俞越中，朱海峰，張子陽，黃士君，夏 軍，高 超

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，南京210008；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢430072；3.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司，南京210008）

輸電線路桿塔接地體選材研究

俞越中1，朱海峰1，張子陽1，黃士君1，夏 軍2，高 超3

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，南京210008；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢430072；3.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司，南京210008）

為了解決輸電線路桿塔接地體在實(shí)際運(yùn)行中常常出現(xiàn)的接地電阻過高、接地體腐蝕嚴(yán)重、使用壽命短、維護(hù)成本高等問題，對(duì)輸電線路桿塔接地體的選材進(jìn)行了相應(yīng)的研究.通過試驗(yàn)研究的方法對(duì)比分析了鋼、鍍鋅鋼、銅、銅包鋼和新型柔性石墨復(fù)合接地材料的電磁特性、耐腐蝕性能、動(dòng)熱穩(wěn)定性；通過仿真計(jì)算和模擬試驗(yàn)研究了柔性石墨復(fù)合接地材料的沖擊接地性能；從一次性投入成本、后期維護(hù)和使用壽命對(duì)幾種接地材料的全生命周期成本進(jìn)行了研究對(duì)比.研究結(jié)果表明：柔性石墨接地材料趨膚效應(yīng)弱，材料利用率高，抗腐蝕性能優(yōu)越；柔性石墨接地材料沖擊接地性能優(yōu)越，具有良好的動(dòng)熱穩(wěn)定性能；其價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)，能顯著地降低接地工程的成本.柔性石墨接地材料相關(guān)性能較金屬接地材料優(yōu)勢(shì)明顯，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和非常良好的工程應(yīng)用前景.

接地材料；柔性石墨接地材料；電磁特性；耐腐蝕性；動(dòng)熱穩(wěn)定性；沖擊接地性能；全生命周期成本

電力系統(tǒng)的可靠接地是減少電力系統(tǒng)雷擊事故、維護(hù)電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行、保障運(yùn)行人員人身安全的一項(xiàng)重要指標(biāo).金屬接地材料導(dǎo)電率高利于故障或雷擊等事故引起的大電流的散流以及電力設(shè)備的等電位連接，長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外輸電線路接地體多采用鋼、銅及一些鍍層合金等金屬類接地材料［1］.然而，傳統(tǒng)的金屬接地體在實(shí)際運(yùn)行中常常出現(xiàn)接地電阻過高、接地體腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行壽命短、維護(hù)成本高等問題.實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，鋼、鍍鋅鋼接地材料腐蝕速度較快，一般最多只能保證10年的運(yùn)行壽命［2］.銅的耐腐蝕能力是鋼的3～4倍，具有更高的熱穩(wěn)定系數(shù)和良好的耐蝕性、導(dǎo)電特性，但銅的采購(gòu)價(jià)格較高，且為重金屬，對(duì)環(huán)境有一定影響［3－4］.銅包鋼材料有著接近于純銅的優(yōu)良性能和遠(yuǎn)低于純銅的價(jià)格，但若銅與鋼之間的接觸面不緊密，當(dāng)銅包鋼接地體發(fā)生扭曲或彎折時(shí)，其內(nèi)部的鋼材料會(huì)加速腐蝕，美國(guó)的NEMA、UL、ANSI等標(biāo)準(zhǔn)已嚴(yán)格禁止銅包鋼接地材料的使用.另外，在高土壤電阻率地區(qū)需采用必要的降阻措施使得金屬接地體的接地電阻滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，而目前市場(chǎng)上大多數(shù)降阻產(chǎn)品對(duì)金屬接地體都存在不同程度的腐蝕.

針對(duì)輸電線路桿塔接地網(wǎng)金屬類接地體的腐蝕問題，研究新型接地網(wǎng)材料已成為電力系統(tǒng)的迫切需求［5－9］.文獻(xiàn)［10］中研發(fā)了一種柔性石墨復(fù)合接地材料，并得到廣泛的工程應(yīng)用.該材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在酸、堿、鹽性土壤條件下都具有良好的耐腐蝕性.

本文重點(diǎn)研究了以上幾種材料的電磁特性、耐腐蝕性和動(dòng)熱穩(wěn)定相關(guān)理化性能，采用CDEGS軟件仿真計(jì)算對(duì)比了以上幾種接地材料在典型輸電線路接地網(wǎng)的沖擊接地電阻，開展柔性石墨接地材料沖擊試驗(yàn)，考查石墨復(fù)合接地材料的沖擊特性，并從經(jīng)濟(jì)性的角度對(duì)柔性石墨接地體和幾種金屬接地體的綜合LCC（全生命周期成本）進(jìn)行對(duì)比分析，綜合考慮以上各種接地材料的綜合性能，為輸電線路桿塔接地材料選型提供參考.

1 接地材料理化性能對(duì)比

鋼是對(duì)含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.02%～2.06%的鐵碳合金的統(tǒng)稱.由于冷鍍鋅鋼的耐腐蝕性較差，接地材料的具體型式常為熱鍍鋅鋼，國(guó)內(nèi)發(fā)電廠和變電站接地裝置一般采用鍍鋅鋼作為接地材料.銅作為接地體具有更高的熱穩(wěn)定系數(shù)和良好的耐蝕性、導(dǎo)電特性.銅包鋼接地極是選用含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%～0.30%的低碳鋼，用電解銅均勻地覆蓋到圓鋼表面.銅包鋼材料以其接近于純銅的優(yōu)良性能和遠(yuǎn)低于純銅的價(jià)格被國(guó)內(nèi)外的電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，美國(guó)、英國(guó)等采用銅包鋼作為主要的新型金屬接地材料［11－13］.

石墨復(fù)合接地材料是選用純度≥95%的高純鱗片石墨，通過石墨的氧化處理和高溫膨化過程制備膨脹石墨，并選用無機(jī)纖維、合成纖維及一定配比的水乳型粘合劑，通過輥壓、熱塑以及絞線成型工藝制備而成.下面具體對(duì)鋼、鍍鋅鋼、銅、銅包鋼、石墨復(fù)合接地材料的電磁特性、腐蝕特性和動(dòng)熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析對(duì)比.

1.1 電磁特性分析

在20℃下銅的電阻率為1.75×10－8Ω·m，鋼材質(zhì)接地材料電阻率一般為銅的8～10倍［14］，取1.75×10－7Ω·m.在高頻電流作用下，銅包鋼由于趨膚效應(yīng)，其導(dǎo)電性接近于純銅，遠(yuǎn)高于鋼材料［7］.銅是一種鐵磁性金屬材料，相對(duì)磁導(dǎo)率為1；而鋼、鍍鋅鋼為鐵磁性接地材料，電導(dǎo)率較高，但磁導(dǎo)率較大，相對(duì)磁導(dǎo)率通常取為636，銅包鋼的相對(duì)磁導(dǎo)率介于銅材料和鋼材料之間，受鍍層厚度的影響［13］.

石墨是導(dǎo)電性良好的非金屬材料，通常取3.25×10－5Ω·m作為石墨復(fù)合接地材料的本體電阻率，由于石墨復(fù)合接地體是一種抗磁性非金屬材料，其相對(duì)磁導(dǎo)率近似為1［15］.

接地體相對(duì)磁導(dǎo)率越大，分布在接地體表層的電流密度就越大，趨膚效應(yīng)也就越明顯.接地體的電導(dǎo)率越高，接地體的趨膚深度越小，從而有效散流面積越小，導(dǎo)體材料的利用率不高［15］.為了更加直觀清晰地觀看不同接地材料的趨膚效應(yīng)，采用ANSYS對(duì)比分析不同材料的接地體在排散高頻電流時(shí)的趨膚效應(yīng)，取二維接地體模型如下：假設(shè)截面半徑為0.01 m、長(zhǎng)度為1 m的接地體，入端電流幅值為1 kA，電流頻率f取50 kHz.接地材料分別采用銅、45＃鋼以及石墨復(fù)合接地材料.計(jì)算中取銅材質(zhì)接地體電阻率為1.75×10－8Ω·m，相對(duì)磁導(dǎo)率為1，鋼材質(zhì)接地材料電阻率一般為銅的8～10倍，取1.75×10－7Ω·m，相對(duì)磁導(dǎo)率為636，石墨復(fù)合接地材料的電阻率為3.25×10－5Ω·m，相對(duì)磁導(dǎo)率為1.不同材料內(nèi)部的電流密度分布如圖1所示（電流密度顏色帶的單位為A/m2）.

由圖1可知，接地體的徑向穿透深度與接地材料本身的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率有關(guān).接地體相對(duì)磁導(dǎo)率越大，分布在接地體表層的電流密度越大，趨膚效應(yīng)也就越明顯.低碳鋼、鍍鋅鋼、不銹鋼等鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率較大，而銅接地材料及石墨復(fù)合接地材料的相對(duì)磁導(dǎo)率均接近于1，非鐵磁性接地材料的有效散流截面積大于鋼接地材料.接地體的電導(dǎo)率越高，接地體的趨膚深度越小，從而有效散流截面積越小，導(dǎo)體材料的利用率不高.相對(duì)于金屬接地材料，石墨復(fù)合接地材料的導(dǎo)體利用率較高.

圖1 不同接地材料的趨膚效應(yīng)對(duì)比Fig.1 The comparison of skin effect of different grounding materials：（a）the current density of Φ20 mm copper grounding body section；（b）the current density of Φ20 mm 45＃steel grounding body section；（c）the currentdensity of Φ20 mm flexible graphite composite grounding body；（d）the current density of grounding body along the radius direction

1.2 耐腐蝕性能分析

由于接地裝置長(zhǎng)期處于地下惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，土壤的化學(xué)與電化學(xué)腐蝕就不可避免，不同接地材料的耐腐蝕性能差別較大.有學(xué)者針對(duì)某些在接地裝置中可能應(yīng)用到的金屬材料進(jìn)行了埋設(shè)試驗(yàn)，將金屬接地體埋設(shè)在數(shù)十種環(huán)境不同的土壤中進(jìn)行腐蝕評(píng)估試驗(yàn)［16］，其平均結(jié)果見表1.

表1 金屬材料在土壤中的腐蝕速率Table 1 Corrosion rate of metallic materials in the soil

由表1可知，銅的年平均腐蝕率一般小于0.03 mm/a，年最大點(diǎn)蝕速度低于0.2 mm/a，是鍍鋅鋼的耐腐蝕性的3倍以上.從幾種金屬的年平均腐蝕率來看，鋼鐵的腐蝕速度最快，鋅的耐腐蝕性能優(yōu)于鋼，銅的腐蝕速度要慢很多，僅約為鋼鐵和鋅的1/7；從點(diǎn)蝕速度來看，鋼鐵的最大點(diǎn)蝕速度達(dá)到了1.4 mm/a，是銅的最大點(diǎn)蝕速度的7倍.

鍍鋅鋼由于鋅的耐蝕性要比碳鋼好，在碳鋼表面鍍鋅相當(dāng)于覆蓋了一層導(dǎo)電的保護(hù)層，起到了一定的防腐保護(hù)作用，但鋼接地體的焊接頭部位容易產(chǎn)生氣泡，常常出現(xiàn)點(diǎn)蝕，因此鍍鋅層下的鋼也易出現(xiàn)點(diǎn)蝕情況.鍍鋅鋼在干燥地區(qū)具有較好的耐蝕性，但在重腐蝕地區(qū)，一般最多只能保證10年的運(yùn)行壽命，其中鍍鋅扁鋼年腐蝕率0.065 mm/a.

銅包鋼接地材料表面和純銅一樣，在與氧接觸時(shí)產(chǎn)生堿式碳酸銅的氧化物，會(huì)阻止內(nèi)部碳鋼的進(jìn)一步腐蝕［17］.銅包鋼接地棒中銅與鋼之間的結(jié)合面間的縫隙會(huì)使電解質(zhì)擴(kuò)散而形成原電池效應(yīng)，此時(shí)銅包鋼中的銅層基本上對(duì)鋼芯沒有防腐作用，反而會(huì)加速鋼芯的腐蝕，在中性或堿性環(huán)境中防腐性能相比鍍鋅鋼有顯著優(yōu)勢(shì)［18］.銅包鋼導(dǎo)體由于制造工藝不同，通常有0.254和0.7 mm兩種鍍層厚度［19］.

石墨在常溫條件下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，石墨復(fù)合接地材料在酸、堿、鹽等土壤條件下的耐腐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于金屬接地材料.根據(jù)接地裝置的常用環(huán)境、我國(guó)土壤腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及我國(guó)土壤腐蝕試驗(yàn)站的理化性質(zhì)，本文選擇濱海氯鹽土、鹽堿土、中性草甸土（東北地區(qū)土壤）、酸性紅土壤（鷹潭酸性土）以及酸性土5種土壤.把石墨復(fù)合接地材料、銅、鋼放入pH值在8.80～3.10不等的5種土壤模擬液中，對(duì)其腐蝕情況進(jìn)行測(cè)試，以模擬不同土壤條件下的腐蝕情況.試驗(yàn)用蒸餾水調(diào)配鹽溶液，并采用NaOH與醋酸調(diào)節(jié)溶液pH值，試驗(yàn)所用試劑均為分析純，試驗(yàn)配制的土壤模擬液pH值如表2所示.腐蝕試驗(yàn)共歷時(shí)190 d，以強(qiáng)酸土土壤模擬液中的試樣為例，試樣腐蝕試驗(yàn)前后的外觀如圖2所示.

表2 接地體腐蝕試驗(yàn)典型土壤模擬液Table 2 Grounding body fluid of typical soil corrosion test simulation

圖2 不同接地材料試樣腐蝕試驗(yàn)前后的外觀Fig.2 The appearance of the different grounding material specimens before and after corrosion test

由圖2可以發(fā)現(xiàn)：銅試樣在腐蝕之后表面生成少量的紅褐色的氧化亞銅腐蝕物，但腐蝕層很不均勻，整體表現(xiàn)為局部腐蝕；碳鋼在土壤模擬液中的腐蝕層均勻覆蓋在鋼試樣的表面，整體表現(xiàn)為面腐蝕且有明顯分層現(xiàn)象，表層的腐蝕物呈黃褐色，密度相對(duì)疏松，而底層腐蝕物為黑色，相對(duì)較為致密均勻；而石墨復(fù)合接地材料在腐蝕前后外觀及結(jié)構(gòu)無明顯變化.

對(duì)不同土壤模擬液中的銅、Q235鋼、鋁和石墨帶試樣采用去離子水清洗，使用除銹劑擦除金屬試樣表面的腐蝕層，用丙酮再次清洗并自然風(fēng)干后，采用分析天平稱量試樣重量.計(jì)算不同試樣的年平均腐蝕速率（單位表面積上每年的失重率）為

式中：vw為試樣腐蝕速率，單位為g/（dm2·a）.為減小試驗(yàn)誤差，取4組平行試驗(yàn)組的平均值作為每種材料接地材料的平均腐蝕速率，測(cè)量結(jié)果如圖3所示.

從土壤模擬液腐蝕試驗(yàn)結(jié)果來看，石墨復(fù)合接地材料不受土壤條件的限制，其防腐蝕特性顯著優(yōu)于現(xiàn)行的鋼、銅等金屬接地材料.

圖3 不同接地材料土壤模擬液腐蝕試驗(yàn)對(duì)比Fig.3 Comparison of soil simulation fluid corrosion tests for different ground materials

1.3 動(dòng)熱穩(wěn)定性分析

接地材料在雷電沖擊下的電流耐受能力是接地體的重要電學(xué)性能和衡量其實(shí)際應(yīng)用的重要指標(biāo).在電力系統(tǒng)接地應(yīng)用中，流入接地網(wǎng)的雷電流或者短路故障電流一般在幾千安到幾十千安，雷電流持續(xù)時(shí)間在幾十到幾百微秒［20］.短時(shí)間內(nèi)沖擊電流散發(fā)的熱量除一部分通過土壤散熱外，另外一部分熱量作用于接地體，使得接地體本體溫度急劇升高.當(dāng)接地體溫度超過一定值并在土壤中自然冷卻后，接地體機(jī)械特性會(huì)受到影響［21］.

鋼材的熔點(diǎn)為1 510℃，系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)允許的最高溫度為400℃；銅材的熔點(diǎn)為1 083℃，系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)允許的最高溫度為450℃；鍍銅鋼材熔點(diǎn)為1 084℃，短時(shí)允許溫度為450℃.在初始溫度為40℃時(shí)，銅材的熱穩(wěn)定系數(shù)為210，鋼材的熱穩(wěn)定系數(shù)為70.因此，接地體截面相同時(shí)，銅材的熱穩(wěn)定性較好.同等熱穩(wěn)定性能時(shí)，鍍鋅鋼接地體所需的截面積為銅材的3倍，是鍍銅鋼接地體的2倍［20］.

對(duì)Φ28 mm實(shí)心柔性石墨接地體進(jìn)行雷電流沖擊耐受試驗(yàn)，雷電流沖擊試驗(yàn)后石墨復(fù)合接地體本體以及接續(xù)件整體外觀無明顯變化，經(jīng)過10次雷電流沖擊試驗(yàn)之后，石墨復(fù)合接地體試樣的本體電阻值在3%以內(nèi).雷電流沖擊造成的電阻值增大，一方面是由于接地體內(nèi)部的石墨線在電動(dòng)力作用下間隙改變，另一方面，石墨線因溫度升高受熱膨脹在一定程度上增大了材料的致密性.試驗(yàn)結(jié)果表明，石墨復(fù)合接地體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以承受多次雷電流沖擊.

2 接地材料沖擊接地性能對(duì)比

在沖擊電流的作用下，接地材料上存在很強(qiáng)的電感效應(yīng)，這使得接地裝置的暫態(tài)電位升與沖擊電流的相位不同，接地材料的阻抗特性具有時(shí)變性.在實(shí)際工程中，針對(duì)接地裝置的沖擊特性，定義了沖擊接地阻抗來作為表征接地裝置沖擊特性的參數(shù)，即式（2）所：

式中：Rch為沖擊接地阻抗；UM為電壓幅值；IM為沖擊電流幅值.

2.1 典型輸電線路接地網(wǎng)沖擊接地電阻仿真計(jì)算

選用的接地網(wǎng)為典型方框帶射線型地網(wǎng)，記錄方式為FaYb（a：方框邊長(zhǎng)；b：四角外延射線長(zhǎng)度），敷設(shè)深度為0.8 m，通過方框的四角同時(shí)向地網(wǎng)注流，如圖4所示.計(jì)算主要選用4種接地材料進(jìn)行對(duì)比分析：直徑Φ28 mm的石墨復(fù)合接地材料、Φ10 mm銅和Φ10 mm圓鋼、鍍層0.254 mm的Φ10 mm銅包鋼，仿真參數(shù)在表3中列出.其中，沖擊電流波形為2.6/50 μs.

圖4 石墨復(fù)合接地材料接地網(wǎng)模型圖Fig.4 Grounding network model of graphite composite

建立方框帶射線型接地網(wǎng)模型后，采用CDEGS軟件包中HIFREQ和FFTSES模塊分析雷電流作用下接地體的沖擊暫態(tài)特性，從而計(jì)算沖擊接地電阻.首先將雷電流進(jìn)行傅里葉變換，分解成多個(gè)正弦電流的疊加，然后用HIFREQ在頻域中得到接地體分別在每個(gè)正弦電流作用下的頻域響應(yīng)，最后在FFTSES中通過傅里葉反變換得到時(shí)域的響應(yīng)，疊加得到接地體在雷電作用下的沖擊響應(yīng)［9］.

表3 仿真參數(shù)表Table 3 The simulation parameters table

2.1.1 土壤電阻率對(duì)沖擊接地阻抗及沖擊系數(shù)的影響

根據(jù)表3中所給仿真參數(shù)，考慮不同土壤電阻率下輸電線路桿塔接地網(wǎng)的沖擊接地阻抗，接地網(wǎng)的埋設(shè)方式為F10Y12，雷電流幅值為20 kA，計(jì)算土壤電阻率取10～1 500 Ω·m時(shí)的沖擊接地阻抗，計(jì)算結(jié)果如表4所示.

從表4的對(duì)比中可以得到，接地材料的沖擊接地阻抗之間存在如下關(guān)系：鋼＞銅包鋼＞銅＞石墨復(fù)合接地材料，且隨著土壤電阻率的增大，石墨復(fù)合接地材料的優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯.在低土壤電阻率下，周圍土壤對(duì)接地材料的散流阻礙較弱，接地材料將在注流點(diǎn)處就近散流，這使得3種接地材料在低土壤電阻率時(shí)的有效長(zhǎng)度較短，沖擊接地阻抗差異性較小.隨著土壤電阻率的增大，相對(duì)于電阻率高達(dá)幾萬倍于自己的土壤，接地材料電阻率越低，磁導(dǎo)率越低，接地材料的散流能力就越強(qiáng)，表征為接地材料的有效散流長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，導(dǎo)體的利用率越高，沖擊接地電阻也就越小.

表4 土壤電阻率對(duì)桿塔接地網(wǎng)沖擊特性的影響Table 4 Influence of soil resistivity on impact properties of tower grounding network

2.1.2 桿塔接地網(wǎng)面積對(duì)沖擊接地阻抗及沖擊系數(shù)的影響

選取不同面積的輸電線路桿塔接地網(wǎng)，分別針對(duì)幾種接地材料進(jìn)行計(jì)算分析，得到接地網(wǎng)面積的變化對(duì)輸電線路桿塔沖擊接地阻抗的影響.分別取不同方框和射線的長(zhǎng)度，取土壤電阻率為100 Ω·m，雷電流幅值為20 kA，計(jì)算3種材料的沖擊接地阻抗，計(jì)算結(jié)果如表5所示.

表5 接地網(wǎng)大小對(duì)沖擊特性影響Table 5 Impact of impulse properties on grounding network′s size

從以上的對(duì)比可知，隨著桿塔接地網(wǎng)面積的增大，3種接地材料的沖擊接地阻抗均隨之減小，3種接地材料的沖擊接地阻抗之間存在關(guān)系：鋼＞銅包鋼＞銅＞石墨復(fù)合接地材料.此外，接地網(wǎng)的沖擊接地阻抗隨面積的增大下降幅度變緩，其原因是隨著接地網(wǎng)面積的增大，在接地網(wǎng)遠(yuǎn)端的接地材料的散流作用降低，接地材料的有效面積趨于飽和.

2.2 接地材料LCC分析

實(shí)際工程中，輸電線路桿塔接地網(wǎng)仍多采用扁鐵、圓鋼、鍍鋅鋼等易腐蝕金屬材料，特別是在酸、堿、鹽含量較高以及含水量較大的土質(zhì)地區(qū)，一般5～7年就需要改造甚至更換桿塔接地網(wǎng)，全壽命周期成本大為增加［3］.

銅包鋼接地材料對(duì)銅覆蓋層的加工工藝要求較為嚴(yán)格，增加了生產(chǎn)成本.銅包鋼接地材料的價(jià)格介于鍍鋅鋼和純銅之間，以鍍銅鋼接地棒為例，每噸約2萬元［7］.另外，銅材作為接地體，會(huì)加速接地體周圍其它材質(zhì)金屬管道的腐蝕，因此其在地下多金屬管道的城區(qū)的使用具有局限性［1，5］.

面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的柔性石墨接地材料具有可控的生產(chǎn)成本、流程化的生產(chǎn)工藝等優(yōu)點(diǎn)，適合大批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用.據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界石墨儲(chǔ)量為7 100萬噸，中國(guó)石墨儲(chǔ)量為5 500萬噸，占世界的77%.中國(guó)石墨生產(chǎn)廠家眾多，年產(chǎn)量80萬噸以上，廣泛充足的原材料供應(yīng)使得新型石墨復(fù)合接地體的原材料成本可控［9］.另外，石墨復(fù)合接地材料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，適合批量生產(chǎn)，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本.

表6 幾種材料的綜合LCC分析Table 6 Synthetic LCC analysis of several kinds of materials

總體來說，鋼、鍍鋅鋼等易腐蝕金屬材料雖成本低，但使用壽命短且后期維護(hù)改造麻煩，耐蝕性金屬銅、銅包鋼雖壽命長(zhǎng)，省去了接地網(wǎng)改造的費(fèi)用，但一次性投資成本過高，且銅是重金屬，可能引起土壤污染問題.此外，金屬接地材料在桿塔接地網(wǎng)使用中還存在著施工難度大、與土壤貼合度不高、易偷盜損壞等問題，且冶煉金屬材料對(duì)大氣環(huán)境造成一定污染.石墨復(fù)合接地材料擁有良好的電磁特性和力學(xué)特性，其耐腐蝕性優(yōu)于鋼、銅等金屬接地材料，成本低廉，壽命長(zhǎng)久，且省去了后期的維護(hù)改造費(fèi)用，采用新型接地材料對(duì)輸電線路接地網(wǎng)進(jìn)行改造具有實(shí)際工程意義.

3 結(jié) 論

1）新型石墨接地材料擁有良好的電磁特性，其耐腐蝕性能優(yōu)于鋼、銅等金屬接地材料，能夠滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求.

2）新型石墨接地體沖擊接地性能優(yōu)越，能夠承受多次雷電流沖擊，具有良好的動(dòng)熱穩(wěn)定性.

3）新型石墨接地體價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)，基本不需后期維護(hù)改造，能大幅降低輸電線路接地工程成本.

4）鑒于柔性石墨接地材料的優(yōu)越性能，在今后的實(shí)際桿塔接地材料選擇當(dāng)中可以充分考慮應(yīng)用這一優(yōu)良接地材料.

5）對(duì)于柔性石墨接地材料的火花效應(yīng)和沖擊接地性能方面在今后可以有進(jìn)一步研究.

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Research on material selection of transmission tower grounding body

YU Yuezhong1，ZHU Haifeng1，ZHANG Ziyang1，HUANG Shijun1，XIA Jun2，GAO Chao3
（1.State Grid Jiangsu Electric Power Company Economic Research Institute，Nanjing 210008，China；2.School of Electrical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China；3.State Grid Jiangsu Electric Power Company，Nanjing 210008，China）

Aiming at solving the common problems of transmission line tower grounding system in actual use like high grounding resistance，serious corrosion，short service life，and high maintenance cost，this study carried on the research related with the selecting material for transmission tower.The electromagnetic properties，corrosion resistance，and dynamic thermal stability of several materials like steel，galvanized steel，copper，copper clad steel and new flexible graphite composite grounding material were studied via a series of experiments.Then the impulse grounding performance of flexible graphite composite grounding material was studied by numerical simulation and experiments.Finally the total life cycle costs of several materials are compared from the one?time input?cost，later maintenance and service life.The results showed that flexible graphite grounding material had weak skin effect and high material utilization，superior corrosion resistance，excellent impulse grounding performance，high dynamic thermal stability，low cost，and long service life and thus can significantly reduce the cost of the grounding engineering.Compared with metallic grounding materials，flexible graphite composite grounding material exhibited distinct advantage in their performance，and had significant technical and economic advantages and excellent engineering application prospects.

grounding material；flexible graphite composite grounding material；magnetic properties；corrosion resistance；dynamic thermal stability；impulse grounding performance；total life cycle cost

TM242

A

1005－0299（2017）05－0025－07

2016－10－20.< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2017－07－21.

江蘇省電力公司科技項(xiàng)目（J2016030）.

俞越中（1970—），男，高級(jí)工程師.

夏 軍，E?mail：Johnxia21＠163.com.

10.11951/j.issn.1005－0299.20160368

（編輯 程利冬）