网原型的接地特性,为扩径石墨复合接地体接地特性相似模拟试验提供参考依据。

基于柔性石墨防腐蚀材料的杆塔桩基紧凑型接地研究

架空输电线路杆塔接地施工往往受耕地征用、青苗补偿、道路建筑阻断、线路走廊限宽等条件制约,提高杆塔桩基自然接地的散流能力对降低接地电阻和节约施工成本具有实际意义。用柔性石墨防腐蚀材料的杆塔桩基紧凑型接地方法,采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立杆塔桩基散流计算模型,针对单桩基、双桩基及全塔四桩基外敷方式的接地特性与影响因素进行仿真,分析了引流线位置对外敷电极分流特性的影响规律。计算结果表明:对于单个混凝土桩基,引流线位置对接地电阻以及桩基散流特性影响较小;当杆塔采用双基坑和大开挖单基坑施工时,逐桩分体外敷和一体外敷均能起到降阻效果。综合考虑施工难度、材料用量以及外敷方式的通用性,实际杆塔在施工时宜选择逐桩分体外敷方式。

柔性石墨复合接地材料及其在输电线路杆塔接地网中的应用

针对电力接地领域现行金属接地材料通常面临的腐蚀、运输施工难度大、与土壤间隙大、易被偷盗以及高成本等问题,研发一种柔性石墨复合接地材料。首先对该新型接地材料的接地特性作简要阐述,分析了接地材料电磁特性对冲击接地电阻的影响,进一步地对新型接地材料进行结构改进,制备了扩径石墨复合接地材料。接着对该新型接地材料在输电线路杆塔接地应用的可行性进行分析。最后将该新型接地材料在110 kV输电线路杆塔接地工程中的应用作简要阐述,表明了柔性石墨复合接地材料在恶劣地质条件下能够满足实际工程要求。

柔性石墨复合接地材料及其接地特性

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110k V和220k V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。

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。

温度对防雷接地用石墨玻纤复合材料性能的影响

研究了膨化温度、膨化时间对可膨胀石墨膨化体积及氧化失重率的影响,基于正交试验方法研究了温度对石墨线性能的影响,通过扫描电镜观察膨胀石墨与玻璃纤维以及粘结物界面在高温灼烧后的变化,通过研究得出随着灼烧温度的升高,石墨线的断裂负荷逐渐减小,耐温失量和直流电阻变化率均在标准范围内;当灼烧时间较短时,同时温度在750℃下,石墨线各项性能的变化率均在10%以内,可以得出,在断路器防护动作时间内,防雷接地用石墨基柔性接地体在遇到短路故障大电流作用下其耐受温度可达到750℃。研究结果对制备导电性能良好的石墨基柔性接地材料,提高石墨基柔性接地体导电、大电流耐受性能有指导意义。

浅析腐蚀性环境接地材料的选择

构成接地网的导体埋在地下，常因种种原因导致接地网导体的腐蚀，甚至断裂，使接地网的电气连接性能变坏、接地电阻升高。接地网的腐蚀已构成影响电力系统安全运行的重要因素，因接地网腐蚀或发生断裂而引起电力系统的故障时有发生，每次事故都会产生巨大的经济损失。通过分析接地装置的腐蚀环境、腐蚀原因及腐蚀机理，以及对不同接地材料的技术性和经济性进行对比，在对石墨基柔性接地材料取代金属接地材料进行探讨。

扩径石墨复合接地材料的接地体散流特性研究

目前在输电线路杆塔接地网中应用广泛的接地材料包括镀锌扁钢、锰铜等传统金属材料,但在高频电流条件下传统金属接地体存在明显的集肤效应,进而影响其散流特性,新兴的非金属石墨复合接地材料因其"导电不导磁"的特性有效改善了上述问题。针对石墨复合接地体的结构进行优化进而制备了扩径石墨复合接地体,利用有限元仿真分析其集肤效应,并采用CDEGS软件仿真分析传统金属接地体、实心石墨复合接地体及扩径石墨复合接地体在不同频率、不同土壤情况、不同直径条件下的散流特性。研究结果表明,在高频高阻条件下,扩径石墨复合接地体的散流特性明显占优,相同截面积下,30%~40%的扩径率可以有效减小接地体的集肤效应。

接地体与土壤接触电阻的测试评估方法及应用

接地体与土壤的接触电阻是接地网电阻的重要组成部分,但目前接地网设计中通常认为接地体和土壤是理想接触的,土壤颗粒度大时可能给地网设计带来较大误差。论文提出了一种研究接地体和土壤接触电阻的测试评估方法,建立了接地体与土壤接触电阻的测试平台,结合仿真计算对比了石墨基柔性接地材料和圆钢在不同土壤类型条件下的接触特性,并提出在仿真设计中通过等效涂层的方式模拟接触电阻。研究表明:该方法能有效评估接地体和土壤的接触电阻,石墨基柔性接地材料的接触性能在典型山石地区的土壤条件下明显优于圆钢,石墨基柔性接地材料与土壤的接触电阻占工频接地电阻的1.83%~1.95%,而圆钢占比为6.79%~7.57%。

输电杆塔混凝土桩基接地散流与结构优化研究

电力输电线路杆塔除桩基自然接地体外往往需要额外敷设人工外延接地体,实际工程中人工外延接地往往受地形、征地以及施工难度所限,提高杆塔桩基自然接地的接地散流效率具有重要意义。笔者提出基于柔性石墨复合接地材料搭建杆塔桩基立体"笼"式外敷接地装置,采用COMSOL仿真软件建立混凝土杆塔桩基散流计算模型,针对典型杆塔桩基采用"笼"式外敷接地装置的不同敷设方式、根开间距等因素进行仿真计算,验证"笼"式接地装置对杆塔散流的影响,最后针对整个杆桩基础,对比了桩基外敷接地与传统人工外延接地的散流效果。计算结果表明:随着土壤电阻率的提升,桩基"笼"式外敷接地装置的降阻效率始终保持在19%以上;与人工外延接地装置相比,外敷接地装置的散流比在90%以上,可以有效地分担桩基钢筋的散流占比;当入地电流中包含冲击高频分量时,外敷接地装置的降阻效率始终在20%以上,且外敷接地装置的散流比高于人工外延接地体。