一种基于多性能的新型综合接地系统与构建方法技术方案

本发明专利技术属于变电站安全优化运行研究技术领域，涉及一种基于多性能的新型综合接地系统与构建方法。该系统包括多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体。本发明专利技术采用多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体融合的方式，依托各接地体的优异特性，提高了接地系统的工作可靠性。应用爆炸复合技术及多元合金技术制备新型合金材料并将尖端放电结构引入应用，提高了放电速度；运用复合材料技术制成复合接地体，提高了耐腐蚀性，延长服役寿命；等离子接地体实现了自适应复杂土壤环境，并通过改善土壤电阻率，间接助力垂直接地体和复合接地体的工作可靠性。本发明专利技术提高了放电效率，依据其独特的结构优势，可实现变电站长期稳定运行及高效工作的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多性能的新型综合接地系统与构建方法
本专利技术属于变电站安全优化运行研究
，是保障变电站电气设备稳定运行的重要一环，涉及一种基于多性能的新型综合接地系统与构建方法。
技术介绍
随着特高压交直流输电技术及智能电网的迅猛发展，西电东送、南北互供在稳健进行，变电站及输电线路的电气设备的安全稳定运行凸显重要，这直接关系到电力系统的高效安全稳定运行。近年来我国经济的快速发展推动了电力负荷需求节节攀高，为了满足负荷日益增长的需要，变电站也正朝大容量、特高压、紧凑型方向发展。接地短路电流越来越大，同时国家政策要求新建工程要少占或不占良田好土，建在高土壤电阻率地区的变电站越来越多，为确保变电站投运后接地系统的安全，接地系统设计及施工显得格外重要。由于受到接地电阻、热稳定、设备接触电压、跨步电压、地电位干扰一系列的影响，接地系统不仅要满足冲击电流技术要求，还要符合工频下短路电流释放要求，进而保证其服役寿命。另外，伴随智能变电站的普及，变电站自动化控制、智能设备的大规模应用，地电位对电气仪表等设备的干扰，造成的误差越来越大，因此变电站的接地系统性能要求逐渐提高。目前变电站的接地系统还停留在传统接地方式，仍然采用单一导体直接入地放电的方式，该接地方式性能不优，释放电流较差，接地电阻较大，对于目前的高电压等级、大电流泄放以及智能电气设备的有效保护不够，容易造成变电站出现事故、电气设备出现损伤、维护人员出现意外，造成不必要的损失。针对接地系统的设计方式，目前存在接地电阻较大、放电速度较差、保护范围较小以及寿命较短等技术问题，本专利技术依托放电理论、复合材料设计研究以及接地系统优化设计等关键技术，设计一种基于多性能的新型综合接地系统，能够减小接地电阻、提高放电速度、缩小占地面积、扩大保护范围以及延长使用寿命，进而满足变电站接地系统性能要求，保证变电站的安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的一种基于多性能的新型综合接地系统与构建方法，集垂直接地体、水平接地体及斜接地体于一体，形成多针式复合接地系统，充分发挥各接地体的放电特性，实现快速放电，提高使用寿命。构成的新型接地系统结构更加紧密合理，节约占地面积，耐腐蚀性及抗老化性有所提升，可实现变电站接地系统长寿命耐腐蚀高效安全可靠运行的目标。本专利技术的技术方案：一种基于多性能的新型综合接地系统，包括多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体；所述的多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体垂直安装在中空的半球体外球面上，呈发射状排列；所述的半球体的平面朝上，以此为基准方向，复合接地体安装在半球体的平面所在的水平方向，多针式垂直接地体安装在半球体的平面的垂直方向、半球体球面的底部中心位置，等离子接地体垂直安装在与水平方向倾斜45°的半球体球面上；所述的半球体的内球面底部中心位置安装垂直接地极，与多针式垂直接地体在同一垂直线上；所述的多针式垂直接地体，在垂直接地极外表面上对称环绕安装多个针状放电极，通过内外螺纹固定连接；所述的复合接地体包括内置电极和外层安装外置导电模块，外置导电模块的横切面上水平间隔90°垂直环绕4个垂直的孔隙，孔隙贯穿内置电极；所述的等离子接地体外部为接地管，内部为离子激发模块，接地管的外部安装有循环模块；所述的针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体与半球体连接时，采用螺纹连接与热熔焊相结合的方式。所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。所述的复合接地体，内置电极为金属材料，包括钢、铜、不锈钢和铜包钢；外置导电模块是以石墨材料混合保湿剂和固化剂，按照比例充分震荡均匀，相互融合并进行高温热膨胀，制成膨胀石墨，将膨胀石墨模压或辊压，并选用无机纤维与合成纤维以及水乳型粘合剂，通过辊压、热塑以及成型工艺制备成复合导电材料；内置电极与外置导电模块采用冲压成型工艺制成。所述的等离子接地体，接地管内含可逆性缓释电解盐。该接地系统具备金属接地体、复合接地体及等离子接地体的性能优势，依据不同土壤环境可调节各接地体的分布规律及排列数量，自动调节功能强，不断向电极周围土壤补充导电离子，改善周围土壤电阻率，提高在复杂土壤环境下的放电速度，进而保证接地系统高效安全可靠的工作。一种基于多性能的新型综合接地系统构建方法，包括如下步骤：(1)运用四电极法测量现场土壤电阻率，运用公式(1)计算各接地体埋入土壤时的工频接地电阻R1；式中，R1、ρ、l、d分别为单根接地体接地电阻(Ω)、土壤电阻率(Ω·m)、接地体长度(m)、接地体等效直径(m)；(2)依据国家标准和变电站运行要求，计算并制定新型综合接地系统的接地电阻R；(3)通过现场调研确定新型综合接地系统的垂直接地体、水平接地体及斜接地体可埋设的深度，确定各接地体尺寸及结构；(a)垂直接地体，即多针式垂直接地体，包括针尖放电极及垂直接地极，设计针尖放电极在垂直接地极上的排列规律及数量，构成多针式垂直接地体；针尖放电极作为接地体的放电结构，其可依据土壤环境要求进行调整数量及排列规律；针尖放电极采用纯铜材料制成，其首端为尖端，其尾端附有外螺纹；垂直接地极采用铜包钢材料制成，圆柱形结构，顶端附有外螺纹，用于连接固定；垂直接地极内螺纹与针状放电极外螺纹相吻合，沿距离垂直接地极顶端500mm处至距离尖端100mm处，间隔50mm排列4支针尖放电极，且环绕垂直接地极间隔90°垂直连接，构成多针式垂直接地体；(b)水平接地体，即复合接地体，包括内置电极和外置导电模块；外置导电模块采用非金属防腐材料制成，内置电极采用金属合金材料制成，两者通过成形模具冲压于一体；内置电极采用铜材料制成，圆柱体结构，电极顶端附有长度为外螺纹，用于连接固定；外置导电模块采用以柔性石墨导电材料制成，圆筒状结构；导电材料包括石墨、聚丙烯酰胺及导电水泥，按照7:1:2的比例充分混合而成，导电性、可塑性及坚实性较好；在外置导电模块中垂直间隔100mm，环绕圆筒状导电模块设置4个孔隙，水平间隔90°，孔隙呈圆柱状结构，以便于有效散热；(c)斜接地体即等离子接地体，主要由等离子接地管、离子激发模块及循环模块构成；其内部及外部附有两种负离子填充材料，外部填充材料具有强吸水力，内部填充材料则为电离子化合物；等离子接地管采用紫铜管材，极管内壁依托陶瓷镀膜技术处理，提高耐强酸、强碱防腐性能；极管外壁通过喷涂一层高分子防腐导电材料，降低电阻率；极管上端和下端分别设计水分吸收孔和离子释放孔；等离子接地管顶端附有长度为外螺纹，用于连接固定；水分吸收孔距离上端40mm，孔径为2.5mm，水平间隔90°环绕接地管设计为4个水分吸收孔；离子释放孔孔径为2mm，距离尖端100mm处，水平间隔90°环绕接地管设计为4个离子释放孔；离子激发模块内置于等离子接地管中，将可逆性缓释填充剂填充在接地管内部，依据吸水、放水可逆的特性，释放大量离子；离子激发模块通过充分吸收土壤中的水分，发生潮解作用，将活性电离子有效释放到土壤中，促进导体外部缓释降阻，且保持阻值长期稳定，进而使得接地管具备吸水保湿、电离导电、长效缓释功能；循环模块外置于等离子接地管，外部主要填充以与阳离子交换性能较高的材料，并且配以长效、降阻、防腐功能强、膨胀系数高且不受温度变化影响、耐高电压冲击的多种化学材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的基于多性能的新型综合接地系统包括多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体；所述的多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体垂直安装在中空的半球体外球面上，呈发射状排列；所述的半球体的平面朝上，以此为基准方向，复合接地体安装在半球体的平面所在的水平方向，多针式垂直接地体安装在半球体的平面的垂直方向、半球体球面的底部中心位置，等离子接地体垂直安装在与水平方向倾斜45°的半球体球面上；所述的半球体的内球面底部中心位置安装垂直接地极，与多针式垂直接地体在同一垂直线上；所述的多针式垂直接地体，在垂直接地极外表面上对称环绕安装多个针状放电极，通过内外螺纹固定连接；所述的复合接地体包括内置电极和外层安装外置导电模块，外置导电模块的横切面上水平间隔90°垂直环绕4个垂直的孔隙，孔隙贯穿内置电极；所述的等离子接地体外部为接地管，内部为离子激发模块，接地管的外部安装有循环模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的基于多性能的新型综合接地系统包括多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体；所述的多针式垂直接地体、复合接地体及等离子接地体垂直安装在中空的半球体外球面上，呈发射状排列；所述的半球体的平面朝上，以此为基准方向，复合接地体安装在半球体的平面所在的水平方向，多针式垂直接地体安装在半球体的平面的垂直方向、半球体球面的底部中心位置，等离子接地体垂直安装在与水平方向倾斜45°的半球体球面上；所述的半球体的内球面底部中心位置安装垂直接地极，与多针式垂直接地体在同一垂直线上；所述的多针式垂直接地体，在垂直接地极外表面上对称环绕安装多个针状放电极，通过内外螺纹固定连接；所述的复合接地体包括内置电极和外层安装外置导电模块，外置导电模块的横切面上水平间隔90°垂直环绕4个垂直的孔隙，孔隙贯穿内置电极；所述的等离子接地体外部为接地管，内部为离子激发模块，接地管的外部安装有循环模块。2.根据权利要求1所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的内置电极的材料为钢、铜、不锈钢或铜包钢；所述的外置导电模块是以石墨材料混合保湿剂和固化剂，充分震荡均匀，相互融合并进行高温热膨胀，制成膨胀石墨，将膨胀石墨模压或辊压，并选用无机纤维、合成纤维以及水乳型粘合剂，通过辊压、热塑以及成型工艺制备成复合导电材料；所述的内置电极与外置导电模块采用冲压成型工艺制成。3.根据权利要求1或2所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的接地管内含可逆性缓释电解盐。4.根据权利要求1或2所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体、复合接地体、等离子接地体与半球体连接时，采用螺纹连接与热熔焊相结合的方式。5.根据权利要求3所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体、复合接地体、等离子接地体与半球体连接时，采用螺纹连接与热熔焊相结合的方式。6.根据权利要求1、2或5所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。7.根据权利要求3所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。8.根据权利要求4所述的基于多性能的新型综合接地系统，其特征在于，所述的多针式垂直接地体的垂直接地极采用铜复合材料制成，针状放电极采用紫铜实心材料制成。9.一种基于多性能的新型综合接地系统的构建方法，其特征在于，步骤如下：(1)运用四电极法测量现场土壤电阻率，运用公式(1)计算各接地体埋入土壤时的工频接地电阻R1；式中，R1、ρ、l、d分别为单根接地体接地电阻、土壤电阻率、接地体长度、接地体等效直径；(2)依据国家标准和变电站运行要求，计算并制定新型综合接地系统的接地电阻R；(3)通过现场调研确定新型综合接地系统的垂直接地体、水平接地体及斜接地体可埋设的深度，确定各接地体尺寸及结构；(a)垂直接地体，即多针式垂直接地体，包括针尖放电极及垂直接地极，设计针尖放电极在垂直接地极上的排列规律及数量，构成多针式垂直接地体；针尖放电极作为接地体的放电结构，其可依据土壤环境要求进行调整数量及排列规律；针尖放电极采用纯铜材料制成，其首端为尖端，其尾端附有外螺纹；垂直接地极采用铜包钢材料制成，圆柱形结构，顶端附有外螺纹，用于连接固定；垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长海，尚京城，孙耘龙，李伟明，文建，刘丙乾，丁清鹏，刘宗杰，陈祥彬，陈百通，王明，杜嘉林，文贤萌，张博，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济宁供电公司，大连理工大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37