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_胡元潮
复合材料在220kv输电线路杆塔中的应用与设计研究
ｄｏｉ：１０畅３９６９／ｊ畅ｉｓｓｎ畅１００８－０１９８畅２０１５畅０１畅００７复合材料在２２０ｋＶ输电线路杆塔中的应用与设计研究陈路，刘庆丰，邓威，徐明鸣（中国能源建设集团湖南省电力勘测设计院，湖南长沙４１０００７）摘 要：复合材料具有环保、美观、轻质、高强度和耐受性好等优势。
文章提出在２２０ｋＶ输电线路杆塔中采用复合材料替代传统钢材的新思路，对复合材料在输电线路杆塔中应用的关键点进行分析，并对复合材料杆杆型的选择、塔头间隙设计、杆身受力和经济性进行详细的研究。
关键词：复合材料杆；电力；输电线路；杆塔中图分类号：ＴＭ７５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８－０１９８（２０１５）０１－００２５－０４收稿日期：２０１４－０７－１５ 改回日期：２０１４－１２－２６Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎ２２０ｋＶｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｔｏｗｅｒＣＨＥＮＬｕ，ＬＩＵＱｉｎｇ－ｆｅｎｇ，ＤＥＮＧＷｅｉ，ＸＵＭｉｎｇ－ｍｉｎｇ（ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ，ＨｕｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｂｅａｕｔｙ，ｌｏｗｗｅｉｇｈｔ，ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ｅｔｃ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈａｔｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｅｅｌｃａｎｂｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｔｏｗｅｒ．Ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｔｏｗｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｏｗｅｒｔｙｐｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｏｗｅｒｈｅａｄｇａｐ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｏｗｅｒｂｏｄｙａｎｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｄｅｔａｉｌｅｄｌｙｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｏｄｓ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ；ｔｏｗｅｒ 复合材料主要由玻璃纤维、生物质材料和不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂以及聚氨酯树脂材料组成，通过纤维缠绕、拉挤、真空灌注等工艺使其成型。
石墨型接地装置在架空输电线路中的应用
电阻率较 高 的 山区能很 容 易地 降低 高土 壤 电阻率 地 区杆 塔 的接 地 电阻 ，能 缩 短 接 地 槽 的 开 挖 长 度 ，
特别 是在 城 区、工 业 园区 以及 接地 体长 度受 限制 的．
地 区 ，接 地槽 开挖 长度 的大 幅缩短 还有 利于 保护环 境 ，减 少植被破 坏 ，避 免加大 水土 流 失 ，减 少 了开 挖 接 地 槽 的工 程 量 ，节 约 投 资 。该 装 置 的 性 能稳
路杆 塔接地 电阻是提 高线路 耐雷水 平 、减 少线 路雷
出现 的几率大，而大幅值 的雷 电出现 的几率 比较小的
业 、文物 管 理 、文化 、军事 、交 通 （ 公 路 和 铁 路 ）、供 电和供 水等 选址相 关 的部 门取 得 同意 工程
建设 的文件 。
参考文献
［ １ 】 广 东电网规 划设 计技 术原 则 （ 修订 ） ［ Ｓ 】 ．２ ０ １ ０ ． ［ ２ ］ 广 东电 网公 司 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 输 变 电工 程 选址 选 线 工作 内容 深 度
是 导 电性 能优 良的特 点 。
石 墨 型接地 装置 是用 于架 空线 路杆 塔 的一种 实
用 新 型 装 置 ，它 的优 点 在 于 导 电性 好 、 无 毒 、无 污 染 ，抗 酸碱 、抗 腐蚀 性 能强 ，性 能 稳定 ，使用 寿
命长 ，施工工 艺简 单 ，工程 量小 。通 过采用 石 墨型
摘 要 ：架空输 电线路 是 电力 系统的 重要组 成部 分 ，决定着整 个 电力 系统 的安全 、稳 定、可 靠的运行 ，由于 雷
击而导致 跳 闸一 直是线路 故 障的主要 原 因之一 ，而 降低 线路杆 塔接 地 电阻是提 高线路 耐 雷水平 、减 少线路 雷 击 跳 闸率的 主要措 施 。文章在 总结 以往接 地方案 的基础 上 ，结合 工程 实践 ，阐述 了石 墨型接 地装置 的优 点及
柔性石墨复合接地体应用技术研究
柔性石墨复合接地体应用技术研究目前电力系统接地体主要面临腐蚀和降阻问题，而传统广泛使用的镀锌钢降阻效果有限，同时耐腐蚀能力不足，文章对新型柔性石墨复合接地材料的应用效果进行研究，获得该材料的实际效果，为今后推广应用提供经验。
标签：柔性石墨；接地体；应用随着电力系统容量的不断增大，接地网安全运行的要求越来越严格，对杆塔接地电阻的稳定性的要求也越高。
目前电力系统接地体主要面临腐蚀和降阻问题，长期以来，国内外开展了大量接地技术研究课题，提出了等离子接地棒、石墨接地模块、降阻剂等降阻技术，以及阴极保护防腐技术，但至未从根本上解决接地腐蚀及接地降阻问题[1]。
文章从长效稳定接地新材料应用的角度出发，开展石墨基柔性复合接地体的应用技术研究。
通过对输电线路杆塔进行接地改造，并实测改造后的接地电阻，对柔性石墨复合接地体的效果进行评价。
1 柔性石墨复合接地体石墨是导电性良好的非金属材料，常温下石墨的电阻率可达到8～13×10-6Ω·m，接近金属的导电性能。
通常取3.25×10-5Ω·m作为石墨复合接地材料本体电阻率的稳态测量值，若辅以导电纤维其电阻率可降至10-6Ω·m级别。
由于石墨复合接地材料采用抗磁性的石墨导体，石墨材料磁化后的磁场方向与外加磁场相反，是一种抗磁性非金属材料，其相对磁导率为0.999979，计算中一般近似为1。
接地体相对磁导率越大时，分布在接地体表层的电流密度值越大，趋肤效应也就越明显。
钢、镀锌钢、不锈钢等铁磁材料相对磁导率较大，而铜接地材料及石墨复合接地材料的相对磁导率均小于1，非磁性接地材料的有效散流截面积大于钢接地材料。
接地体的电导率越高，接地体的趋肤深度越小，从而有效散流面积越小，导体材料的利用率不高。
相对于金属接地材料，石墨复合接地材料的导体利用率较高。
综合看来，石墨复合接地材料具有良好的电磁特性[2]。
柔性石墨复合接地体采用加强纤维作为骨架，以高纯膨胀石墨作为主体，辅以水溶性导电胶进行压制，通过多次编织成型，最终得到高密度柔性复合接地体。
石墨覆铜柔性接地材料在电力接地网应用中存在的问题及对策
2020.5 EPEM37电网运维Grid Operation电镀铜的历史可以追溯到1840年、两项专利；1843年硫酸铜被用于工业生产。
但这些只是装饰和保护表面的基板。
它们在石墨/铜复合材料制备中的实际应用还是近几年的事。
已知的硫酸盐镀铜工艺具有组成简单、溶液稳定、操作无刺激性气体溢出、电流效率高、沉积速度快、废水处理简单等优点。
在该方法制备的石墨/铜复合材料中铜与石墨均匀分散，形成良好的连续网状结构。
石墨/铜复合材料因其良好的导电性、导热性、润滑性和较高的力学性能而得到广泛的应用，化学镀铜和粉末冶金是制备复合材料的传统方法，但由于铜与石墨的润湿性较差，石墨/铜复合材料的界面只能通过机械联锁进行连接，界面间的结合强度较低。
当材料加载时，往往会导致石墨的退缩、剥落或脱落。
因此，要得到良好的石墨/铜复合材料，关键是要解决铜与石墨结合的问题，提高石墨与铜的润湿性，在石墨粉上镀铜是一种有效的方法。
化学镀铜的主要原理是用铜离子在镀铜液中作为铜源，用石墨粉进行镀铜。
镀铜技术相对成熟，但石墨预处理工艺复杂，废液难处理，制备成本高。
目前国内外相关报道较多，但没有实际的工业应用。
粉末冶金是先将铜粉和石墨粉混合，然后再混合、压制、烧结。
虽然已在工业上应用，但其缺点是铜与石墨混合不均匀，结合强度低。
1 柔性石墨复合接地材料结构特性石墨覆铜柔性接地材料在电力接地网应用中存在的问题及对策南方电网保山供电局 段新杏 施宏宝 蒋正虎 李延龙 宫 贺 费 亮 朱 江摘要：研制了柔性石墨复合接地材料，摘要提出了新型接地材料结构的改进，探讨了新型接地材料在电力接地中的应用，并分析了地网应用的可行性，给出了各种环境条件下柔性石墨复合接地材料能满足工程实际需要的情况。
关键词：电力系统；电工材料；接地1.1 柔性石墨复合接地材料的结构与成分本文研制的柔性石墨复合接地材料由高纯膨胀石墨、有机或无机纤维、胶粘剂等原料组成。
柔性石墨复合接地材料以增强纤维为骨架，以高纯膨胀石墨为主体，以胶粘剂为涂层，再进行压制。
柔性石墨复合接地材料及其接地特性
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。
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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。
柔性石墨复合接地材料及其接地特性_肖微
（12）
式中，Je 为激励作用下接地体中的电流密度。式（12） 的求解可采用解析法或数值分析法[13,14]，对于几何
结构复杂、多种媒质材料共存的接地系统电磁场的
求解，数值分析求解方法更为准确直观[15,16]。本文
利用有限元计算方法对常见的钢、铜以及石墨复合
接地材料的趋肤效应进行对比分析。
设二维接地体截面半径为 0.01m、长度为 1m，
（a）Φ 20mm 铜接地体截面的电流密度
（b）Φ 20mm45#钢接地体截面的电流密度
（c）Φ 20mm 石墨复合接地体截面电流密度
（d）接地体沿径向的电流密度
图 2 不同接地材料的趋肤效应对比 Fig.2 Skin effect contrast of several grounding material
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电工技术学报
2017 年 1 月
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。
柔性石墨接地极在桂林地区10kV线路杆塔接地改造中的应用
规代建览电气-接地保护-No.lO Vol.ll (Serial No.130) 2020柔性石墨接地极在桂林地区10 kV 线路杆塔接地改造中的应用董冈蒋剑，钱帅伟，蒋增红，韦懿桓，王辰，阳海峰（广西电网有限责任公司 桂林供电局，广西 桂林 541000）扌商 要：桂林地区配电网设备接地因岩石地质原因，难以施打接地桩及敷设接地网，造成电阻超标的问题日益突出。
柔性石墨接地极相较传统镀锌钢接地材料具有更加稳定、耐腐蚀等接地特性，因此开展线路杆塔接地改造关键技术的研究。
对桂林地区进行土壤结构和杆塔接地电阻进行勘察，将柔性石墨接地极应用于10 kV 线路杆塔接地改造，并评估接地电阻、接触电压、跨步电压等安全标准。
关键词：柔性石墨接地极；10 kV 线路杆塔；接地改造；接地电阻；接触电压；跨步电压中图分类号：TU 856 文献标志码：B 文章编号：1674-8417（2020）10-0041-04DOI ： 10.16618/j. cnki. 1674-8417. 2020.10. 009董刚（1974_），男，工程师，从事配电运 维与检修工作。
0 引 言目前，国家和行业规范对配网中杆塔、箱变等各种设备设施的接地都有规定:通常都要控制在4 Q 以内。
而桂林地区由于地质层多以岩石 为主，土壤电阻率高，因此难以达到规范的要求,配电网设备设施接地还因岩石地质原因难以打桩及敷设接地极等问题日渐突出。
目前我国常使用镀锌钢、镀锌铜等传统接地材料，因腐蚀现象造成的接地电阻增大%门，影响工频电流、雷电流的散流，也会造成局部的跨步电压和接触电压不满足规程要求,一般在8年就需要更换，这大大增加了施工成本。
为了能够保证电力设备的安全运行以及工作人员的操作安全，需要稳定并且具有较高可靠性的接地材料。
近年来，柔性石墨材料在接地工程中广泛应用%2-&，其具有良好的电磁特性和较强的化学稳定性，不易被环境侵蚀，能够长期、稳定地运行于电力设备接地中。
石墨碳纤维接地体在10kv输电线路铁塔上的应用
2020年第38卷第2期石墨碳纤维接地体在10kV 输电线路铁塔上的应用马榕嵘（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528000）0引言统计数据显示，2010—2015年国家电网公司330kV 及以上等级的交流输电线路中，由雷击引起的故障占故障总数的39.4%~50.8%，在±500kV 及以上等级的直流线路中占43.5%~64.3%[1]。
目前，输电线路主要采取增强外绝缘、减小架空线地线保护角、安装线路避雷器，以及降低杆塔接地电阻等防雷措施[2-4]。
这些手段虽可增强输电线路的防雷水平，但同时增加了设备的投资及维护工作量。
电力系统接地网的腐蚀一般有化学、电化学腐蚀，而在潮湿的土壤环境中，电化学腐蚀是金属腐蚀的主要原因[5]。
研究表明，某些由低碳钢金属材料制成的接地体运行3~5a 后表面即可发生严重腐蚀；而8~10a 后会有1/3的材料被完全腐蚀[6-8]，导致接地体性能严重降低，无法承受雷电或故障冲击电流。
此外，部分地区因偷盗接地金属行为而引发的接地电阻超标事件也屡有发生[9]。
我国南方某地区为典型的亚热带季风气候，雷电活动频繁、年降雨量大，区内变电站与输电线路金属接地体腐蚀现象较严重（变电站接地网开挖显示，大部分接地网络腐蚀达到Ⅱ级，少数甚至达到了Ⅳ级[10]）。
为解决10kV 线路杆塔接地金属腐蚀引起的接地电阻偏高问题，当地供电局与某大学联合研制了1种新型石墨碳纤维复合材料替代金属接地材料[11-12]；试验结果表明，该材料具有耐腐蚀性强、电阻率低、可弯曲、磁导率小及成本低等优点[13-15]。
1石墨碳纤维复合材料接地体介绍传统石墨接地体主要有石墨纸包覆不锈钢、石墨线内编不锈钢钢丝绳2种结构。
本文研究的石墨摘要：介绍了石墨碳纤维复合材料接地体的构成与性能，为了验证新型接地体的实际使用效果，利用10kV 输电线路杆塔与引雷塔接地网对新型接地体进行了试验。
结果表明，新型材料接地体的接地电阻满足要求，抗腐蚀及防雷性能优良，可以代替常规金属材料接地体应用于10kV 输电线路。
一种快装式柔性石墨接地极[发明专利]
![一种快装式柔性石墨接地极[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bccd2e0c6294dd88d1d26b03.png)
专利名称：一种快装式柔性石墨接地极
专利类型：发明专利
发明人：陈四甫,龙红波,务孔永,胡松江,杨再登,陈瑞斌,尹李建,曲晓虎,王涛,康宇斌,魏亮昆,孙锋
申请号：CN201710211216.6
申请日：20170401
公开号：CN106877020A
公开日：
20170620
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种快装式柔性石墨接地极，包括支撑芯棒、入地头、柔性石墨编织套和可拆卸动力头，柔性石墨编织套套设在支撑芯棒外部，支撑芯棒的头部设有入地头，入地头包括锥形尖和便于与支撑芯棒头部套接的圆管，圆管和支撑芯棒之间夹设有柔性石墨编织套的端部，支撑芯棒的尾部设有可拆卸动力头。
本发明安装时不需要在地面挖出深沟，用大锤即可砸入土壤中，施工量小，施工成本低，效率高，安装方便；质量轻，占用空间小，运输方便；用大锤即可砸入土壤中，与土壤的亲和度高，浸润性好，散流作用强，接地效果优良，且可在不能破土开挖地面的场所使用，应用前景良好。
申请人：河南四达电力设备股份有限公司
地址：461500 河南省许昌市长葛市后河镇陉山大道中段
国籍：CN
代理机构：洛阳公信知识产权事务所(普通合伙)
代理人：罗民健
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可膨胀石墨原料对柔性石墨带材电阻率的影响
可膨胀石墨原料对柔性石墨带材电阻率的影响张国锋;李俊;陈见甫;沈万慈;胡松江【摘要】石墨基柔性接地带是一种新型非金属导电材料,材料自身导电性好,耐高、低温,耐酸碱腐蚀,耐大冲击电流,材料性质稳定.石墨基柔性接地带用于输电线路接地装置是柔性石墨材料应用的新进展,其主要性能要求是导电性.目前,我国新型石墨基柔性接地带由柔性石墨线编织而成,石墨线由可膨胀石墨经高温膨化后压轧得到柔性石墨带材再与玻璃纤维复合经捻制而成.石墨带材的电阻率直接影响新型石墨基柔性接地带的电气性能,如何降低石墨带材的电阻率从而提高新型石墨基柔性接地体的电气性能是我们研究的主要目的.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2018(035)007【总页数】3页(P37-39)【关键词】接地装置;可膨胀石墨;柔性石墨;电阻率【作者】张国锋;李俊;陈见甫;沈万慈;胡松江【作者单位】河南四达电力设备股份有限公司,河南长葛461503;国网武汉供电公司,湖北武汉430014;河南四达电力设备股份有限公司,河南长葛461503;清华大学材料学院,北京100080;河南四达电力设备股份有限公司,河南长葛461503【正文语种】中文0 引言柔性石墨不仅具有石墨的耐高、低温，耐腐蚀、导电、导热、自润滑、抗辐射等优异特性，而且由于特殊的成型工艺及微观组织，还具有很好的压缩性、回弹性及很低的应力蠕变率等，因而成为优良的密封材料，并在二十世纪六七十年代形成一个新材料产业［1－4］。
此后，由于它的优异性能，在导热、导电方面也得到广泛应用［5－6］。
本文涉及的石墨基柔性接地带用于输电线路接地装置是柔性石墨材料应用的新进展［7－9］。
该型产品呈带状，采用柔性石墨为主体材料，由柔性石墨线编织而成，石墨线由可膨胀石墨经高温膨化后压轧得到柔性石墨带材再与玻璃纤维复合经捻制而成［10］。
市场供应的可膨胀石墨经高温快速加热，石墨层间插层物（HSO4或H2SO4）迅速气化，使石墨颗粒沿结晶的C轴方向发生几十至几百倍的膨胀，形成蠕虫状的多孔结构的膨胀石墨［11，12］。
关于石墨接地在输电线路中的研究与应用
关于石墨接地在输电线路中的研究与应用雷击是危及输电线路安全可靠运行的主要因素，深入研究输电线路的耐雷水平对保证电力系统的安全可靠运行具有重要的意义。
通过降低线路杆塔接地电阻是提高杆塔耐雷水平的基础和有效手段。
文章介绍以石墨为原材料制作的新型接地体在输电线路防雷接地的研究应用。
该材料较其他接地材料更为经济有效，极具推广运用价值。
标签：输电线路；接地电阻；石墨接地；节能减排引言输电线路杆塔接地对电力系统的安全稳定运行至关重要。
由于杆塔接地不良而发生的雷害事故所占线路故障率的比例相当高，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、减少线路雷击跳闸率的主要措施。
浙江电力试验研究所提出的新杭220kV线路21年雷击跳闸率变化统计结果表明：“改善接地是最有效的防雷改进措施”。
国网公司《架空输电线路管理规范（试行）》对220kV架空输电线路雷击跳闸率的管理目标是小于0.315次/百公里·年。
1 防雷接地体现状通过调研及相关单位提供的依据表明，目前我国防雷接地体被广泛推广应用的是镀锌钢铁类制品，占市场的99.7%以上。
而镀锌钢铁制品不耐腐蚀、易生锈、使接地电阻升高导致雷电事故，使用寿命短（5年左右），更新改造频繁，浪费材料、土地、经费严重，且生产接地体消耗还会排放有毒废液，污染环境，耗能高。
另外，目前我国在用钢铁防雷接地体约一亿基，每年因腐蚀、生锈导致失效报废的约4000万基，更新这些失效接地体需要费用600多亿元，征用土地18万亩，少产粮食1.08亿斤；消耗镀锌钢材75万吨，盐酸、硝酸类金属钝化液4.5万吨，液化气22.5万立方米，电37.5万度；排放有毒废液、废气3万吨。
还每年造成全国雷电事故数万起，轻则停电、使用户停工停产，重则设备损坏、人员伤亡，直接和间接经济损失巨大，影响了国民经济建设和社会发展。
2 新型石墨接地体目前的研究表明，以石墨为原材料制作的新型石墨导电板材和电缆属于一种新型非金属导电材料体，该导电体呈惰性，化学稳定性优良，在常温条件下不受强酸、强碱和有机溶剂及电偶腐蚀，不生锈，电阻稳定，使用寿命长达30年，且免维护更新改造工程，易加工成型，产品无需钝化和防腐工艺，安全可靠，可广泛在酸性、碱性土壤和高电阻、低电阻土壤以及海滩、湿地、热带地区、寒冷地区使用，并不受环境气候条件的限制。
输电线路杆塔桩基钢筋散流及其优化技术
输电线路杆塔桩基钢筋散流及其优化技术发布时间：2021-08-10T09:17:38.263Z 来源：《中国电气工程学报》2021年第六卷3期作者：杨昊[导读] 为提高杆塔的接地性能，传统的方法往往采用设置外接接地极、接地网等，接地网材料通常采用钢、镀锌钢和铜覆钢等材料，易被腐蚀。
杨昊国网内蒙古东部电力有限公司巴林右旗供电分公司内蒙古自治区025150摘要：为提高杆塔的接地性能，传统的方法往往采用设置外接接地极、接地网等，接地网材料通常采用钢、镀锌钢和铜覆钢等材料，易被腐蚀。
柔性石墨复合接地材料是近年出现的一种由高导电石墨、合成纤维作为主要材料的新型非金属接地材料，有效解决了传统金属接地材料易腐蚀、电感作用大等缺点，并在电力系统接地工程中得到广泛应用，本文主要分析输电线路杆塔桩基钢筋散流及其优化技术。
关键词：杆塔桩基；自然接地；柔性石墨接地体；接地散流；接地降阻引言输电是电力系统中的重要一环，而输电线路杆塔作为输电系统的主要组成部分，其安全稳定是保证电力系统平稳运行的关键。
输电线路杆塔桩基大多以钢筋为骨架，用混凝土浇筑而成，钢筋本身具有较为良好的散流性能，所以在进行接地设计时应充分利用塔基内芯钢筋增加桩基散流效率。
现行桩基浇筑工艺下，内芯钢筋大多被包裹在混凝土中，混凝土的电阻率一般可达数千欧，在干燥环境中的混凝土电阻率可达兆欧，这使得杆塔基础的内芯钢筋向大地散流变得极为困难。
因此，研究一种充分发挥杆塔基础内芯钢筋的散流作用，提高杆塔基础的接地性能的方法，对电力系统安全稳定运行具有重要的意义。
1、电力杆塔桩基接地优化模型1.1电力杆塔桩基自然接地输电线路杆塔桩基自然接地是指在无外延接地体的情况下，杆塔通过桩基内部的钢筋实现接地，其主要原理为：杆塔桩基一般为钢筋混凝土结构，混凝土材料多孔，易形成“毛细作用”，混凝土内孔隙“毛细作用”带来的水分使混凝土内部连成电桥。
当杆塔遭遇雷击时，雷电流由引下线引入桩基内钢筋，通过这些细密的电桥在混凝土中形成散流通道，导入深层土壤，进行雷电流的泄散。
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第38卷第10期电网技术V ol. 38 No. 10 2014年10月Power System Technology Oct. 2014 文章编号：1000-3673（2014）10-2851-07 中图分类号：TM 753 文献标志码：A 学科代码：470·4051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胡元潮，阮江军，龚若涵，刘振武，吴泳聪，文武（武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市 430072）Flexible Graphite Composite Electrical Grounding Material and Its Application inTower Grounding Grid of Power Transmission SystemHU Yuanchao, RUAN Jiangjun, GONG Ruohan, LIU Zhenwu, WU Yongcong, WEN Wu (School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, Hubei Province, China)ABSTRACT: In allusion to the troubles that the existing metallic grounding material has to be faced such as corrosion, the difficulty in transportation and construction, bigger clearance between the grounding body and soil and easy to be stolen, a new flexible graphite composite electrical grounding material is developed. Firstly, the grounding characteristics of this new grounding material is described briefly and the influences of electromagnetic characteristics of this grounding material on impulse grounding resistance are analyzed, and further the structural improvement of this new grounding material is performed; secondly, the feasibility of applying this new grounding material in the transmission tower grounding grid is analyzed; finally, a brief illustration of the application of this new grounding material in 110 kV transmission tower grounding project is given and it is shown that the new graphite composite grounding material can meet the demand of actual engineering under poor geological ground condition.KEY WORDS: corrosion of grounding material; non-metal grounding material; flexible graphite composite electrical grounding material; expanding graphite composite grounding material; application in tower grounding grid摘要：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基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2011CB- 209404)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(2012207020204)。
The National Basic Research Program (973 Program) (22011CB209404); Fundamental Research Funds for the Central Universities(2012207020204).实际工程要求。
关键词：接地材料腐蚀；非金属接地材料；柔性石墨复合接地材料；扩径接地材料；杆塔接地应用DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.10.0370 引言输电线路是电力系统的基本组成部分，频繁的雷击跳闸事故一直是输电线路面临的最主要自然灾害故障[1]。
从输电线路所处的地形及气候环境来看，雷电作用下输电线路出现一定的雷击跳闸难以避免[2]。
实际运行经验表明，杆塔接地电阻偏大是引起线路反击跳闸的主要原因，“防雷在于接地”，低阻值、长期稳定的输电线路杆塔接地网是减少输电线路雷击事故、维护电力设备安全稳定运行的重要电力装置。
长期以来，国内外输电线路接地网通常采用扁钢、不锈钢、铜等金属类接地材料，以及含电镀金属层的镀锌钢、不锈钢包钢、铜包钢金属接地材料。
除运输及施工难度大、易发生偷盗现象[3-4]以外，金属接地材料最大的瓶颈问题是接地材料的腐蚀。
实际运行经验表明，扁钢以及镀锌钢接地材料腐蚀较快，一般运行3~7 a即发生严重腐蚀[5-6]。
近年来发展的不锈钢及不锈钢包钢虽然抗腐蚀性能有所改善，但由于价略高且中间芯棒容易出现点腐蚀并且随着土壤中Cl 离子的增加腐蚀加重，因此实际运行经验较少[7]。
铜的耐腐蚀能力是钢的3~4倍，过高的材料成本是限制其在输电线路杆塔接地网应用的主要原因。
铜包钢接地材料防腐性能较好，一般在接地体端部容易出现点腐蚀，当铜包钢接地体因自然因素发生扭曲或弯折时，表面铜覆盖层易破裂进而加速内部钢材料的腐蚀速率，并且腐蚀试验2852 胡元潮等：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V ol. 38 No. 10表明，碱性土壤会加剧铜的腐蚀，尤其在我国西北地区的碱性荒漠土壤环境下，仍需要注意铜接地网的腐蚀现象[8]。
此外，由于金属接地材料硬度远高于软质土壤胶体，两者之间因外力形变容易形成空气间隙，不仅增大两者的接触电阻而且形成的氧浓差电化学腐蚀进一步影响了接地装置的使用寿命。
针对金属材料的输电线路杆塔接地网的腐蚀问题，一些非金属接地材料应运而生。
一般选用石墨、炭黑、金属纤维、碳纤维、聚苯胺等制备树脂基或者水泥基导电涂料或者导电胶体：导电防腐涂料一般涂敷在金属接地体表面以隔绝金属与土壤电解液的电化学腐蚀路径，并且与电镀合金材料类似，为预防氧浓差腐蚀的扩大，对导电防腐层的涂敷均匀性有着严格要求[9]。
该方法适用于新接地网入地之前的涂敷，而对于运行中的接地网改造，该方法实际施工难度较大，并且对于导电防腐胶的长效性与抗老化能力，目前还缺少有说服力的实际运行经验数据。
接地模块一般用导电水泥或其他胶体将扁钢、圆钢或者镀锌钢包裹在接地体中制备体积较大的圆柱形、方形、多边形接地模块，以期起到防腐和降阻作用，目前在一些输电线路上已有应用经验[10]，作者在从事实际接地工程对某些型号的接地模块开挖发现，内部的金属材料仍存在腐蚀现象，一方面由于一些接地模块质地较松软，水分及空气可以渗入，另一方面，在金属材料端部存在氧浓差电化学腐蚀。
从目前非金属接地材料使用情况来看，其一般作为金属接地网辅助性的外设接地材料，与金属接地材料组合使用，以期达到降阻和防腐目的。
从目前输电线路杆塔接地网实际接地工程来看，限于材料成本考虑，仍以钢与镀锌钢(极端地质条件下考虑铜包钢)为主。
本文从输电线路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，用于取代输电线路杆塔接地网现行的金属接地材料。
本文首先简要介绍了新型接地材料的原材料选择与结构特点。
接着从接地材料的电磁特性出发，对比分析了新型接地材料与现行金属接地材料的趋肤效应与电感效应，并进一步对柔性石墨复合接地材料进行结构改进。
然后对新型接地材料在输电线路杆塔接地工程中的应用可行性进行仿真计算。
文章最后结合柔性石墨复合接地材料在某110 kV输电线路中的典型应用，说明本文所述新型接地材料的实际应用价值。
1 柔性石墨复合接地材料结构及特点选用高纯鳞片石墨(纯度≥95%)，通过石墨的氧化处理[11]和高温膨化[12]过程制备膨胀石墨，并选用无机纤维与合成纤维(视导电率需求可选用碳纤维、聚苯胺纤维或抗氧化合金纤维)以及一定配比的水乳型粘合剂，通过辊压、热塑以及绞线成型工艺制备了柔性石墨复合接地材料。
可以将柔性石墨复合接地材料形象比喻成骨骼-肌肉结构：无机纤维与合成纤维材料为骨骼，起到支撑接地材料、增强力学性能的作用；膨胀石墨构成肌肉组织，是整个复合接地材料的主体结构，主要起导电作用；粘合剂作为“血液”连接纤维材料及膨胀石墨，提高材料结构致密性及力学性能。
柔性石墨复合接地材料(简称石墨复合接地材料)结构及材料整体外观如图1所示(图1(b)中接续件与接地材料采用环向压接方式连接)。
(a) 石墨复合接地材料的分层结构(b) 接地材料与接续件的压接图1柔性石墨复合接地材料结构及连接方式Fig. 1 Structure and connection of graphite compositeelectrical grounding material柔性石墨复合接地材料的主要结构特性如下：1）良好的导电性与冲击电流耐受特性。
通过实际测量，本文所制备的接地材料实测电阻率在3.25×10-5Ω·m，若辅以导电纤维其电阻率可降至10-6Ω·m级别。