石墨基柔性接地体散流及阻抗特性研究

针对目前电力系统常用的镀锌钢材料、铜金属材料以及石墨基柔性接地材料进行仿真建模计算,通过有限元仿真软件建立常用的接地体模型,分析了几种接地导体材料在不同土壤电阻率、不同频率电流和冻土土壤条件下的散流和接地阻抗特性,研究了接地体本体上添加针刺状导体和金属表面添加柔性石墨润滑材料覆层对接地导体散流性能和接地阻抗的影响。研究结果表明:土壤电阻率的大小对接地体散流和接地阻抗有显著影响;石墨基柔性接地材料和铜金属材料的散流特性表现相似,镀锌钢接地材料的散流特性较不均匀;在冻土土壤条件下,石墨基柔性接地材料具有显著的快速散流优势;添加针刺状导体可以有效降低石墨基柔性接地装置的冲击接地电阻。

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。

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相关性能试验研究

当前,电力系统金属接地材料在实际运行中长期面临着腐蚀、复杂地形条件下运输及施工困难、接地体与土壤贴合度不高、偷盗及人为损坏事故频发、使用降阻剂加速金属腐蚀等问题。为此,选择高纯鳞片石墨作为主要导电材料制备了具有Litz线分层结构的新型接地材料——柔性石墨复合接地材料,并对该接地材料及其连接点分别进行了电阻率与接续电阻测试、冲击电流耐受试验、力学特性试验、高/低温耐受试验以及几种典型接地网的接地试验。试验结果表明:石墨复合接地材料电阻率<10^(-5)?·m,在标准雷电流、振荡冲击电流及短路电流冲击作用下,连接点的接续电阻稳定在2 m?左右;低温(–40℃)及高温(200℃)循环试验表明石墨复合接地材料及连接点结构稳定,接地材料电阻率呈现负温度特性;抗弯、抗扭及抗拉力学性能试验表明接地体力学性能满足实际施工要求;工频、冲击模拟接地试验进一步证明提出的接地材料具备用于实际接地工程的可行性。

柔性石墨接地体与金属接地体的耐腐蚀性对比

传统金属接地体受到土壤的电化学腐蚀严重,为此,选择一种新型接地材料——柔性石墨接地体,与钢、铜等常用金属接地体的耐腐蚀性进行对比。根据5种常见土壤的腐蚀特性,采用室内腐蚀模拟试验,通过制备土壤模拟液和细砂模拟我国几种典型土质,对几种接地材料的腐蚀特性进行了研究。同时,针对接地材料腐蚀对接地电阻的影响,分别对相同长度及直径的铜、钢和石墨复合接地体3种接地材料腐蚀前后的接地电阻进行了对比测试。研究表明:石墨复合接地材料不受土壤条件的限制,其防腐蚀特性优于现行的钢、铜等金属接地材料;石墨复合接地材料腐蚀前后,其接地电阻基本无变化。

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%。

电力工程接地材料研究现状及展望

常规接地材料在一些土壤环境中腐蚀速率较快,给接地造成安全隐患,并且在高土壤电阻率地区仅使用金属接地体难以达到接地电阻值要求,采用耐蚀接地材料和降阻接地材料能较好地解决上述问题。针对这2类材料的研究进展及应用状况进行了综述,并展望了接地材料今后的发展方向。

柔性石墨接地材料的制备工艺研究

以膨胀石墨为基体材料,利用导电碳纤维、玻璃纤维作为增强材料,经过压延、上胶、复合、捻线和编织等多道工序,制得应用于电力设施安全防护的柔性石墨接地材料。研究表明,基于膨胀石墨良好导电性能,通过合理的制备工艺,制得直径为28mm的柔性石墨接地材料拉伸强度达5kN,电阻率为0.000025Ω·m、冲击电流耐受强度达5kA以上。经过酸碱腐蚀实验检测,实验样品的电阻率和抗张强度变化幅度都低于10%,满足我国国家标准要求。

电动汽车用柔性复合相变材料的电池热管理系统

为了提高电动汽车动力电池系统的热安全性及可靠性,使得动力电池系统维持在正常的工作温度范围之内,该文基于柔性复合相变材料的控温特性,采用熔融共混与有机溶剂挥发相结合的方法,制备由苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物/石蜡/膨胀石墨(SBS/PA/EG)组成的柔性复合相变材料,并将其与板式热管耦合以显著提高动力电池热管理系统的均温和控温特性。结果表明:柔性复合相变材料(SBS/PA/EG)的导热系数在室温下可提升至0.62 W/(m·K),潜热焓值可达102 J/g。以柔性相变材料耦合板式热管作为电动汽车的电池热管理系统用在电池模组中,当电芯在3 C倍率下放电时,其最高温度控制在42℃之内,电池间温差缩小至1.0℃,显示出优异的控温及均温效果。

山脊风电机组多向辅助接地网散流特性与影响因素研究

风电机组遭受雷击时极易损坏。内陆风电机组通常架设在山脊、山顶等复杂地形处,较高的地面落雷密度造成风机雷害事故频发。文章针对典型山脊地形条件下的风电机组,分别建立单边辅助和双边辅助接地网模型;通过仿真计算,对比分析了传统镀锌钢接地材料和新型柔性石墨接地材料作为辅助地网材料时的接地特性;分析了外延引线长度、数量对单向辅助接地网的影响;并对多向辅助接地网进行了散流特性分析和结构优化。计算结果表明:在高频电流作用下,选取合适的外延引线长度、数量,有利于增大分流系数和降低机组接地电阻值;多向辅助接地网比单向辅助接地网降阻效果以及散流特性更好,且主接地网两侧辅助接地网长度相同时,降阻效果最明显。在实际工程中,采用柔性石墨接地体,有利于实现山脊风电机组多向辅助接地网的均衡散流。

柔性石墨接地体与金属接地体工频接地性能对比

为了研究柔性石墨接地材料与金属材料接地网的工频接地性能及其在发、变电站大型地网应用的可行性,使用仿真软件CDEGS计算了不同条件下两者的工频接地电阻、接触电压及跨步电压。结果表明:柔性石墨接地材料在低电阻率、大面积接地网的接地电阻与金属材料差别较大;接地网边角注流时,柔性石墨接地材料接地网的接触电压及跨步电压随着土壤电阻率的增大与金属接地材料的差异减小,这种差异随着接地网面积的增大趋于增大;合理设计接地线引线位置、优化接地网结构以及提高柔性石墨接地材料自身电导率,能拓宽其在发、变电站接地网的应用前景。

膨胀石墨在阻燃软泡聚氨酯铺地材料中的应用

研究了膨胀石墨(EG)在阻燃软泡聚氨酯铺地材料中的应用,考察了不同种类EG的热降解历程,比较了不同种类EG及用量对阻燃软泡聚氨酯力学性能、燃烧性能的影响。结果表明,具有大膨胀倍率、高成炭性、高热释放量的EG所制备的软泡聚氨酯材料的阻燃性能较好;随着EG用量的增加,软泡聚氨酯材料的阻燃性能提升,但力学性能下降明显。通过临界热通量测试,给出了EG不同测试阶段的阻燃机理,为后续铺地材料设计提供理论基础。

石墨基柔性接地体与金属接地体冲击接地性能对比

石墨基柔性接地体在解决金属类接地体腐蚀方面提供了一种新的手段,但其冲击接地特性需要进一步论证。本文利用有限元法对二维涡流场求解,对比分析了石墨基柔性接地体与圆钢接地体在高频电流作用下的自感与等效电阻。计算结果表明,由于圆钢磁导率高,随着频率增加,圆钢等效电阻显著增大,并在频率达到35kHz时超过同等半径下的石墨基柔性接地体。频率5kHz时圆钢内自感迅速下降至10^-6H/m量级,然后逐渐平缓下降至10^-7H/m,与石墨基柔性接地体、铜接近。采用正交试验设计方法确定土壤电阻率、接地体长度、雷电流幅值仿真参数组合,仿真结果表明,石墨基柔性接地体冲击接地电阻小于圆钢,并通过冲击接地对比试验,验证了仿真结果的准确性。

柔性石墨接地体及其接头耐腐蚀特性

为得到柔性石墨接地体及其接头的耐腐蚀特性,根据5种典型土壤的腐蚀特性,采用室内腐蚀模拟实验,通过土壤模拟液和细砂模拟我国几种典型土质,对柔性石墨接地体、铜和钢3种接地材料的耐腐蚀特性进行了研究;同时,通过室内加速腐蚀试验对柔性石墨接地体、铜、钢3种接地材料和柔性石墨接地体金属接头腐蚀前后接地电阻的变化进行了研究。研究表明:柔性石墨接地体在不同土壤模拟液中的腐蚀程度均很小,其耐腐蚀特性优于现行的钢、铜等金属接地材料;柔性石墨接地体腐蚀前后,其接地电阻基本无变化;柔性石墨接地体金属接头在氯盐土与盐碱土中接地电阻变化较大,可采用降阻石墨布或非金属接头进行防腐降阻。

柔性石墨复合接地材料非完全相似接地模拟试验研究

接地模拟试验是实现接地网参数预测与接地特性分析的基本方法。一些接地材料如柔性石墨复合接地材料、离子接地体以及接地模块等在进行接地模拟试验时,其部分相似项并不能按照相似条件进行缩比,使得接地网原型的预测误差较大。针对此问题,笔者首先阐述了接地模拟试验的畸变相似模型,分析接地模拟试验中畸变相似项的来源,然后提出畸变系数与畸变项敏感度的概念。最后通过仿真实例和实际接地模拟试验,分析不同土壤电阻率与模型相似比条件下,接地模拟试验对接地体直径畸变项与接地体电阻率畸变项的敏感度,定量分析畸变相似项的畸变程度与造成的误差影响大小,相关研究内容可为接地模拟试验以及其他缩比试验提供参考。

柔性石墨复合接地材料在线路-管道交叉点过电压防护中的应用研究

柔性石墨复合材料相比传统金属材料具有诸多优势。将柔性石墨复合接地材料应用于输电线路-管道交叉跨越点管道过电压防护,提出改进交叉线路杆塔接地网形状和敷设防护线两种限压方法,并对比分析柔性石墨复合接地材料与传统金属材料的防护效果。仿真计算结果表明:改进接地网形状可有效降低管道感应电压和涂层感应电压以及涂层内外电势差;在接地体外延线长度相同条件下,石墨复合接地材料和金属材料的防护性能相仿;敷设防护线可明显减少线路对管道的持续电磁干扰,且可限制线路遭受雷击时的管道过电压。相关研究结论可为油气管道绝缘层防护的材料选型与设计施工提供参考。

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。

柔性石墨复合接地材料在陆地风机接地网中的应用

针对风机接地系统常用的金属接地材料面临的易腐蚀、运输施工难度大和有被盗风险等问题,介绍引入了一种柔性石墨复合接地材料,阐述了其结构和接地特性。通过CDEGS仿真对比分析了不同土壤电阻率和接地网面积对柔性石墨复合接地材料和铜、钢金属接地材料接地网工频接地电阻的影响,论证了石墨复合材料应用的可行性。最后利用柔性石墨复合接地材料作为接地体进行了实际风电场的接地方案设计,满足了各项要求,为将来风电场接地系统设计提供了一种新的选择。

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。

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。