变电站接地网新型降阻剂研究

百度文库 - 让每个人平等地提升自我 1 变电站接地网新型降阻剂的研究 一、 本课题设计（研究）的目的： 接地是保障电气、通信、微电子等设备及建筑物和人身安全的重要手段。为了保证电力系统的正常运行及人身和设备的安全, 发电厂和变电站的电气设备要做到可靠接地且具有较低的接地电阻值,但由于受客观条件的限制, 仅仅靠打角铁桩、延长接地体及扩大接地网来达到这样高的要求, 通常是很困难的。接地降阻剂是一种辅助性材料, 已在接地工程中大量应用, 其降阻、防腐性能稳定, 效果良好, 已被写进国家标准和相关行业标准, 实践证明是降低接地电阻的有效措施。本课题研究的目的如下： （1） 研究出一种变电站接地网新型降阻剂； （2） 研究出的降阻剂应能够达到甚至超出降阻剂的指标，特别是改善现在市面上降阻剂易流失，腐蚀大的缺点； （3）提出变电站接地网新型降阻剂的实验方案及新型降阻剂的测试装置的设计，并对所设计的实验装置进行初步的效果评价，本设计可以为今后实现变电站接地网新型降阻剂试验打下良好基础。 二、 设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 降阻剂的研究现状 降阻剂刚开始使用的时候分为石墨粉型，还有食盐加木炭型的。在电解质中，石墨、食盐是属于易容的，将石墨、食盐埋在地下，很容易受到雨水、地下水的浸泡，然后慢慢流失。因为食盐中含有的氯离子会对接地体的材料产生腐蚀，所以这种降阻剂很快就不用了。 在20 世纪70 年代初, 长效降阻剂诞生了,他是日本一位著名的科学家发明的。 它是一种凝胶状物质，由化学合成树脂与电解质溶液组成,对雨水及地下水有很好的耐冲刷能力，因而能够长时间发挥降阻的作用。后来由于这种高分子化合物的使用对环境产生了很大的污染，而且还对人类的健康生活造成伤害，最终也没能够继续使用。 到了20 世纪80 年代后期, Jones（美国） 和Veleder（南斯拉夫）提出了以膨胀土为基底的降阻剂改善接地装置性能的方法。在这之前，降阻剂是由高导电率物质组成的混合物,而现在发展到了有机化学降阻剂和无机化学降阻剂。有机化学降阻剂是由合成树脂加上固化剂和交联剂组成的，无机化学降阻剂则是通过导电性能比较好的无机化合物加上适量的水溶性电解质与固化剂。 百度文库 - 让每个人平等地提升自我 2 在中国关于降阻剂的研究则是开始于20世纪70年代，研制出来两类降阻剂，分别

是聚乙酰胺等合成树脂配制的有机化学降阻剂和以膨胀土为基底的无机化学降阻剂。前者是由北京电力设计院、中试所和北京化工设计研究院为主研发出来，后者是由安徽中试所为主研发出来的。到了1997年,一种效果更加明显的物理降阻剂出现了，从此，降阻剂被分为化学降阻剂和物理降阻剂。 化学降阻剂 化学降阻剂最大的特点是以电解质为导电主体的，现在出现的化学降阻剂，有机降阻剂、无机降阻剂，还有常见的液态的和固态的降阻剂其机理都是如此。然而，由于化学降阻剂的这种作用机理，因为不可避免的带来了一些负面影响。其中危害最大的是对接地材料带来的严重腐蚀情况，而且随着雨水及地下水的长时间冲击，其作用效果会逐渐变差。由于化学降阻剂存在的诸多不足，物理降阻剂慢慢就出现了。 物理降阻剂 与化学降阻剂恰恰相反，物理降阻剂是以非电解质的固体粉末为导电材料，并以强碱弱酸为胶凝物配制而来。物理降阻剂可以说从根本上解决了化学降阻剂所带来的副面影响。那就是减轻了对接地装置材料的腐蚀。由于物理降阻剂的降阻作用来源于非电解质的固体粉末，所以它不受雨水、地下水、酸碱盐、高低温等诸多因素的影响。 化学降阻剂和物理降阻剂的比较 降阻剂类型 降阻机理 水对降阻剂的作用 对金属的腐蚀性 稳定性 适用地区

化学降阻剂 通过离子导电降阻 使电解质电离出带电离子 有严重的腐蚀性 不稳定，跟有无水分有很大关系 湿润地区

物理降阻剂 通过非电解质的固体粉末导电降阻 凝胶作用 几乎无腐蚀 稳定，跟有无水分无关 西北干旱、高寒地区

降阻剂的机理及在工程应用中存在的问题 降阻剂的机理 接地装置是由一些水平或垂直的金属电极构成的封闭或开环的网络掩埋于地下。接地装置的接地电阻与所在地区的自然土壤电阻率ρ成正比, 而与闭合接地网总面积的1/ 2 次方成反比, 其公式为 百度文库 - 让每个人平等地提升自我 3 S0.5R 式中 ρ————自然土壤电阻率; S ————大于100 m2 的闭合接地网的总面积。 接地装置的接地电阻一般由四个部分组成： （1）接地体与设备间连线的电阻； （2）接地本身的电阻； （3）接地装置与土壤之间的接触电阻； （4）接地装置经土壤向外扩散的散流电阻。 接地电阻值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值，由于金属电极的电阻率远小于土壤的电阻率，因此，在实际应用中，接地体与设备间连线的电阻以及接地本身的电阻常常可以忽略不计。但是不管什么类型的降阻剂，都应该满足本身是一个低电阻率、高导电性能的载体这个条件。降阻剂是一种优良的导电体，在接地体与土壤之间使用时，一方面能够与金属接地体紧密接触；另一方面它能够渗透到周围土壤中，减小土壤的电阻率，从而起到降低接触电阻和土壤电阻率的作用。 降阻剂在工程应用中存在的问题 (1)对接地体的腐蚀问题。降阻剂在最初投入使用时，起到了一定的降阻作用，但是随着接地体的腐蚀，其降阻效果迅速降低。 (2)降阻的稳定性。在降阻剂中加入一些无机盐类，虽在短期内起到了较好的降阻效果，但是随着雨水及地下水的冲刷，使得大量的无机盐流失，从而导致接地电阻迅速反弹。 (3)降阻效果。中小型的接地装置效果比较明显，然而，对于大型接地装置则存在相互屏蔽的问题。所以，寻找比较好的设计及施工工艺显得尤为重要了。 (4)施工工艺。降阻剂的均匀添加、埋深、回填土问题很重要，如果一个环节出现问题，那么就会导致降阻效果下降以及接地装置被腐蚀。 (5)环境问题。在降阻剂中都有一些重金属离子，它们通过雨水以及地下水的常年冲刷，慢慢的就会进入到地下水源中，对人类以及大自然造成了严重的威胁。 降阻剂的选择和使用 （1）降阻剂的电阻率越小越好。 （2）降阻剂对接地装置的腐蚀性要尽可能降到最低。 （3）稳定性和长效性要好。有些降阻剂的降阻效果会随着水分的变化而发生较大的变百度文库 - 让每个人平等地提升自我 4 化，一旦缺水就会析出颗粒状的晶体，从而导致其失去降阻效果。另外，还有一些降阻

剂容易受到雨水及地下水的冲刷而逐渐流失，导致其降阻效果下降，甚至失效。 （4）绿色环保，对环境没有污染，没有毒性。 （5）价格便宜，适合大面积使用。 三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）： 1 研究的重点 本课题研究的重点是通过对于市面上已生产降阻剂的研究，找出其缺陷所在，以及原因，然后研究出一种变电站接地网新型降阻剂，研究出的降阻剂应能够达到甚至超出降阻剂的指标，特别是改善现在市面上降阻剂易流失，腐蚀大的缺点。 2．研究的难点 配制符合相关行业标准的盐酸掺杂聚苯胺/膨润土粉末，并且通过水浸泡试验之后其电阻率很小。 3. 研究的创新点 现在市面上流行的都是一些以无机离子为导电材料的降阻剂，本课题研究的降阻剂是以高分子聚合物为导电材料的降阻剂。高分子聚合物具有低电阻率和埋在地下不易随着雨水流失的优点。 4. 研究的可行性分析 经过查阅相关文献可知可以选择主导剂为膨润土，导电材料选择经过酸掺杂的聚苯胺。 主导剂选择膨润土是由于它的作用机理和各种性能能够达到实际应用的要求。 聚苯胺分为全氧化态聚苯胺，全还原态聚苯胺和本征态聚苯胺，前面两种聚苯胺时不导电的，而本征态聚苯胺理论上是绝缘体，但是经过酸掺杂后的本征态聚苯胺，导电性能会大幅度提高，甚至可以达到金属的导电水平，完全可以胜任降阻剂的要求。 经过酸掺杂后的聚苯胺，能够对铁基金属有很好的防腐作用，虽然防腐机理目前还没有统一的答案，但是经过大量实践和研究表明防腐效果优异。

5. 研究手段 本课题拟采用膨润土为主导剂， 聚苯胺为导电材料，再加入适量助剂配成符合要求的新型降阻剂。

6. 本课题的研究思路及方法 针对上述降阻剂的问题以及指标，本课题的目的是制备出一种变电站接地网新型降阻剂，能够很好的解决上述问题，满足上述指标。 新型降阻剂的制备 新型降阻剂制备的总体流程图如下图1所示： 百度文库 - 让每个人平等地提升自我 5 改性膨润土的制备 有机膨润土的传统合成方法有湿法、干法和预凝胶法三种。通常水处理的有机膨润土采用湿法制备。 湿法：将膨润土分散于水中，制成浆状土进行提纯，可得到较优质膨润土;在一定温度条件，用得到的较优质膨润土土浆液与改性剂混合进行改性;分离出有机土并用水反复洗涤使有机土为中性，在温和的条件下使有机膨润土干燥；最后，研磨制成粉状产品。 称取一定量的钠基膨润土加入到三孔烧瓶内，然后加入100mL的去离子水，在80℃下搅拌 3h 后，加入适量的完全溶解的十六烷基三甲基溴化铵，再持续搅拌 12h，将所得到的溶液过滤，过滤的产物用去离子水洗涤至没有泡沫，放入真空干燥箱中干燥，得到有机改性的膨润土。 下图为制备流程图： 百度文库 - 让每个人平等地提升自我 6 图2 改性膨润土制备流程图 原位聚合法制备盐酸掺杂聚苯胺/膨润土复合材料 称取一定量的有机改性的膨润土加入100mL的水中，在80℃下搅拌3h后加入适量苯胺的盐酸溶液，在80℃下继续搅拌8h，冷却到25℃后逐滴加入适量的过硫酸铵，搅拌12h，将所得到的产物抽滤，真空干燥，得到盐酸掺杂聚苯胺/膨润土粉末。 下图为制备流程图：

图3 盐酸掺杂聚苯胺/膨润土复合材料制备流程图 新型降阻剂的制备 为了使降阻剂具有更好的防腐性能，向盐酸掺杂聚苯胺/膨润土粉末中加入缓蚀剂，为了防止接地体的电化学反应和析氢反应，调整降阻剂的PH至9-10，得到新型降阻剂。 降阻剂的技术要求 一般要求 （1）降阻剂应符合本规范的规定，应能在-10℃～＋45℃的环境温度下使用。降阻剂不应含有对自然环境产生污染以及对人体有害的物质成份。