山區(qū)桿塔建設(shè)一直是電網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)，桿塔接地電阻偏大是引起線路跳閘的主要原因。山區(qū)桿塔接地具有以下特點(diǎn)：①山區(qū)海拔高，地勢(shì)起伏，地形復(fù)雜，塔周圍土壤較差，土壤電阻率較高；②采用接地體為金屬接地體，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后局部腐蝕嚴(yán)重，難以維護(hù)；③山區(qū)交通不便，大型接地系統(tǒng)運(yùn)輸存在問(wèn)題，實(shí)際施工難度較大。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行深入研究，一種新型石墨接地材料應(yīng)運(yùn)而生，因此，本文依據(jù)接地電纜自身形狀，對(duì)柔性石墨纜在山區(qū)線路桿塔接地中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

針對(duì)傳統(tǒng)扁平式設(shè)計(jì)無(wú)法在高電阻、高腐蝕情況下得到高效使用的問(wèn)題，需結(jié)合非金屬導(dǎo)電體柔性石墨纜結(jié)構(gòu)屬性，設(shè)計(jì)接地技術(shù)條件，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證柔性石墨纜在山區(qū)線路桿塔接地中的應(yīng)用情況。

1 接地材料特性

以往山區(qū)線路桿塔接地通常以鍍鋅鋼塔為基礎(chǔ)材料，鍍鋅能夠?qū)拥鼐€起到一定保護(hù)作用，降低腐蝕程度，但焊接頭作為鍍鋅鋼塔的基點(diǎn)，易受外界腐蝕，容易損壞，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足輸電線路接地材料使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)。

近年來(lái)，銅包鋼材料在腐蝕性較強(qiáng)的地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，銅作為防腐層，具有良好的防腐性能。然而，當(dāng)接地體受到外界因素影響而出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象時(shí)，其表面的銅線開(kāi)始損壞，內(nèi)置的線頭開(kāi)始外漏。而柔性石墨纜結(jié)構(gòu)，屬于一種非金屬導(dǎo)電體，具有耐腐蝕、耐酸堿、穩(wěn)定性強(qiáng)、不生銹、安裝便捷的優(yōu)勢(shì)，在高電阻率、高腐蝕領(lǐng)域得到更多應(yīng)用。

石墨電纜結(jié)構(gòu)采用編織網(wǎng)的形式，較傳統(tǒng)扁平式設(shè)計(jì)方法，具有方便設(shè)備連接，承載能力相對(duì)較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。此外，石墨電纜溫度使用范圍為[-60℃, 200℃]，具有耐腐蝕、阻燃、易形成的優(yōu)勢(shì)。

2 接地技術(shù)條件

1）外觀

石墨基柔性接地體外觀應(yīng)嚴(yán)密均勻，無(wú)明顯斷開(kāi)點(diǎn)，表面應(yīng)編織成網(wǎng)狀，裸線、帶、線等金屬導(dǎo)體不應(yīng)夾在接地體內(nèi)。

2）尺寸及允差

柔性石墨基礎(chǔ)接地體應(yīng)保持圓形或矩形截面形式，矩形或圓形截面直徑寬度和厚度的允許誤差應(yīng)小于5%，總接地體金屬導(dǎo)體橫截面積不得大于接地體總橫截面積的10%。

3）石墨覆金屬線

涂石墨金屬絲需要在銅線或其他金屬絲表面均勻、緊密、完整地涂上碳納米管導(dǎo)電膠，不存在裸露金屬導(dǎo)體，石墨層在室溫下的剝離力不應(yīng)小于10N/mm。

4）電氣性能

（1）直流電阻

石墨基柔性接地體直流電阻應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 石墨基柔性接地體直流電阻規(guī)定（室溫下）

（2）工頻電流耐受性能

針對(duì)電源頻率電流測(cè)試，其產(chǎn)品外觀不應(yīng)該消融或膨脹，受到的溫度不高于120℃，直流電阻不大于10%的單位阻值增長(zhǎng)。柔性石墨基礎(chǔ)接地頻率電流參數(shù)公差應(yīng)符合表2中的值。

（3）雷電流沖擊耐受性能

根據(jù)上述內(nèi)容，在50kA標(biāo)準(zhǔn)雷電電流沖擊下進(jìn)行耐受試驗(yàn)，溫升不高于120℃，試樣外觀不應(yīng)有斷股、燒蝕、鼓包等缺陷，單位長(zhǎng)度直流電阻增大范圍不超過(guò)10%。

表2 石墨基柔性接地體工頻電流耐受值（室溫下）

5）機(jī)械性能

彎曲半徑不應(yīng)大于30cm，經(jīng)過(guò)90°彎曲后分別進(jìn)行正向和反向方向觀測(cè)，樣品的外觀不應(yīng)該出現(xiàn)斷鏈和破損等現(xiàn)象，直流電阻單位長(zhǎng)度增加不應(yīng)超過(guò)10%。在180°/m扭曲狀態(tài)下堅(jiān)持10s，此時(shí)樣品的外觀不應(yīng)該出現(xiàn)斷鏈和破損等現(xiàn)象，直流電阻單位長(zhǎng)度增加范圍不超過(guò)10%。石墨基柔性接地體耐浸泡腐蝕性能應(yīng)符合下列要求。

• （1）耐堿性：在室溫下浸入5%NaOH溶液中48h，每單位長(zhǎng)度直流電阻增加范圍不超過(guò)10%。
• （2）酸性：在5% H2SO4溶液中室溫下存儲(chǔ)48h，直流電阻增加范圍不超過(guò)10%。
• （3）耐鹽水性：在3.5%氯化鈉溶液室溫下存儲(chǔ)72h，直流電阻增加范圍不超過(guò)10%。

經(jīng)過(guò)100℃烘烤2h后，回到室溫，重復(fù)上述拉伸試驗(yàn)，單位長(zhǎng)度的直流電阻增加不超過(guò)10%。在◆60℃冷凍2h后，回到室溫，重復(fù)規(guī)定的拉伸試驗(yàn)，單位長(zhǎng)度的直流電阻增加仍然不超過(guò)10%。阻燃性能試驗(yàn)按GB/T 10707規(guī)定的垂直燃燒法進(jìn)行，燃燒性能等級(jí)為FV-0。

3 應(yīng)用案例

廣東汕頭東北部、西北、西南，有蓮花山脈、桑浦山及大南山等山地區(qū)，大部分屬亞熱帶，處于赤道低氣壓帶和副熱帶高氣壓帶之間，輸電塔位于山頂和山坡上，塔周圍的植物受地形、土壤差異影響，生長(zhǎng)狀態(tài)也不同，因此，本文選取了兩種典型的地形進(jìn)行了分析，對(duì)鐵塔的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析。

3.1 接地電阻設(shè)置

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備電氣接地設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同土壤電阻率，分析接地電阻大小，見(jiàn)表3。

表3 工頻接地電阻要求

根據(jù)上述工頻接地電阻要求，完成接地電阻的設(shè)置。

3.2 應(yīng)用環(huán)境及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

塔周圍地形復(fù)雜、有茂密的森林、雜草叢生的土壤，略微潮濕的表面土壤和巖石環(huán)境。塔的東西兩側(cè)垂直下坡，坡下植被茂密；北側(cè)是坡下坡，沒(méi)有道路，坡下植被茂密；南側(cè)是一條上坡路，兩側(cè)適合延伸。其環(huán)境示意圖如圖1所示。

圖1 環(huán)境示意圖

將接地體置于該層具有良好的減阻效果，選用直徑28mm的柔性石墨接地體，敷設(shè)深度為0.6m，塔根設(shè)為10m長(zhǎng)的方形接地體，接地體的方角選擇了一個(gè)注流點(diǎn)，根據(jù)塔周圍地形和土壤電阻率，位于一個(gè)凸點(diǎn)上設(shè)置約2m左右的下坡，并將其分散在地下。接地體位置，第一位在第一象限，其余三位依次逆時(shí)針接地到位，四位接地長(zhǎng)度都為30m左右。接地電阻計(jì)算為13.7Ω（要求值20Ω）。

在接地桿塔基礎(chǔ)周圍開(kāi)挖方形接地體，邊長(zhǎng)10m，深0.6m，清理石塊及雜物，將柔性石墨纜鋪設(shè)在溝槽底部，細(xì)土回填后，對(duì)接地電阻值進(jìn)行測(cè)試，以滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 應(yīng)用結(jié)果與分析

從廣東某山區(qū)輸電塔數(shù)據(jù)庫(kù)中選取鍍鋅圓鋼、接地模塊和柔性石墨纜的接地材料總經(jīng)費(fèi)進(jìn)行對(duì)比分析，選取的是近40年的數(shù)據(jù)。表4給出了工程實(shí)際采用方案與只采用鍍鋅鋼接地材料的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，為了增加可比性，將鍍鋅鋼配接地模塊方案的40年總投資也列于表4中。

表4 接地材料經(jīng)費(fèi)對(duì)比

由表4可以看出，柔性石墨纜接地方案明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的接地方案，40年總投資可減少約46% 。在該接地方案基礎(chǔ)上，將石墨柔性接地體與傳統(tǒng)材料在不同溫度下硬度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 石墨柔性接地體與傳統(tǒng)材料硬度對(duì)比分析

由表5可知，隨著溫度升高，兩種材料硬度都逐漸降低。但在10℃～30℃常溫范圍內(nèi)，石墨柔性接地體硬度始終保持在630HBW，而傳統(tǒng)材料硬度在溫度為20℃時(shí)就開(kāi)始下降，由此可知，在不同溫度下石墨柔性接地體硬度較高，機(jī)械性能相對(duì)較好。

4 結(jié)論

結(jié)合山區(qū)線路環(huán)境，分析柔性石墨纜在山區(qū)線路桿塔接地中的應(yīng)用，依據(jù)山區(qū)地形的基本特征，設(shè)計(jì)具體應(yīng)用方案，并對(duì)其應(yīng)用的壽命周期進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)具體應(yīng)用實(shí)例，研究結(jié)果表明，柔性石墨纜耗費(fèi)的總經(jīng)費(fèi)明顯少于傳統(tǒng)接地方案，電阻相對(duì)穩(wěn)定，安裝十分簡(jiǎn)便，從整個(gè)使用周期來(lái)看，具有較大經(jīng)濟(jì)效益。

由于受到條件限制，導(dǎo)致研究結(jié)果僅僅依賴于理論數(shù)據(jù)，因此，在今后研究進(jìn)程中，對(duì)其應(yīng)用在不同場(chǎng)景進(jìn)行分析，以此保證研究?jī)?nèi)容更貼近實(shí)際生活，為其廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。