用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒及其施工方法与流程

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒及其施工方法。

背景技术：

现有技术中，电力系统接地网是实现电力设备防雷与工作接地的重要基础电力设施。电力系统输电线路杆塔接地网能有效排散雷电流以及短路故障电流，是减少输电线路杆塔绝缘子闪络事故的重要防雷手段和基础设施。而发、变电站接地网更是实现大型电力设备工作接地与过电压防护的重要手段。不管是输电线路杆塔接地网还是发、变电站接地网，较小的接地电阻值是保证接地网实现快速、安全排散电流的基本参数，因此，如何实现输电线路杆塔接地网和发、变电站接地网的接地降阻，是电力系统输变电领域经常遇到的实际工程问题。

实际工程中，除了少部分发、变电站接地网在设计初期根据地质勘探合理选择较小土壤电阻率的地质，大部分的接地网均要面临砂石、岩石等高土壤电阻率的地质环境，以及沟壑、斜坡等不规则地形，从而给接地设计以及后期接地降阻改造带来很大难度。除了一些场地开阔条件下可以使用外延降阻外，很多情况下的接地降阻受场地所限智能采用垂直降阻法进行接地降阻。

目前，电力系统常用的垂直降阻法一般包括：深井降阻法、离子棒垂直接地极、垂直接地极加降阻剂以及深井爆破等方法，其中以垂直接地极加降阻剂最为常见。电力系统接地网长期运维经验表明，垂直接地极加降阻剂法虽然在短期内能够降低接地网的接地电阻，但是随着时间的延长，降阻剂（特别是离子型降阻剂）随雨水及地下水流失严重，接地网的降阻长效性得不到保证，易引起接地电阻值的反弹。此外，对于采用圆钢作为接地材料的接地网，由于施工时降阻剂大多沉积于接地孔的底部，并不能均匀分布于接地孔，不仅造成降阻材料的浪费还容易造成氧浓差化学原电池路径，加速金属接地体的腐蚀。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒及其施工方法，能够提高降阻效率，解决降阻长效性差、易腐蚀接地体、污染土壤地下水源的技术问题，能有效降低电力系统接地网接地电阻值，维护电力设备安全稳定运行；结构精简，便于施工，利于控制成本。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒，用以在输电线路、发/变电站接地网的垂直接地工程中与垂直接地体相配合，以降低接地网中工频及冲击接地电阻，包括：垂直接地体；设置在垂直接地体外周的石墨复合降阻筒，其中：石墨复合降阻筒通过至少一个定型环进行定型，石墨复合降阻筒的相对两端通过防腐连接线紧固在垂直接地体上。

其中，石墨复合降阻筒是由石墨复合体经卷曲后经定型环绑定定型而成，石墨复合体是由复合石墨线编织而成。

其中，石墨复合体可折叠，石墨复合体上等均均匀设有网孔，网孔的直径尺寸小于或等于10mm，用以获得需求的导电率。

其中，复合石墨线主要由高纯鳞片石墨、合成纤维以及丙烯酸乙酯制备而成，其中：高纯鳞片石墨的含碳量小于90%。

其中，防腐连接线的内芯采用的合成纤维为凯夫拉纤维和玻璃纤维，其中：经过捻制成型的防腐连接线的直径尺寸大于或等于5mm，其抗拉强度大于或等于120N。

其中，定型环每间隔1m~2m的距离固定在垂直接地孔中的石墨复合降阻筒上，定型环呈C形。

其中，定型环的截面呈圆形或扁方形，由铝、铜或可塑性较强的钢材制成；定型环的相对两端设为锥形，用以刺穿在石墨复合降阻筒上。

为解决上述技术问题，本发明还公开了一种用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒的施工方法，用以在输电线路、发/变电站接地网的垂直接地工程中与垂直接地体相配合，以降低接地网中工频及冲击接地电阻，包括以下步骤：将垂直接地体布置在石墨复合降阻筒的中心位置，其中，垂直接地体的外径与石墨复合降阻筒的内径之间的土壤间隙平均距离大于5cm，其中：石墨复合降阻筒通过至少一个定型环进行定型，石墨复合降阻筒的相对两端通过防腐连接线紧固在垂直接地体上。

其中，石墨复合降阻筒是由石墨复合体经卷曲后再经定型环绑定定型而成，石墨复合体是由复合石墨线编织而成，其中：复合石墨线的制备包括以下步骤：将氧化插层的高纯鳞片石墨经过900~1100℃的高温处理后制成具备可塑性的蓬松状的弹性蠕虫石墨；弹性蠕虫石墨再经过辊压机压制成石墨纸，在两层石墨纸之间放置浸润过丙烯酸乙酯的合成纤维，再次经辊压成型获得复合石墨纸，复合石墨纸经切割与捻线制备成不同直径的复合石墨线，单根复合石墨线中凯夫拉纤维占总纤维数量的比例大于或等于30%。

其中，石墨复合降阻筒的相对两端通过防腐连接线紧固在垂直接地体上的步骤包括：在垂直接地体的入地端，防腐连接线将石墨复合降阻筒捆扎在垂直接地体上，其中：防腐连接线在垂直接地体上缠绕5~10周；在垂直接地体与石墨复合降阻筒之间填充细土，并在垂直接地体的近地端将两者连接固定。

实施本发明的用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒及其施工方法，具有如下有益效果：

第一、石墨复合降阻筒设置在垂直接地体的外周，其中：石墨复合降阻筒通过至少一个定型环进行定型，石墨复合降阻筒的相对两端通过防腐连接线紧固在垂直接地体上，当幅值高达数十甚至数百千安的雷电流或短路电流流过垂直接地体时，由于垂直接地体外层敷设了石墨复合降阻筒这一良导体，不仅增加了导体的散流体积，同时在垂直接地体“火花放电”效应作用下，两者之间以及石墨复合降阻筒外面的土壤由于电击穿及热击穿变成半导体，从而大幅度增加土壤中参与散流的区域，接地电阻值得到有效降低。

第二、石墨复合降阻筒可以极大增大整个杆塔接地网与土壤的有效接触面积，降低垂直接地体与土壤的接触电阻。克服了传统降阻剂随地下水及雨水冲刷流失问题，降阻长效性得到保证。石墨复合降阻筒的电阻率一般为10^-5Ω·m级别，比其他降阻剂或离子接地棒等常规降阻材料的导电性高数个数量级，避免了传统降阻剂腐蚀金属接地体的弊端，有效延长接地网的使用寿命。

第三、结构精简，石墨复合降阻筒与接地体连接的连接方式简单，有效避免了降阻剂的敷设不均匀以及接地模块的焊接难度大问题。石墨复合降阻筒适用于输电线路杆塔接地网，发、变电站接地网以及其他电力系统接地网的降阻施工，适应性广，且材料成本与施工成本显著降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒的垂直接地体与石墨复合降阻筒进行连接的结构示意图。

图2是本发明实施例用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒的垂直接地体与石墨复合降阻筒之间间隙的剖面结构示意图。

图3是本发明实施例用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒的定型环与石墨复合降阻筒连接的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，为本发明用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒的实施例一。本实施例中的用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒应用的领域为电力系统交流输电线路杆塔接地网，电力系统发、变电站以及其他电力设备接地网。其用以在输电线路、发/变电站接地网的垂直接地工程中与垂直接地体相配合，以降低接地网中工频及冲击接地电阻。

本实施例中的用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒，包括：垂直接地体1，设置在垂直接地体1外周的石墨复合降阻筒2，其中：石墨复合降阻筒2通过至少一个定型环3进行定型，石墨复合降阻筒2的相对两端通过防腐连接线5紧固在垂直接地体1上。

垂直接地体1呈杆状，可以由镀锌钢、低碳钢、铜覆钢以及柔性石墨复合接地材料中任一材料制得，垂直接地体1设置在垂直接地孔或接地槽4中，本实施例中垂直接地体1设置在接地孔4中。进一步说，电压等级为110kV的某条架空输电线路杆塔采用直径12mm的镀锌钢接地材料组成方框射线形接地网。由于该杆塔位于变电站的进线端，按照防雷要求进行进线段防雷保护，经过测量发现接地电阻超过标准值特进行接地改造。根据获取的实际数据信息进行计算，接地网采用外延加垂直接地体进行降阻的方式：在根开方框四个顶点均采用钻井机挖掘深度为7.5m的接地孔4，在接地孔4中采用石墨复合降阻筒2进行辅助降阻。

进一步的，石墨复合降阻筒2固定在垂直接地体1的外周。具体实施时，石墨复合降阻筒2是由石墨复合体21经卷曲后经定型环绑定定型而成，石墨复合体21是由复合石墨线21a编织而成。

其中：石墨复合降阻筒2是由石墨复合体21经卷曲后再经定型环3绑定定型而成，石墨复合体21是由复合石墨线21a编织而成，复合石墨线21a主要由高纯鳞片石墨、合成纤维以及丙烯酸乙酯制备而成。其中：复合石墨线21a的制备包括以下步骤：将氧化插层的高纯鳞片石墨经过900~1100℃的高温处理后制成具备可塑性的蓬松状的弹性蠕虫石墨；

弹性蠕虫石墨再经过辊压机压制成石墨纸，在两层石墨纸之间放置浸润过丙烯酸乙酯的合成纤维，再次经辊压成型获得复合石墨纸，复合石墨纸经切割与捻线制备成不同直径的复合石墨线，单根复合石墨线中凯夫拉纤维占总纤维数量的比例大于或等于30%。

进一步的，石墨复合降阻筒2的整体呈圆筒状，可以任意卷曲和折叠。由于其是由复合石墨线21a编织而成，根据编织时复合石墨线21a之间网孔的大小的不同，其结构能够呈现带网孔和不带网孔的两种结构。具体实施时，其卷曲成圆筒形的直径一般为10~30cm之间，复合石墨线21a之间的网孔大小一般不大于10mm。其作用是：按照导电率需求控制编织时网孔大小，可以编织成不同直径、不同孔隙的石墨复合降阻筒。

进一步的，定型环3每间隔1m~2m的距离固定在垂直接地孔4中的石墨复合降阻筒2上，定型环3呈C形。具体实施时，定型环3的截面呈圆形或扁方形，由铝、铜或可塑性较强的钢材制成；定型环3的相对两端设为锥形，用以刺穿在石墨复合降阻筒2上对石墨复合降阻筒2进行固定。

具体实施时，呈C字形的定型环3固定在石墨复合降阻筒2的外部以对其进行成型，置于垂直接地孔4中的石墨复合降阻筒2环绕于垂直接地体1的四周，每间隔1m~2m的距离，定型环3对其进行固定。

进一步的，防腐连接线5包括：设置在近地端连接点A的高强度防腐连接线和设置在入地端连接点B的高强度防腐连接线。具体实施时，上述防腐连接线的内芯采用的合成纤维为凯夫拉纤维和玻璃纤维。

优选的，高强度防腐连接线5的制备与复合石墨线21a的方法类似，其不同之处在于：所采用的合成纤维为凯夫拉纤维与玻璃纤维，其中单根复合石墨线中凯夫拉纤维占总纤维数量的比例≥30%。经过捻制成型的防腐连接线的直径尺寸大于或等于5mm，其抗拉强度大于或等于120N。

本发明还公开了一种用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒的施工方法，用以在输电线路、发/变电站接地网的垂直接地工程中与垂直接地体相配合，以降低接地网中工频及冲击接地电阻，包括以下步骤：将垂直接地体1布置在石墨复合降阻筒2的中心位置，其中，垂直接地体1的外径与石墨复合降阻筒2的内径之间的土壤间隙平均距离大于5cm，其中：石墨复合降阻筒2通过至少一个定型环3进行定型，石墨复合降阻筒2的相对两端通过防腐连接线5紧固在垂直接地体上。

其中，石墨复合降阻筒2是由石墨复合体21经卷曲后经定型环绑定定型而成，石墨复合体21是由复合石墨线21a编织而成，其中：复合石墨线21a的制备包括以下步骤：将氧化插层的高纯鳞片石墨经过900~1100℃的高温处理后制成具备可塑性的蓬松状的弹性蠕虫石墨；弹性蠕虫石墨再经过辊压机压制成石墨纸，在两层石墨纸之间放置浸润过丙烯酸乙酯的合成纤维，再次经辊压成型获得复合石墨纸，复合石墨纸经切割与捻线制备成不同直径的复合石墨线，单根复合石墨线中凯夫拉纤维占总纤维数量的比例大于或等于30%。

其中，石墨复合降阻筒2的相对两端通过防腐连接线5紧固在垂直接地体上的步骤包括：在垂直接地体的入地端B，防腐连接线5将石墨复合降阻筒2捆扎在垂直接地体1上，其中：防腐连接线5在垂直接地体1上缠绕5~10周；在垂直接地体1与石墨复合降阻筒2之间填充细土，并在垂直接地体1的近地端A将两者连接固定。

具体实施时，施工时接地孔4的平均直径为45cm，顶部直径略大于底部直径。采用的石墨复合降阻筒2的直径为20cm、整体长度约为7.5m。经过测量，石墨复合降阻筒2的电阻率实测值约5.72×10^-5Ω·m。施工时将石墨复合降阻筒2采用直径6mm的高强度连接线捆扎在垂直接地体1的底端。“C”字形定型环3选用宽度5mm，厚度2mm，长600mm的扁铝条。每间隔1m采用“C”字形定型环3进行固定成型，并将外层套有石墨复合降阻筒2的垂直接地体1敷设于接地孔4中，在垂直接地体1与石墨复合降阻筒2之间的空隙中填充细土。采用高强度防腐连接线5将石墨复合降阻筒捆扎在垂直接地体的近地端A，随后完成整个接地孔的填充。经施工后测量发现该杆塔接地电阻值将至5Ω左右，满足实际输电线路进线段防雷需求。

实施本发明的用于电力接地网垂直接地石墨复合降阻筒及其施工方法，具有如下有益效果：

第一、石墨复合降阻筒设置在垂直接地体的外周，其中：石墨复合降阻筒通过至少一个定型环进行定型，石墨复合降阻筒的相对两端通过防腐连接线紧固在垂直接地体上，当幅值高达数十甚至数百千安的雷电流或短路电流流过垂直接地体时，由于垂直接地体外层敷设了石墨复合降阻筒这一良导体，不仅增加了导体的散流体积，同时在垂直接地体“火花放电”效应作用下，两者之间以及石墨复合降阻筒外面的土壤由于电击穿及热击穿变成半导体，从而大幅度增加土壤中参与散流的区域，接地电阻值得到有效降低。

第二、石墨复合降阻筒可以极大增大整个杆塔接地网与土壤的有效接触面积，降低垂直接地体与土壤的接触电阻。克服了传统降阻剂随地下水及雨水冲刷流失问题，降阻长效性得到保证。石墨复合降阻筒的电阻率一般为10-5Ω·m级别，比其他降阻剂或离子接地棒等常规降阻材料的导电性高数个数量级，避免了传统降阻剂腐蚀金属接地体的弊端，有效延长接地网的使用寿命。

第三、结构精简，石墨复合降阻筒与接地体连接的连接方式简单，有效避免了降阻剂的敷设不均匀以及接地模块的焊接难度大问题。石墨复合降阻筒适用于输电线路杆塔接地网，发、变电站接地网以及其他电力系统接地网的降阻施工，适应性广，且材料成本与施工成本显著降低。