摘要：如今人们的环保意识不断加强，环境保护的理念已经深入人心。风力发电作为新型的清洁能源，已经成为国家关注和发展的重点，发展极为迅速，国家以及众多企业投入大量资金进行风力发电相关技术的研究，大量的风电场也在投入建设。文章对石墨接地在风力发电工程的应用进行了研究分析，以供参考。
关键词：石墨接地；风力发电；应用
前言
近年来能源供应日益紧张，环境污染问题日益突出，因此国家对新能源的重视程度与日俱增，风能作为一种清洁高效的能源已经成为利用的重点。我国有绵长的海岸线，大片的草原戈壁，风力资源十分丰富。随着我国对风力发电投入力度的不断加大，风力发电近年来发展十分迅速，已经成为一种重要的能源供应，风电技术也得到了迅速发展。截至2013年底，我国风力发电新增装机容量达到1.6万MW，累计装机容量达到9.1万MW，新增装机容量和累计装机容量都达到世界前列。
1接地极结构和性能特点
柔性缆状石墨防雷接地极是以石墨为主要原材料制作的新型石墨导电电缆，属于非金属导电材料体，该导电体呈惰性，化学稳定，且导电性能极佳，在常温条件下不受强酸、强碱和有机溶剂及电偶腐蚀，不生锈，电阻稳定，使用寿命长。柔性缆状石墨接地极，主要由连接端头、接地极缆状主体、绝缘防护套构造而成。
1.1结构
柔性缆状石墨接地极由若干根柔性导电石墨线编织而成的柔软电缆状接地极，其原材料采用纯度在99%以上的石墨。石墨线采用专用生产设备制作，把无碱玻璃纤维、耐腐蚀的增强丝和表层石墨颗粒复合在一起，这样的结构即可以实现材料超导，且强度高，能适用各种条件的土壤，不易被腐蚀，埋在地下长久使用。这种接地极柔性缆状结构，施工便捷，可随施工路径自由弯曲，无需电气焊，施工费用低。
（1）柔性缆状结构
柔性缆状石墨接地极内部包含28～30根导电石墨线，其主要起导电作用。外层12～16根导电石墨线通过编织机均匀编织在芯部导电石墨线上，编织表面呈棱形网格状，起到保护芯部导电石墨线和扩大与周围土壤的接触面积的作用。
（2）连接端头
接地极需要适应不同地区环境要求，连接端头设计采用耐腐蚀程度较高的304不锈钢材质，螺栓孔径采用国家统一规格Φ16，弯曲不能采取热处理，弯曲半径应符合规程要求，弯曲部位无裂痕、无变形。
（3）绝缘防护套
绝缘防护套的主要作用是对接地极在地上裸露部分起保护作用，而且绝缘防护套的所处环境要经受日晒，因此，需要耐老化，同时还需要有耐酸碱、轻便的特点。缘保护套采用丙纶内丹和天然橡胶外衬的形式制作，保证了绝缘护套的强度和耐老化性能，且使用方便、灵活。
1.2性能特点
石墨是具有共价键、金属键和范德华力结合的混合晶体。同一层C－C形成共价键，键长0.142nm，层与层之间的距离为0.335nm。这些独特的结构是石墨具有金属光泽和接近金属的电导率。柔性缆状石墨接地极选用石墨的碳含量达到99%以上，即石墨采用高碳石墨，a轴方向的电阻率为1.0×10－6Ω•m，C轴方向的电阻率为10.4×10－6Ω•m，因此找对石墨中碳原子的导电方向，会极大增强石墨的导电能力。通过试验表明，接地极具有超强抗耐腐蚀性能，体现在耐酸性、耐碱性、耐电偶腐蚀、耐氯离子腐蚀性等多项性能。
2石墨接地在风力发电工程的应用
2.1实施方案
若两个及以上的石墨单体可以通过绑扎连接，接地体位于接地沟槽内，接地体与接地沟槽之间的空隙处填充回填土，回填土填至与地面相平，填充回填土时应适量洒水，分层夯实。
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（1）首先根据地质情况判断出铁塔周围土壤电阻率的情况或进行实测。
（2）根据土壤电阻率，按照设计接地装置施工图进行配置石墨接地绳长度，将材料运输到现场。
（3）筛选接地沟取出的原土（也可从外运土），取出砾石和风化岩碎片，将细土回填至与地面相平，回填土时应适量洒水，分层夯实。
（4）安装接地装置，待全部埋设并连接完毕后测量接地电阻，两周后进行复测。
（5）如接地电阻不满足设计要求，可采用在接地网放射线的终端增加石墨绳长度的方法使接地电阻达到原来的设计值。
此外要注意，施工过程中禁止使用石块直接回填撞击接地体，以免接地体的破损，影响到接地体的导电连续性。
2.2运输及加工比较
圆钢接地装置：需特殊的加工场地，完成要求的接地形状后需做镀锌防腐处理，对加工和运输难度较大。铜覆钢接地装置：加工难度极高，加工和运输过程中容易破坏外层的镀铜层。柔性缆状石墨接地装置：以线缆轴方式存储或运输，无需焊接，对场地要求低，可在施工现场根据需要进行加工。从运输和加工方面优于圆钢和铜覆钢接地装置。
2.3经济和社会效益
目前柔性缆状石墨接地装置解决我国电厂、变电站锌包钢、铜包钢接地不耐腐蚀、易生锈、接地电阻不稳定、易造柔性缆状石墨接地装置成雷击事故、寿命短、检修维护困难、更新改造工程频繁、工程量大、费用大的难题，保护了国家财产和人民的生命安全，所以它的经济和社会效益是巨大的，研制推广柔性缆状石墨接地装置具有广阔的市场前景。从地形和土壤腐蚀程度来看，普通的平原地形圆钢接地装置占优势；从山区接地要求和应用来看，柔性缆状石墨接地装置和圆钢占优势；从土壤腐蚀性来看，柔性缆状石墨接地装置占优势。
3风力发电的发展趋势
分离作为一种重要的清洁能源，已经成为全世界关注的重点，且产业发展的总体趋势为以下几点：
（1）单机容量呈大型化发展。为提高风能的利用率，降低风电场的面积，提高风电的经济效益，大容量风电机组成为未来风电发展的趋势。
（2）变浆距将成为发展主流。风能的随机性和不稳定性，要求在风度发生变化时，发电设备可以通过改变风轮的浆距角使叶尖速比保持在最佳状态。在电网发生故障需要紧急停机时，可以通过调整叶轮浆距角降低风能的转化，从而优化停机策略并且配合低电压穿越控制。
（3）变速恒频直驱永磁同步发电机系统将成为发展的主流。双馈风机具有控制性能好，且成本较低的优势，已经占领了风电市场。直驱电机的使用，提高了系统的可靠性，全功率变流技术能够很好的满足低压穿越要求。
（4）海上风电将快速发展。随着风电机组和风电规模的日趋庞大，风电设备的运输和选址受到限制，加上海上风力资源极为丰富，使得海上风电场将成为风电发展的另一重要方向。
结语：
柔性缆状石墨接地极主要成分是石墨，质量轻且化学稳定性优良，在常温条件下不受强酸、强碱和有机溶剂及电偶腐蚀，不生锈，电阻稳定，使用寿命长。通过酸化，高温膨化工序形成多孔结构的膨胀石墨，膨胀使得石墨颗粒的碳原子层发生分离，形成高比值表面结构增强了石墨的导电能力，进而增强了产品的导电性能。这种接地极克服了石墨板型产品携带不便，施工相对繁琐的缺点，结合电缆和绳索的使用特性和加工方法，具有质地柔软，容易弯曲的优点，长度按所需规格制作、连接方便、无需电气焊接，降低施工难度，减少施工费用。另外，石墨无回收利用价值，在户外使用具有防盗的优点，有效地解决了输电线路接地降阻和防盗问题，可以作为今后一种长效绿色型输电线路防雷接地电极使用。
参考文献：
[1]武国亮，李震宇，王志利，赵定义，屈中伟.柔性石墨接地材料的制备工艺研究[J].化工新型材料，2016，12：223-225.
[2]肖微，胡元潮，阮江军，詹清华，黄道春.柔性石墨复合接地材料及其接地特性[J].电工技术学报，2017，02：85-94.
论文作者:王国文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
标签：石墨论文; 柔性论文; 护套论文; 装置论文; 风电论文; 电阻论文; 风力发电论文; 《基层建设》2017年第29期论文;