柔性石墨垂直接地體在桿塔中的應(yīng)用研究

張 昌，甘 艷，鄒建明，黃道春，李鐵成

（1.華中電網(wǎng)有限公司，武漢430000；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430072）

柔性石墨垂直接地體在桿塔中的應(yīng)用研究

張 昌1，甘 艷1，鄒建明1，黃道春2，李鐵成2

（1.華中電網(wǎng)有限公司，武漢430000；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430072）

針對部分因施工場地受到限制而無法按常規(guī)設(shè)計方案敷設(shè)的桿塔接地網(wǎng)，提出了在水平接地網(wǎng)基礎(chǔ)上使用石墨垂直接地體的思路以占用盡可能小的空間來降低接地電阻。在此基礎(chǔ)上選取典型水平接地網(wǎng)，利用CDEGS仿真軟件，對在不同土壤電阻率條件下進行加裝石墨垂直接地體后的工頻接地電阻的仿真計算，并由此確定不同土壤電阻率類型的合理設(shè)計方案。同時，考慮到石墨接地材料的物理性質(zhì)與傳統(tǒng)金屬接地材料的不同，提出了柔性石墨垂直接地體的回填施工技術(shù)方案以供參考。

柔性石墨垂直接地體；分層土壤；接地電阻；敷設(shè)方案；回填技術(shù)

0 引言

對于輸電線路桿塔而言，接地方式一般采用方框加射線敷設(shè)于地表之下，但是由于該方法占地面積大，可能導(dǎo)致部分施工場地?zé)o法滿足敷設(shè)要求，并且會增加運行人員檢查接地網(wǎng)時的工作量[1]，所以會采取在水平接地網(wǎng)上加裝垂直接地體的方法進行方案設(shè)計。傳統(tǒng)的接地材料通常為金屬材料，容易引發(fā)腐蝕、偷盜問題，而且由于密度相對較大，對施工也會造成一定難度。而柔性石墨接地材料具有抗腐蝕、密度小、質(zhì)地柔韌的效果，能夠有效解決上述問題[2]。

大潤發(fā)也曾希望通過飛牛網(wǎng)打通線上線下，但是后來發(fā)現(xiàn)，超市的快消品上線并不符合消費者的消費習(xí)慣。因為它們是剛需，而且往往即時需求。等待送貨上門，還不如去樓下的小超市來得快。

但是由于柔性石墨接地體是一種新型材料，目前還沒有針對該材料的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，筆者對柔性石墨接地材料作為垂直接地體時的效果進行了計算研究，在此基礎(chǔ)上提出了在均勻土壤和分層土壤情況下的設(shè)計方案，并結(jié)合柔性石墨接地體的自身性質(zhì)和傳統(tǒng)接地體的施工情況，提出了柔性石墨接地材料的現(xiàn)場施工技術(shù)[3-4]。

1 均勻土壤下柔性石墨垂直接地體的應(yīng)用研究

1.1 均勻土壤下石墨垂直接地體布置位置

如圖1所示，選取根開20 m，射線長40 m的水平接地網(wǎng)，水平網(wǎng)深度0.8 m，土壤電阻率取500 Ω·m，分別在每根射線上布置一根長度為4 m的垂直接地體，每次布置在距離射線首端不同距離的位置上，分別用CDEGS軟件計算工頻接地電阻，其結(jié)果如表1所示。

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圖1 水平接地網(wǎng)模型Fig.1 The model of horizontal grounding grid

表1 不同安裝位置下的工頻接地電阻和沖擊接地阻抗Table1 The power frequency grounding resistances and impulse grounding impedances in different install positions

兩類三層土壤的結(jié)構(gòu)分別如表9和表10所示，其中第三層土壤電阻率都小于第二層，但表9所示土壤的第三層土壤和第二層土壤的電阻率更接近，比第一層小很多；表10所示土壤的第三層土壤和第一層土壤的電阻率較為接近，比第二層大很多。

在圖1水平接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加總長度為80 m的垂直接地體，每條射線上分配20 m長，土壤電阻率設(shè)為3000 Ω·m，采取不同方案敷設(shè)，其具體方案和對應(yīng)的工頻接地電阻如表3所示。

1.2 不同電阻率下均勻土壤下石墨垂直接地體的效果

對于柔性石墨垂直接地體而言，由于其質(zhì)地柔軟，在放入事先挖好的深井中之后，與土壤間必定有著較大空隙，若不處理這些空隙，則會導(dǎo)致接地體與土壤間的接觸電阻大大增加，會嚴重降低接地體的散流效果。因此需要采取措施進行回填，具體措施如下：

阿里糊涂間，似乎又記得有這么回事。他眨了半天眼，還是想不起。阿東便把他拖起來，逼著他穿好衣服。此時的天光，已然亮開。

表2 不同電阻率下的垂直接地體效果Table 2 The effects of the vertical grounding material in different soil resistivity conditions

觀察表2可知，隨著土壤電阻率的增加，加裝垂直接地體后的降阻效果越好。原因是土壤電阻率較小時，電流往往在注流點處或附近流入土壤，此時遠處的接地體中電流小，利用率低，相對地，土壤電阻率較高的情況下，接地體的利用率高，因此加裝垂直接地體后降阻效果越好。

1.3 均勻土壤電阻率條件下，用料總長度一定時接地網(wǎng)的布置方案

2)Android移動終端既可以訪問本地的內(nèi)容，也可以訪問物聯(lián)網(wǎng)中的資源，同時自己也可以提供資源給其他的對等的移動終端[2]。

表3 均勻土壤同耗材不同方案下的垂直接地體效果Table 3 The effects of different schemes of constant amounts of the vertical grounding material in homogeneous soil

由表3可知同等耗材下，所用垂直接地體越少、敷設(shè)密度越小的方案效果越好。其原因是敷設(shè)密度大會導(dǎo)致電流的屏蔽作用加劇，從而不利于電流的散流。因此，對于均勻土壤而言，垂直接地體總長度一定時，以每根分配的長度盡可能多、總根數(shù)較少、均勻敷設(shè)的方案，效果越好[6]。

2 不均勻土壤下柔性石墨垂直接地體的應(yīng)用研究

2.1 兩層土壤下柔性石墨垂直接地體的應(yīng)用研究

凍土地區(qū)的表層土壤因凍結(jié)原因?qū)е卤韺油寥离娮杪蚀笥谙聦油寥离娮杪剩褂么怪苯拥伢w能使接地網(wǎng)在下層電阻率較小的土壤中散流，故選取典型凍土環(huán)境下的分層土壤作為仿真環(huán)境[7～10]，其具體情況如表4所示。

表4 土壤的分層情況Table 4 The soil stratification

2.1.1 兩層土壤條件下用料長度一定時的接地網(wǎng)布置方案

在圖1水平接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加總長度為80 m的垂直接地體，每條射線上分配20 m長，采取不同方案敷設(shè)，其具體方案和對應(yīng)的工頻接地電阻如表5所示。

表5 不均勻土壤同耗材不同方案下的垂直接地體效果Table 5 The effects of different schemes of constant amounts of the vertical grounding material in inhomogeneous soil

圖2 不同方案對應(yīng)的接地電阻Fig.2 The power frequency grounding resistances of different schemes

由圖2趨勢可知，每根設(shè)置的垂直接地體少于5根時，接地電阻相差不大，考慮到經(jīng)濟因素和施工難度，可以在每根射線上只加裝1到2根垂直接地體。

2.1.2 兩層土壤條件下垂直接地體的布置方式

根據(jù)圖1接地網(wǎng)模型，分別在每根射線上布置一根長度為4m的垂直接地體，每次布置在距離射線首端不同距離的位置上，分別用CDEGS軟件計算工頻接地電阻，其結(jié)果如表6所示。

表6 雙層土壤不同安裝位置下的工頻接地電阻Table 6 The power frequency grounding resistances in different install positions in double-deck soil

由表6可知，分層土壤中單根接地體的布置規(guī)律和均勻土壤相同，都是在射線最末端處工頻接地電阻最小。

根據(jù)圖1接地網(wǎng)模型，分別在每根射線末端布置一根長為4 m的垂直接地體，然后再在射線不同位置加裝一根同為4 m的垂直接地體，分別用CDEGS軟件計算工頻接地電阻，其結(jié)果如表7圖、3所示。

表7 第二根垂直接地體不同位置的工頻接地電阻Table 7 The power frequency grounding resistances of the second vertical grounding material in the different positions

圖3 第二根垂直接地體位置對應(yīng)的接地電阻Fig.3 The power frequency grounding resistances of the second vertical grounding material

根據(jù)圖3可得知，對于該接地網(wǎng)而言，第二根垂直接地體安裝在距離第一根（即距射線末端）33 m左右處，效果最佳。該位置造成的電流屏蔽效果對散流能量造成的影響最小，該位置的與土壤的分層情況和水平地網(wǎng)的射線長度相關(guān)。

2.1.3 兩層土壤條件下垂直接地體長度的降阻效果和利用率

魚粉中總磷含量與粗灰分含量表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，其關(guān)系符合方程y=0.005x2-0.011 5x+1.206 3，R2=0.668 7。多數(shù)樣本的總磷含量小于3.0%。

在本節(jié)中,將提出一種利用可見水印和不可見水印的多重加密方法,能夠達到對金融票據(jù)來源信息的標(biāo)識和對篡改的定位檢測。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表8 不同長度垂直接地體的作用效果Table 8 the effects of different length of the vertical grounding material

由表8可知，接地電阻隨著垂直接地體的長度增長而下降，但是與此同時，接地材料平均每米的降阻效果也在逐漸減弱。因此，在工程實際中要結(jié)合降阻要求、施工難度、材料利用效果進行設(shè)計方案的規(guī)劃。

C#面向?qū)ο蟪绦虻娜齻€基本特征：封裝、繼承、多態(tài)，下面用前面討論的帶蓋盒形、箭頭、叉勾等圖形、符號來描述這三種特征的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。

2.2 三層土壤條件下柔性石墨垂直接地體的應(yīng)用研究

以圖1中水平接地網(wǎng)為基礎(chǔ)，分別在兩種土壤類型中進行平均每米降阻材料的工頻接地電阻降阻效果的計算，垂直接地體安裝在端部，且長度依次遞增。

由表1可知，單根垂直接地體敷設(shè)在水平射線末端時工頻接地電阻最小，其原因是入地電流通過接地體向大地深處散流時，會受到其他接地體散流的影響，導(dǎo)致不能充分散流，即電流的屏蔽作用。當(dāng)垂直接地體設(shè)在射線末端時，其與其他接地體的距離相對更遠，產(chǎn)生的電流屏蔽作用更弱，因此散流效果相對更好。而單根垂直接地體敷設(shè)在水平射線首端時沖擊接地電阻最小，因為雷電流進入注流點開始散流時，存在比較嚴重的電感效應(yīng)，距離注流點越遠的部分散流效果越弱，故垂直接地體設(shè)置在射線首端時沖擊接地阻抗最小。分別對比工頻接地電阻和沖擊接地阻抗的最優(yōu)和最差方案，對于工頻接地電阻而言電阻減少了3.58%，對于沖擊接地阻抗而言減小了15.79%，可見相對來說垂直接地體的位置對于沖擊接地阻抗的影響遠大于工頻接地電阻，因此位置設(shè)置在射線首端更好[5]。

表9 類型一的三層土壤Table 9 The 3-layers soil of type 1

表10 類型二的三層土壤Table 10 The 3-layers soil of type 2

對于三層土壤而言，垂直接地體的布置位置和兩層土壤一樣，但是在垂直接地體的長度方面和兩層土壤存在差異。

由圖4和圖5可觀察到，不同類型土壤中，平均每米效果的變化趨勢也有所不同。類型一的變化趨勢與兩層土壤類似，都是隨著垂直接地體的長度變長而變??；類型二的變化趨勢為先上升后下降，在垂直接地體長度為3～4m時，材料的利用效果最佳。因此，對于類型一而言，可按照兩層土壤的設(shè)計方案來進行規(guī)劃；對于類型二而言，可以在施工滿足需求的前提下將垂直接地體的長度設(shè)為利用率最高時的長度。

圖4 類型一中平均每米降阻效果隨垂直接地體長度變化趨勢Fig.4 The trend of reducing resistance per meter in different length in the type.1

圖5 類型二中均降阻效果隨垂直接地體長度變化趨勢Fig.5 The trend of reducing resistance per meter in different length in the type.2

3 柔性石墨垂直接地體施工回填技術(shù)

在實際工程施工中，由于柔性石墨接地材料與傳統(tǒng)接地材料性質(zhì)差異較大，故在實際工程中采取的施工技術(shù)也會有所不同，該不同主要體現(xiàn)在埋入垂直接地體后土壤的回填技術(shù)上。

針對圖1水平地網(wǎng)模型，選取不同土壤電阻率，計算不加垂直接地體和分別在4根射線末端加裝長度為4m的垂直接地體的工頻接地電阻，其結(jié)果如表2所示。

以圖1水平接地網(wǎng)為基礎(chǔ)，在射線末端分別加裝不同長度的垂直接地體，分別計算接地電阻和均降阻效果，即平均每米材料的降阻效果。

1）用水泵向已加入垂直接地體的深井中注入鹽水，直到水面接近井口。由于接地體由石墨構(gòu)成，不會因鹽水的注入而腐蝕；

2）向該深井中繼續(xù)注入泥漿，以此將深井填滿。

無梗五加果實3種提取物對人肝癌細胞SMMC-7721增殖和凋亡的影響 …………………………………… 劉玉強等（9）：1252

一開始不直接注入泥漿而注入鹽水的原因是防止出現(xiàn)因深井內(nèi)存在孔隙而導(dǎo)致回填泥漿的浪費的現(xiàn)象，而且鹽水也利于土壤的降阻。

4 結(jié)論

1）對于均勻土壤而言，垂直接地體從水平地網(wǎng)射線首端開始敷設(shè)效果最佳，可有效降低沖擊接地阻抗，且在總用料相同的情況下，垂直接地體的布置密度越小越利于散流；

2）對于不均勻兩層土壤而言，一般可在水平地網(wǎng)的每條射線上安置1～2根垂直接地體，首根接地體應(yīng)從射線末端開始安裝，第二根接地體從安裝在射線首端附近（但不到射線首端），具體位置視地網(wǎng)規(guī)格和土壤情況而定（定在電流屏蔽效應(yīng)相對最小的點）。垂直接地體的長度在不造成施工難度和滿足考慮經(jīng)濟效益的前提下越長越好。

3）對于不均勻三層土壤而言，中層和下層電阻率遠小于表層時，按兩層土壤的情況設(shè)計；中層電阻率較小，表層和下層電阻率遠大于中層時，可以在滿足施工需求的前提下，將垂直接地體的長度設(shè)為利用率最高時的長度。

4）在回填過程中，采用先注鹽水再注泥漿的方法，能有效降低石墨接地材料與土壤間的接觸電阻，而且可以避免泥漿的浪費。

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Study on the Application of Flexible Graphite Composite Electrical Vertical Grounding Material in Tower

ZHANG Chang1，GAN Yan1，ZOU Jianming1，HUANG Daochun2，LI Tiecheng2
（1.Central China Grid Company Limited，Wuhan 430000，China;2.School of Electrical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

For some place in restricted conditions，conventional design scheme cannot be access to the tower grounding grid.It is proposed that the flexible graphite composite electrical vertical grounding material should be utilized on the base of horizontal ground grids to occupy as little space as possible to reduce the ground resistance.On this basis，the typical horizontal grounding network is selected，and the simulation calculation of the power grounding resistance of flexible graphite composite electrical vertical grounding material under different soil resistivity conditions are carried out by using CDEGS simulation software，and thus determine the reasonable design for different types of soil resistivity.At the same time，taking into account the different physical properties of graphite grounding material and the tradi?tional metal grounding material，the backfill construction technology proposal of flexible graphite compos?ite electrical vertical grounding material is put forward for reference.

flexible graphite composite electrical vertical grounding material；stratified soil；grounding resistance；laying plan；backfill technology

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.05.010

2016-04-11

張昌（1962—），男，高級工程師，現(xiàn)從事高電壓絕緣等相關(guān)的方面工作。