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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，由于雷击而导致的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。电力系统中传统金属接地材料在实际运行中面临着腐蚀、复杂地形条件下运输及施工困难等诸多问题。使用柔性石墨接地材料虽能解决上述技术难题，但同时带来了雷电电流耐受不明确、水土流失引起的冲刷等问题。文章在结合工程实践的基础上，阐述了柔性石墨接地材料的优缺点及相关的施工技术要点。
关键词：传统接地；柔性石墨接地材料；施工方法
0 前言
随着电力系统的发展,输电线路数量显著增加，线路所处位置土壤电阻率高，按传统方式敷设的接地网不能达到规程要求。对于线路而言，杆塔接地电阻增大造成线路耐雷水平降低，导致线路雷击跳闸次数增加。另一方面,现有的接地网，由于材质问题，在运行过程中易出现腐蚀现象，进而造成接地网性能下降。现场对稳定、长效、易施工、免维护的接地体的需求日益突出。新型接地材料—柔性石墨接地材料在此基础上应用而生，在多次试点及项目实践的基础上，发现石墨接地材料拥有很多的优点，但也存在一定的缺点。
1 传统接地方式存在的突出问题
1.1 腐蚀严重。
南方沿海地区输电线路一般采用镀锌圆钢作为输电杆塔的接地材料。从最近几年输电线路接地装置的开挖检查发现，运行10年及以上的接地装置的腐蚀情况极其严重，接地装置腐蚀严重的杆塔数量约占开挖总量的35%。例如某110kV线路N4塔接地网镀锌圆钢直径最小处约为1.94毫米，与现行接地设计采用直径12毫米的镀锌圆钢相比，已经远远不合格。
1.2 焊接不合格。
接地材料之间的连接工艺也是影响接地装置寿命的一个重要因素。地网不同于其他电力设备，由于深埋在地表以下，与其接触的化学腐蚀性物质要远远多于暴露于空气中的其他设备设施，而接头往往是传统地网最易受到腐蚀的环节。
传统的连接工艺为电焊，主要存在以下问题：
（1）电焊工人在现场环境及工作条件下，很难实现双面焊接；
（2）现场电焊工人大多无证操作，焊接质量不可控，因个人技能水平不同造成差异较大；
（3）需要电焊机等重型设备，有时施工地方处于高山之上，电焊机不便于搬运，存在有铁丝绑扎的现象。
（4）在施工过程中，电弧所产生的高温不仅破坏了材料的防腐层，而且在电离的作用下接地材料含有的部分物质会发生化学反应，降低了材料的导电性并加速接头的腐蚀，加上电焊工艺的局限性，接头只能实现外沿连接，内部依旧没有接触或只是部分接触，含有大量空隙，极易导致水汽进入并从内部腐蚀接头。更加值得注意的是：由于接头处的电阻大于材料本身，接头带来的地网电阻上升的因素往往容易被忽略。
2 柔性石墨接地材料的优点
柔性石墨接地材料由于其独特的物理性质，它主要存在以下优点：
2.1 良好的导电性
新型石墨接地体电阻率为3.25×10-5Ωm，若辅以导电纤维，其电阻率可达到10-5Ωm级别。
2.2 可靠的耐腐蚀性
石墨在常温下化学性质稳定，不受任何强酸、强碱及有机溶剂的侵蚀。相对于镀锌圆钢接地材料耐腐蚀性能优良。构成复合接地材料的“骨架”多采用玻璃纤维或者碳纤维，具有具有长期的机构稳定性。因此，其能适用不同的地质条件。
2.3 与土壤贴合度高
石墨接地材料具有柔性可弯曲特点，在接地体埋设压实过程中，接地体的柔性特质可以随凹凸不平的土壤地形而改变自身形状，使得接地体与土壤的贴合度更高。另外，石墨接地体是网状结构，土壤颗粒及水分容易进入其内部，会导致石墨接地体截面积变大，降阻效果更好。
2.4 较低的趋肤效应与电感效应
相对于镀锌钢接地材料，石墨接地体的磁导率很小，在高频雷电流或是故障电流下趋肤效应与电感效应相对较小。一方面提高了导电材料的利用率，另一方面降低了接地阻抗值。
2.5 施工方便
石墨接地材料比重轻，在运输与施工上更为方便、灵活。并且连接部位只需连接件安装，无需焊接等复杂操作。
3 柔性石墨接地材料的缺点
石墨接地产品的优势是显而易见的，但因石墨材料本身的固有属性，石墨接地产品的缺点也不容忽视。
3.1石墨接地行业（产品）无相关技术规范
截至目前，国内尚无石墨接地产品的相关技术标准，参照部分厂家企标、试验报告时，发现各生产厂家所生产的产品差异较大，所做的试验类型、方法不尽相同，对试验结果的判定的依据也不尽相同等。在使用时，主要存在以下问题：
（1）石墨接地产品的工频耐受问题
在系统发生工频接地故障时，单根接地引下线承受的故障电流占故障电流的占比目前没有相关依据。有厂家提出“在实际的运行过程，单根的接地引线通过的最大工频电流很小，一般不超过总的故障电流的10%”，但这一结论缺乏依据。
在调研时，由厂家当场做了一个工频耐受的试验，情况如下：
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从以上数据看，在系统发生工频接地故障时，特别是经杆塔接地时，石墨复合接地网可能无法承受此时的工频短路电流。
（2）石墨接地产品的长效问题
在现阶段，人们可能只专注于石墨本身的耐腐蚀、导电性等特性，而或多或少忽视了石墨接地产品中添加的玻璃纤维与粘连剂，特别是这两种物质对时间和温度的长效性问题。如果玻璃纤维与粘连剂的寿命远远小于石墨材料本身，石墨接地产品的寿命也将大打折扣。以上试验中厂家对于冒烟的解释为：粘连剂是为了在生产过程中产品能够成行添加的辅助材料，在生产过程中减少成品的损耗，而在实际应用中，即产品成行后，粘连剂对产品的性能影响很小。粘连剂挥发后，产品的电气性能和机械性能基本不受影响。另外，据厂家介绍，玻璃纤维的熔点约为680℃，目前石墨接地产品生产厂家，一般将石墨接地产品的最高允许温度设定在450℃。如果工频耐受试验中，产品的温度超过680℃，对石墨接地产品的影响将是致命的。
（3）散流特性及热稳定校验
目前，石墨接地行业对产品的散流特性和热稳定校验尚未做过相关研究。在线路落雷时，石墨接地产品散流特性直接影响线路是否会发生绝缘闪络和反击跳闸。而热稳定校验可以严格限制产品的温升范围。
（4）原材料问题
石墨接地产品原材料为可膨胀石墨、玻璃纤维、粘连剂等。对可膨胀石墨的含碳量以及生产工艺中其膨胀倍数无法得知。调研中也未发现玻璃纤维等材料的相关的质量检验报告。
（5）水土流失引起的冲刷问题
据厂家介绍，除了水流长期冲刷的地区，石墨接地体适用于所有地形。石墨接地体由于其材料及制造方法决定了它不适合应用在有泥石流、水流长期冲刷的地区，不然接地体上的片状石墨将慢慢流失。
3.2 价格问题
就目前其他单位采购的石墨接地产品来看，价格相对较高。就材料费而言，石墨接地整改的价格保守估计是普通镀锌圆钢接地整改的3—5倍。前期，在石墨接地技术试运行期间，项目单位做过镀锌圆钢、铜覆钢、石墨接地整改的对比分析，对比结果如下：
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从上表可以看出，石墨接地整改的主要费用在石墨材料上，铜覆钢整改的主要费用则是在安装费上（铜覆钢整改有垂直接地极的钻孔费用）。
4 柔性石墨接地材料接地装置的施工方法
柔性石墨接地施工相对比较简单，但有以下几个事项需要特别注意：
（1）接地沟底应保持平整，回填土应尽量选取素填土，不得掺有石块及其它杂物，以防止石块等损伤石墨接地体。并需分层夯实。
（2）产品在易发生水土流失的地区使用是应避开雨水常冲刷的区域，并应沿等高线进行敷设安装，增加开挖深度，回填夯实，防止被雨水冲刷裸露。
（3）柔性石墨接地施工使用的连接件必须有止退装置，防止连接件发生松动。
（4）采用石墨接地体进行整改的输电线路杆塔原接地引下线部分须采用不锈钢丝网包裹，既可防止外露的石墨接地体损坏，又可增加其通流能力。
结束语：
（1）在有条件选择使用石墨接地材料时，应针对相应的石墨接地体检验其热稳定性。
（2）在选用石墨接地材料时，应充分了解产品中玻璃纤维与粘连剂允许的温升范围，并取得相关的检测报告。
（3）对防雷接地要求较高的地区，优先选用内含金属成分的石墨接地体，以增加接地网的散流能力。
（4）对于内含金属成分的石墨接地体，必须采用金属部分先行连接，再做整体连接的方式。
（5）在盐碱地带应优先选用石墨接地，以增加接地装置的全生命周期。
参考文献：
1.胡元潮，阮江军.《柔性石墨复合接地材料及其相关性能试验研究》，电网技术，2016
2.申洁，吴瑞春，吴瑞文.《关于石墨接地在输电线路中的研究与应用》，科技创新与应用，2016
3.《软体石墨接地极在输电线路工程中的应用》，国网冀北电力有限公司经济技术研究院，2014
4.《GB/T 21698-2008 复合接地体技术条件》