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摘要 ：本文论述了一个耐腐蚀新型接地材料——不锈钢复合材料。这种新型接地材料能够提高工程质量，减少 环境污染，并具有明显的经济效益和社会效益。文章还对 不锈钢稀土复合接地体在工程中的应用优势进行了详细 分析。
关键词 ：不锈钢复合材料,接地极,绿色环保
利用煤矿采空区建设大规模太阳能绿色环保电站，具有重要的能源示范作用。这不仅可以节省土地资源，还能 展现绿色能源的新理念和环保概念特色。然而，在电站建 设过程中，由于接地材料容易腐蚀损坏，供电故障往往会 发生。因此，接地材料的研究一直在不断创新，提出了新 型复合材料来替代传统的覆铜材料和镀锌材料。
不锈钢复合材料具有卓越的抗腐蚀性能，许多科研机 构研发出了新型接地设备。通过严格的化学腐蚀试验，结 果表明，在实验室模拟的酸性环境中，覆铜接地极的年腐 蚀速率(0.0024mm/a)明显高于不锈钢稀土合金复合接地 极(0.0002mm/a) 的腐蚀速率。此外，经过模拟环境下的多 项试验，发现不锈钢稀土合金接地极具有较强的适应性， 在复杂的腐蚀环境中也能正常运行。根据模拟试验的推 测，不锈钢稀土合金复合接地体的使用寿命可超过 60 年。
1 应用简介
光伏工程，一般所说的太阳能发电是指太阳能光伏发 电，简称为“光电”。光伏发电是一种利用半导体界面的光 生伏特效应将光能直接转化为电能的技术。太阳能电池是 这种技术的关键组件。太阳能电池经过串联后进行封装保 护，可以形成大面积的太阳能电池组件，再配合功率控制 器等部件，就构成了光伏发电装置。而光伏工程不仅是研 究开发太阳能发电的系统工程，还指采用太阳能发电设备 的工程项目。光伏发电系统分为离网光伏系统和并网光伏 系统。大型地面光伏工程可能导致生态恶化。我国的大西 北地区具有优越的日照条件，在中国乃至全球范围内都属 于优质地区，年平均日照时间为 3100 小时至 3600 小时，年 总辐射量可达 7000 兆焦耳 / 平方米至 8000 兆焦耳 / 平方 米，这些条件使得建设大规模光伏电站具备独特的优势。
生态环境是人类社会生存的基础，但在光伏工程项目中， 环境污染常常被人们忽视，这意味着在人类文明发展史 上，工业产值与环境污染指数是相互关联且同步上升的现 象，而这一定律有可能在西北地区复制。
不锈钢包钢复合接地材料是将优质钢材包覆一层复合 不锈钢材料而成。不锈钢包钢复合接地体同时具备了钢材 的强度和不锈钢材料的防腐性能。目前， 这种材料在江苏、 浙江等地的输变电线路接地、变电站接地、综合管廊接地、 电缆沟接地等项目中得到了应用。不锈钢复合接地材料的 优点主要有以下几个方面。耐腐防锈性能强，不锈钢复合 材料适用于酸性或碱性土壤环境，并具备较好的抗腐蚀能 力 ;机械性能优良，不锈钢复合材料具有较强的耐高温和 拉伸性能 ;表面光洁度好，不锈钢复合材料经过加工后， 表面光亮舒适，具有良好的表面光洁度 ;使用寿命长，由 于不锈钢复合材料具备良好的耐腐蚀性和抗氧化性，在土 壤中可以使用 30 年以上 ;更便捷的安装， 不锈钢复合材料 可以通过放热焊接或专用连接紧固件进行安装，安装更加 方便，适合机械和人工安装，并且安装成本较低，大大降 低了人工成本。
新型复合材料接地装置应用已经在内蒙古京海煤矸石 发电有限责任公司京海 100MW 光伏项目中顺利圆满实施。 这一装置的应用通过将太阳能资源与采煤沉陷区土地资 源有机结合，推动了当地产业结构调整，促进了资源的高 效利用。
根据现场勘查和调查，该场地存在特殊土层，主要为 人工填土，不包括软土、多年冻土、膨胀岩土等其他特殊 性质的岩土。场地的酸性土壤对地下混凝土基础具有微腐 蚀性，而对钢结构的腐蚀性则更强。此外，在采空区回填 时，大量的煤矸石被使用，导致地下部分含有较高的硫酸 盐和硫化物。这些物质通过雨水的浸泡，渗入表层，导致 覆铜材料和镀锌材料都无法满足抗腐蚀的要求。
因此，本工程采用的接地材料采用不锈钢稀土合金材 料包覆钢芯棒的结构加工制造。棒芯选用特质碳素钢，而 外包覆层则采用添加了稀土合金和导电性优良的专用不 锈钢。对于不锈钢接地极的棒芯材料，可以选择 Q235B、
Q345R等优质碳素钢。而在覆盖层工艺方面，可以选择添 加稀土合金和导电性优良的专用不锈钢。不锈钢稀土合金 接地极不仅具备高耐腐蚀性，还融合了碳钢的延展加工 性和物理特性，是电力建设行业已经广泛推广应用的一种 “四新”产品。
不锈钢稀土合金复合材料作为替代型的新产品，降低 了铜和锌金属的昂贵费用，减少了建设成本，同时具有较 强的经济效益。此外，它还减少了镀锌污染的量，增加了 更环保的社会效益。
2 材料检验
2.1 包覆层可塑性试验
从生产线中的一个批量产品中随机抽取 3件长度不小 于2000mm 的试品， 从试品一端 500mm处，经弯曲90°后， 折角内外应无裂纹(弯曲半径不小于直径 D 的 10倍)，再 从试品另一端 500mm处，经反向弯曲 90°后，折角内外应 无裂纹(试品的转角半径 R不得小于自身直径D 的十倍)。 2.2 外包覆层与内棒芯结合力试验
从生产线中的一个批量中随机抽取 3件接地材料成品 作为试品，试件应在距离首部或者尾部两边 1000mm位置 处取用，截取用量为 300mm。从试件一端 75mm处削除包 覆层，试件另一端 75mm处钻孔取样，包覆层与芯棒的结 合面实际有效长度为 150mm左右， 试件两端随后安置在拉 力试验机上。试件选用 3组，拉力试验值的测量值应不小 于 15kN 为合格。
2.3 抗拉试验
从生产线中的一个批量中随机抽取 3件接地材料成品 作为试品，接地材料的平均抗拉强度不得低于 300MPa。试 验步骤遵循 GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验的说明进 行。夹具之间的材料长度不小于 500mm。
3 接地极安装
为保证光伏电站的运行安全，站内安装人工接地网， 接地网选用水平不锈钢稀土合金接地体为主。建设构筑物 四周埋设环形接地网，光伏电站220kV升压站接地电阻值 小于 0.5 欧姆，站内重要设备需采用2 根接地引下线与主 接地网可靠连接。根据国网反措要求，在二次预制舱静电 地板内，沿二次设备屏柜设环形接地铜排作为等电位接地 网，接地铜排的截面积不小于 100mm2.环形接地网与站内 主接地网有效连接。屋外配电装置内的控制箱应选用截面 为 1×100mm2 的铜芯软电缆与电缆桥架内的等电位接地装 置进行紧密连接。
3.1 技术要求
地下隐蔽部分所有接地网中的每个部分的交叉点进行 采用热熔焊接， 焊接应平整无间断， 不应有凹凸、气孔、咬 边等缺陷;焊接部分应采取清理表面， 刷上防腐漆等保护; 焊接面尺寸不小于2倍搭接物宽度，防腐措施要求应满足 国家有关标准及厂家技术要求降阻材料如膨润土、填料、 降阻剂等，均需满足环保要求。安装在腐蚀性较强环境的 接地体，应适当增加接地材料截面。为了降低接地体相互 之间的屏蔽影响，垂直接地装置的之间距离到大于长度的 二倍，水平接地装置之间的间距可按照实际制定，取值选 用宜不大于 5m。
3.2 安装工艺
3.2.1 接地极安装
光伏场区不锈钢复合材料(垂直接地极) 采用 φ19.2. 每根长 3m，顶标高 -1.15m。不锈钢复合材料及热镀锌扁钢 (垂直接地极) 之间距离按设计图纸要求，应大于其长度的 2倍(6m)。在预先挖好的接地沟槽内， 按着设计图纸要求， 可用专用工机具垂直打入地下，或用大锤手工垂直打入地 下。为了便于水平接地线的焊接，同时保证焊接质量，可 将接地极打入地面 -0.3m左右时，先进行水平接地线与接 地极的焊接，焊接完后刷上沥青防腐，待焊接完成并检查 满足焊接要求后，再用专用工具打到 -0.85m。接地体的引 出线的垂直部分和接地装置连接(焊接)部位外侧 100mm 范围内需作防腐处理 ;在作防腐处理前，表面必须除锈并 去掉焊接处残留的焊药。
3.2.2 接地线敷设焊接
光伏场区接地网的接地干线、光伏设备基础与主地网 的连接分支地线以及设备引下接地线等，均采用 φ10.6.长 6m 的不锈钢复合材料。水平接地线的外围埋深为 -1.2m， 靠近光伏设备基础附近 1m范围内采用-0.2m敷设，并逐渐 向 -1.2m 均匀过度，减少对光伏基础影响。光伏场地外围 围栏每间隔 50m 需与主接地网电气连接。接地网的各个顶 角要做成圆弧形，圆弧的半径应不小于 5m。敷设接地网过 程中，如果接地网需通过光伏设备基础时，可埋于基础下 方或绕行基础，但接地线不得断开。接地网连接后进行电 阻测试， 电阻值测试应小于4Ω。注意事项。
(1)接地网的焊接必须由专业焊工培训合格后来完成。
(2)焊接前要将表面清理干净，再实施焊接。每个搭 接处的焊缝不得少于 3面焊接，焊缝需要平整无间断。接 地网的每个焊接部位必须要保证可靠性。
(3)焊接完成后，要清除焊渣，并在焊接处涂刷上防 腐沥青漆。
(4)接地网部分施工完成后，要及时通知质检部门进 行验收， 并留存照片。
3.2.3 防护线
防护线安装在塔接地装置和埋地管道之间，与埋地管 道平行。在线路正常运行时，防护线会对埋地管道上的交 流电磁产生干扰，对埋地管道起到耦合作用。当线路遭受 雷击时，埋地管道会影响管道的过电压，在接地装置与管 道侧土壤之间形成散流。防护线是保护管道免受过电压影 响的关键手段(输电线路—管道交叉点)。本节选择了不同 形式和材质的防护线作为管道过电压的防护措施，包括两 条石墨防护线(石墨线间距 0.5m)、铜带、单条石墨防护线 和石墨带(100mm×8mm)。防护线与管道间距为0.5m， 每 隔 100m连接一次。
3.2.4 线路正常运行时管道电磁干扰计算
在仿真计算中，管道与线路接地装置之间的距离为 50m，选择将线路与管道平行架设，并将防护线敷设在管 道与杆塔接地装置之间，选择两条石墨防护线、铜带和单 条石墨防护线， 每隔 100m与管道连接一次，且石墨线的直 径为 30mm， 防护线与管道相距0.5m。敷设防护线后， 涂层 耐受电压和交流电流密度显著降低，涂层感应电压略微提 高，管道感应电压明显降低。分析原因，主要是由于管道 具有小电阻接地特性，而柔性石墨复合接地材料具有良好 的接地特性。管道上的持续干扰是基于正常运行情况下， 通过排流线泄流，能够促进管道的防护，缓解杂散电流腐 蚀危害。100mm×8mm 的石墨带和单层、双层石墨防护线 效果更加显著。
4 接地工程验收
接地工程按照单个基础进行验收，验收时检查接地网 的连接和规格是否符合要求， 防腐层的完整性以及接地标 识等。监理公司会签发隐蔽工程验收单，在验收单上附上 接地工程的施工简图。验收合格后可以进行回填，接地体 安装完毕后，回填土壤内不应夹杂尖锐物品、建筑砖石或 瓦块等。回填土壤时，按照每 25 厘米一层进行夯实和碾 压。室外接地回填应有 100mm ～ 300mm 的防沉层。在土 壤电阻率较高的位置，应事先在土沟中回填 100mm 厚的 净土垫层，然后铺设接地极，最后使用净土进行分层夯实 回填。
接地电阻测量，在全厂接地系统施工完成后，施工方 应按照 GB/T17949.1 和DL/T475 的相关要求对开关站的接地系统进行全面测试，包括接地电阻、接触电位差、跨 步电位差以及接地网的连通等，并完成整个接地系统的完 善工作，以保证接地系统的安全性和可靠性。最终需要提 交全厂接地系统测试报告，并按照相关要求进行检查、试 验和验收。光伏场区在防雷和接地网施工完成后，调试单 位的专业人员需要对主接地网和集中接地等装置进行接 地电阻值测试，光伏区域中设备基础和设备设置的接地装 置的电阻应该不超过4Ω。
5 经济性
镀锌钢材的运行寿命在腐蚀性较强的土壤中为 10 年 到 15 年，可能会出现接地电阻下降等问题，需要进行修复 或重新建设接地网，这样就很难保证 30 年的全寿命周期， 从而导致造价和年费用上升。相比之下，采用不锈钢复合 材料可以确保 60 年以上的寿命， 能够真正实现全寿命周期 内的免维护。总结起来，在单独资金初期投资方面，镀锌 钢材的一次性投入较少，经济性优于不锈钢复合材料，而 不锈钢复合材料的材料费用较镀锌圆钢要高出约40%。但 是综合考虑全寿命周期的运行和维护成本，推荐采用不锈 钢复合材料作为接地材料，在同等使用寿命的条件下更加 经济实惠。
从技术角度来看，不锈钢稀土合金复合材料在使用和 导电性等方面具有一定的优势。从经济性角度来比较，不 锈钢稀土合金的费用最高，镀锌扁钢的前期投入较低，但 后续维护繁琐费用增加。相对而言，不锈钢稀土合金复合 材料在经济性方面表现最佳，能够满足全寿命周期的需 求。因此，接地网材料采用不锈钢稀土合金复合材料效果 最理想， 经济性最佳。
6 小结
由中国电建集团河北工程有限公司承建的京海 100MW 光伏项目中推出了多种工况的稀土合金不锈钢复 合材料接地体，在各级验收中得到了较高的评价。从这可 以看出，这种新型材料在未来的新能源领域必将得到更广 泛的推广应用。
(作者单位 ：1. 中国电建集团河北工程有限公司 ;2. 北 京京能电力股份有限公司 ;3. 内蒙古京海煤矸石发电有限 责任公司)
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