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。

石墨基柔性接地材料在光伏电站中的设计与应用

对石墨基柔性接地材料在光伏电站接地系统中的设计与应用进行了相关研究,并对光伏电站接地系统应用传统接地材料的局限性进行了探讨。分析了石墨基柔性接地材料的特点,根据其特点对石墨基柔性接地材料的应用范围进行了总结。以50 MW光伏电站接地系统为例,对其使用传统接地材料和石墨基柔性材料在经济性和用料量等方面进行了对比分析,结果表明石墨基柔性接地材料优于传统接地材料。提出一种石墨基柔性接地材料在光伏电站接地系统中应用的方案,并通过CDEGS软件对该设计方案进行了验证,仿真结果表明了设计方案的可行性。根据研究结果得出了石墨基柔性接地材料相较于传统材料在可靠性和经济性上都具有更好的优势,能应用于光伏电站接地系统。

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。

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。

基于柔性石墨接地体的塔基外敷降阻研究

为了降低特高压杆塔基础的自然接地电阻,本文提出在混凝土外包裹一根柔性石墨接地体,研究分析接地体的降阻效果。首先对单根灌注桩进行等值简化处理;然后在CDEGS软件中建立了特高压杆塔基础仿真计算模型,分别对螺旋式、分层式以及笼式3种敷设方法在不同土壤电阻率的情况下的杆塔基础接地电阻进行仿真计算,分析对比了不同敷设方式的降阻效果。研究表明:3种敷设方法都有显著的降阻效果,其中在同等的外界条件下,笼式的敷设方法降阻效果要优于其他2种。

电流加热伏安法测量石墨基柔性接地体的电阻-温度特性

研究石墨基柔性材料电阻温度特性和热稳定性。采用电流加热与恒温保护配合的方法,利用伏安法分别测量各温度下接地体的电阻,推导出平均电阻温度系数;运用实验得到的接地体电阻温度特性参数,迭代计算出石墨基柔性接地体在工频接地故障电流和雷电冲击电流下的最大温升,结合热稳定系数的计算给予验证。实验结果表明:石墨基柔性接地体具有负的温度系数。在石墨基柔性接地体的最高允许使用温度为450℃时,0.5 s工频电流下的最大允许的电流约为1.4 kA;在8/20μs高频雷电流冲击下,石墨基柔性接地体的最高允许通过电流为287.9 kA。

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。

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%。

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。

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。

移动式变电站新型接地网技术研究

为提高移动式变电站快速接入电网能力,研究新型、快速的接地网技术非常必要。针对移动式变电站机动性强、应用场合不确定等特点,提出笼式垂直接地极和柔性石墨水平接地网相结合的接地网方案。实际应用证明该方案是可行的,达到降低接地电阻和提高接地网施工效率的目的。

高压输电线路石墨基柔性接地缆的产品选型研究

目前,我国高压输电线路所使用新型石墨基柔性接地缆有两种较为常见的结构型式,即Φ20带钢芯的石墨基柔性接地缆以及Φ28纯石墨基柔性接地缆。为研究两种型号产品的不同使用环境,主要对两种产品的防腐蚀性能、耐雷性能以及技术经济性三个方面进行了对比分析及计算。研究结果表明:Φ20带钢芯的石墨基柔性接地缆较为适合应用于高土壤电阻率且不需考虑防腐问题的区域;Φ28适合应用盐渍土、盐碱地等易腐蚀土壤区域;以防腐为主要目的的纯石墨基柔性接地缆外径不宜低于28 mm,且自身电阻率应满足不大于5×10-5Ω·m的防雷热稳定要求。研究结论可以对新型石墨基柔性接地材料在输电线路杆塔接地网的应用和产品选型提供一定的参考。

基于柔性石墨接地体与接头耐腐蚀性研究

电气系统的接地可靠性关系到电气设备的运行安全,在电力系统需要引起足够的重视。不同地区不同土壤对柔性石墨接地体与接头造成的耐腐程度不同,本文通过对不同土壤对石墨接地体与接头腐蚀特性的数据分析,利用实验室模拟技术,对柔性石墨、钢、铜等不同材质的接地体进行了对比实验,采集各接地体在土壤中腐蚀前后电阻的数值,通过对数据分析得知。在腐蚀前后,柔性石墨接地体基底的电阻基本上没有变化;同钢和铜材料的接地体相比,柔性石墨接地体本体耐腐蚀的速度远远低于金属接地体。

输电线路杆塔混凝土塔基外敷接地引下线防腐研究

为了研究杆塔塔基外敷接地引下线与其连接处的腐蚀问题,分别搭建典型接地引下线和接地引下线-柔性石墨组合接地体腐蚀特性有限元仿真模型,研究典型金属接地引下线和金属接地引下线-柔性石墨组合接地体连接处的腐蚀特性,提出并验证采用包覆法抑制接地引下线-柔性石墨组合接地体连接处腐蚀的方法。仿真结果表明:典型金属接地引下线土壤界面以下几乎全线发生腐蚀,金属接地引下线-柔性石墨组合接地体连接处腐蚀加剧;采用包覆后的接地引下线-柔性石墨组合接地体连接处氧还原电流、铁腐蚀电流密度和析氢电流密度几乎为零。最后通过搭建腐蚀加速试验平台验证了包覆法抑制接地引下线-柔性石墨组合接地体连接处腐蚀的有效性。

输电线路杆塔桩基钢筋散流及其优化技术

输电线路杆塔桩基是杆塔接地的重要组成部分,提出在混凝土桩基回填之前采用柔性石墨接地体绕包桩基的接地优化措施。为研究柔性石墨接地体绕包方式对电力杆塔桩基内钢筋散流和接地电阻的影响,在COMSOL Multiphysics中建立不同绕包覆盖面积和间距的桩基散流三维计算模型,分别计算桩基内钢筋散流、外层绕包接地体的散流、杆塔基础接地电阻以及桩基附近对地电位的影响。计算结果表明:在土壤电阻率高的地区,单独依靠杆塔桩基自然接地难以符合杆塔接地设计要求,采用柔性石墨接地体绕包桩基能起到明显的辅助散流和地表均压作用,杆塔桩基自然接地的降阻效率与土壤条件有关。仿真计算相关结论可为输电线路杆塔接地设计与降阻改造提供参考。

接地体与土壤的接触电阻影响因素研究

接地电阻主要包含接地体本体电阻、土壤电阻以及接地体与土壤之间的接触电阻,但目前接地电阻计算与接地网设计中常常忽略接触电阻的影响。为研究不同材料的接地体与土壤之间接触电阻的影响因素及影响规律,本研究提出了一种研究接地体和土壤接触电阻的测量评估方法,并建立了接地体与土壤接触电阻的试验平台,采用控制变量的实验方法从温度、湿度、土壤类型3个方面研究了接地体与土壤间的接触特性。研究表明:土壤在低温度、低湿度和土壤颗粒较大的环境中,不同材料与土壤的接触电阻都会增大,并且土壤环境变化引起土壤电阻率增大越高,接触电阻增大越明显;同时在不同土壤条件下,由于新型石墨基柔性接地材料的易形变的柔性,其接触性能明显优于镀锌圆钢,即石墨材料的接触电阻明显低于镀锌圆钢的接触电阻。

基于有限元分析的石墨基柔性接地体冲击接地特性研究

针对目前电力系统中存在的接地体严重腐蚀问题,新型柔性石墨接地材料得到了一定程度的应用,然而对于该材料接地特性的研究依然不够完善,选用接地体时沿用金属接地体的设计思路,因此在实际使用过程中仍然存在一定问题。基于此,笔者在考虑土壤非线性火花效应的前提下,建立了接地体有限元分析模型,通过试验验证仿真模型准确性后,比较研究了石墨基柔性接地体与钢接地体之间冲击接地特性差异,并以此为依据对两种接地体的有效长度进行了相应分析,同时还确定了两种接地体在不同频率电流下的趋肤深度。研究结果表明:接地体的冲击接地电阻主要与接地体尺寸相关,材料自身电气特性影响相对较小,同时石墨基柔性接地体有效长度相比钢接地体较长,且其趋肤效应较弱,因此接地材料的整体利用率较高。