變電站接地網(wǎng)銹蝕的研究與分析

1、變電站接地網(wǎng)銹蝕防治對策的探討（湖北黃石供電公司變電運行中心，湖北黃石435000 ）摘 要：變電站接地網(wǎng)目前廣泛采用鍍鋅扁鋼接地，運行年限增加時容易產(chǎn)生銹蝕，造成接地電阻增加，威脅設(shè)備和人身安全。本文結(jié)合黃石地區(qū)接地網(wǎng)歷年開挖檢查結(jié)果，分析了接地網(wǎng)銹蝕的主要部位和原因，從現(xiàn)場實際出發(fā)，創(chuàng)造性地提出了鍍鋅扁鋼的“雙接地”防腐方案。通過方案對比，研究論證了 “雙接地”的可行性和經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞：變電站接地網(wǎng)；鍍鋅扁鋼；銹蝕；雙接地0引言變電站接地網(wǎng)是確保人身、設(shè)備和電力系統(tǒng)安全運行的重要裝置1，2o接地系統(tǒng)銹蝕已成為接地系統(tǒng)故障的主要元兇3。2008-2012年黃石地區(qū)變電站接地網(wǎng)開挖結(jié)果顯示，設(shè)

2、備接地引下線和主地網(wǎng)中扁鋼的銹蝕占接地系統(tǒng)腐蝕的90%以上。因此，預(yù)防接地扁鋼的銹蝕成了變電站安全運行亟待解決的現(xiàn)實問題。1黃石地區(qū)接地網(wǎng)現(xiàn)狀黃石供電公司變電運行中心現(xiàn)管轄 29座變電站，運行年限超過10年的變電站17座，占總 數(shù)的59%,年限超過30年的變電站10座。2011年黃石供電公司接地網(wǎng)專項檢查情況如表1、表2所不。表1 2011年黃石地區(qū)接地網(wǎng)裝設(shè)情況序號鋪設(shè)形式變電站數(shù)目規(guī)格（mm ）備注1圓鋼1四顧閘變6kV出線構(gòu)架2扁鋼340*4王家坳、楓葉山、四顧閘變3扁鋼1350*54扁鋼1160*6表2 2011年黃石地區(qū)變電站兩點接地情況統(tǒng)計序號設(shè)備類型總數(shù)（臺）雙扁鋼接地（臺）單扁

3、鋼接地（臺）1變壓器535302主變中性點刀閘676703斷路器24224204電壓互感器（不含組合設(shè)備）230138925電流互感器（不含組合設(shè)備）6685621226避雷器445217228部分老舊變電站運行環(huán)境惡劣，接地網(wǎng)銹蝕嚴重， 甚至存在銹斷現(xiàn)象， 隨著運行年限增加已逐漸不能滿足熱穩(wěn)定要求。2010年四顧閘110kV變電站接地扁鋼檢查情況如下圖1所示。-2 -圖 1 四顧閘變電站接地扁鐵銹蝕情況2 接地網(wǎng)銹蝕原因分析2.1 主要銹蝕部位黃石地區(qū)變電站接地網(wǎng)銹蝕的主要部位有：1）接地引下線入地處，即空氣與土壤交界處的土壤中部分。由于土壤的含氧量低于空氣的含氧量， 使接地引下線土壤中部分

4、與地面上部分形成氧濃差電池， 含氧量高的地面上部分為陰極，含氧量低的土壤中部分則為陽極，于是地面上部分腐蝕很小而土壤中部分腐蝕嚴重3 ；2）兩種土壤的交界處。其主要原因是當接地體通過不同成分的土壤時，會形成腐蝕電偶；3）接地引下線在地中拐向主接地網(wǎng)的拐彎處以后的一段距離。主要原因一是垂直段與拐彎段之間存在氧濃差，二是拐彎處存在應(yīng)力造成銹蝕 4 。2.2 關(guān)鍵因素分析氧和水是土壤腐蝕的關(guān)鍵因素，開挖結(jié)果顯示，不同土質(zhì)的腐蝕程度也不同， 排水性、 通氣性差而保持水分能力強的粘土和淤泥的細粒土壤比排水性和通氣性良好的粗粒土壤（如石渣土）銹蝕嚴重 5 。在偏酸性、含鹽量高、風(fēng)化石土壤和砂質(zhì)土壤中，最易

5、發(fā)生銹蝕，常見腐蝕部位如下圖 2 所示。檢查中還發(fā)現(xiàn)有很多設(shè)計施工方面的原因， 如： 接地體埋深不夠， 造成上層土壤含氧率較高，吸氧腐蝕快6 ；用沙子、碎石和建筑垃圾作回填土；焊接不規(guī)范，焊接頭存在虛焊、假焊現(xiàn)象，對焊接頭未采取防腐措施；對接地引下線未采取過渡防腐措施，沒有刷防腐漆等。圖2接地網(wǎng)常見腐蝕部位3接地網(wǎng)防銹措施3.1 常用防銹措施D采取從地下與水平接地體連接處開始刷瀝青漆或防銹漆的措施，直到地上與設(shè)備連接處，并定期進行維護6。2）采用銅接地網(wǎng)替代鋼接地網(wǎng)。國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施12.1.1.2條明確規(guī)定：“對于220kV及以上重要變電站，當站址土壤和地下水條件會引起鋼

6、質(zhì)材料嚴重腐蝕時，宜采用銅質(zhì)材料的接地網(wǎng)?！?）在環(huán)境惡劣的變電站采用鍍銅鋼材料取代鍍鋅扁鋼。IEEE80-2000在導(dǎo)體的選擇方面，明確指出：“銅材為最主要的水平接地導(dǎo)體材料，30%和40%的鍍銅鋼材料也作為水平導(dǎo)體材料，垂直接地體的材料則主要為鍍銅層不小于0.25mm厚度的鍍銅鋼接地棒”，為保障接地系統(tǒng)40年以上壽命，規(guī)定鍍銅層厚度應(yīng)不小于0.254mm。4）在腐蝕性較強的土壤中采用鋼接地網(wǎng)+金屬涂敷層+犧牲陽極的陰極保護方式 7o5）采用熱鍍鋅鋼+納米碳防腐導(dǎo)電涂料來減緩腐蝕速率8。3.2 鍍鋅扁鋼“雙接地”方案黃石地區(qū)變電站接地網(wǎng)開挖檢查結(jié)果顯示，接地網(wǎng)最易銹蝕的地方為接地引下線入地處

7、和接地引下線在地中拐向主接地網(wǎng)的拐彎處以后的一段距離，如果在以上兩個位置加焊一根扁鋼，使該處的接地扁鋼截面積增大一倍，將大大提高接地網(wǎng)的防腐蝕能力鍍鋅扁鋼“雙接地”方案如下圖3所示。設(shè)備構(gòu)架主接地網(wǎng)圖3鍍鋅扁鋼“雙接地”方案圖4扁鋼“雙接地”焊接圖由于“雙接地”在接地引下線人地處和拐彎處將兩片鍍鋅扁鋼疊焊在一起，減少了與土壤的接觸面積。根據(jù)圖 4計算可知，與采用兩根60*6mm的接地扁鋼相比，采用接地引下線入地處上下300mm的“雙接地”扁鋼可以減少與土壤的45%接觸面積，比采用兩根獨立的接地扁鋼更科學(xué)合理。“雙接地”較單根扁鋼與土壤接觸面積僅增加1/10,但截面積卻增加了一倍，因而使用年限可

8、延長約一倍的時間。在目前廣泛使用的鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上，“雙接地”只需在每處接地引下線處增加兩根600mm長的扁鋼，容易實現(xiàn)，且一次性投資較省。3.3 方案對比以某110kV變電站（接地網(wǎng)面積 75*42m ）為例，以上幾種防腐方案對比如表3所示叫表3幾種防腐方案對比序號材料類型防腐性能一次投資使用時長年費用目前使用情況1熱鍍鋅鋼一般25萬元15年1.7萬元/年廣泛2銅接地網(wǎng)極佳65萬元30年2.2萬元/年較少3鍍銅熱鍍鋅鋼的2-3倍45萬元隨厚度而定，可達40年1.1萬元/年推廣中4熱鍍鋅鋼+納米碳防腐導(dǎo)電涂料優(yōu)良30萬元30-50 年0.6-1.0萬元/年推廣中5鋼接地網(wǎng)+金 屬涂敷層+

9、犧 牲陽極的陰極保護方式優(yōu)良34萬元隨一次性投資和維護質(zhì)量而定（30-40 年）0.9-1.1萬元/年推廣中6“雙接地”優(yōu)良27萬元30年0.9萬元/年無鍍鋅扁鋼刷瀝青漆或防銹漆的措施在一定程度上能夠減緩接地網(wǎng)銹蝕，但不能從根本上解決銹蝕問題，且維護量大，年費用高。采用銅接地網(wǎng)一次投資費用高，目前在國內(nèi)較少使用。采用鍍銅鋼接地一次性投資為鍍鋅扁鋼的1.8倍左右，熱鍍鋅鋼 +納米碳防腐導(dǎo)電涂料和鋼接地網(wǎng)+金屬涂敷層+犧牲陽極的陰極保護方式一次性投資為鍍鋅扁鋼的1.3倍左右，其防腐效果還需實踐驗證。鍍鋅扁鋼“雙接地”方案從現(xiàn)場實際出發(fā)，從關(guān)鍵點入手，簡單易行。其一次投資成本僅-6 -為傳統(tǒng)熱鍍鋅扁

10、鋼的 1.1 倍，使用年限卻可延長一倍，經(jīng)濟效益顯著，且實施簡單，在目前廣泛使用的鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上改造方便，具有現(xiàn)場可行性。3.4 預(yù)防接地網(wǎng)銹蝕的管理措施1）預(yù)防接地網(wǎng)銹蝕，應(yīng)加強接地網(wǎng)施工過程的監(jiān)管力度，保證施工工藝：焊接牢固、無虛焊，焊接結(jié)束后去除殘留焊藥、表面除銹后作防腐處理。鍍鋅鋼材在鋅層破壞處、切斷面進行防腐處理。 110kV 變電站水平接地體采用 60*6mm 鍍鋅扁鋼， 220kV 變電站采用 80*8mm 鍍鋅扁鋼，扁鋼彎曲時，采用機械冷彎，避免熱彎損壞鋅層。焊接位置及鋅層破損處應(yīng)防腐，接地扁鋼埋深應(yīng)足夠，一般應(yīng)大于0.8m o2）加強接地網(wǎng)驗收質(zhì)量。在接地溝回填土前必

11、須經(jīng)過運行人員的驗收，合格后方可進行回填工作。同時做好隱蔽工程的記錄，拍攝照片存檔。 回填土內(nèi)不得夾有石塊和建筑垃圾，并避免施工殘物回填， 外取的土壤不得有較強的腐蝕性， 回填土應(yīng)分層夯實， 保證土壤與接地裝置的有效接觸面積。3）提升接地網(wǎng)銹蝕的檢測與評價水平不斷提高試驗水平， 將接地網(wǎng)導(dǎo)通試驗作為常規(guī)試驗方法定期進行檢測， 及時掌握接地系統(tǒng)的具體數(shù)據(jù)，為在運變電站確定接地網(wǎng)合理的檢修周期，使接地網(wǎng)的狀態(tài)檢修成為可能。定期對變電站土壤特性和接地網(wǎng)耐腐蝕性進行評價， 預(yù)測接地裝置的使用壽命， 為變電站接地網(wǎng)設(shè)計提供可靠的依據(jù)，指導(dǎo)其正確選材10 ，并推廣行之有效的防腐方案。4 結(jié)語綜上所述，黃石

12、地區(qū)變電站接地網(wǎng)防腐改造思路為：1）從接地網(wǎng)歷年開挖檢查結(jié)果可知，采用圓鋼接地的四顧閘變電站存在銹斷現(xiàn)象，最小處截面不到原來的 1/3 ，建議將圓鋼全部更換為鍍鋅扁鋼。2) 建議將王家坳、楓葉山、 四顧閘 110kV 變電站的 40*4mm 接地扁鋼全部更換為 60*6mm鍍鋅扁鋼，以滿足熱穩(wěn)定要求。 2011 年 4 月銅錄山變電站接地網(wǎng)全部改造更換完畢，取得了很好的成效。3) 根據(jù)未來5-10 年黃石地區(qū)變電站接地扁鋼銹蝕情況逐步推廣鍍鋅扁鋼“雙接地”改造方案，并論證其使用效果。 同時根據(jù)其他防腐方案在國內(nèi)外的實際效果， 聯(lián)合使用鍍銅鋼接地網(wǎng)、 熱鍍鋅鋼 +納米碳防腐導(dǎo)電涂料接地網(wǎng)或鋼接地

13、網(wǎng)+金屬涂敷層+犧牲陽極的陰極保護方式接地網(wǎng)。4)不斷提高變電站接地網(wǎng)設(shè)計、施工、驗收、試驗和檢修維護水平。- 9 -參考文獻1謝廣潤.電力系統(tǒng)接地技術(shù)M. 北京：中國電力出版社， 19912劉健，王樹奇，李志忠等.接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的可測性研究J.高電壓技術(shù)，2008.34(1):64-693 陸培鈞，黃松波，豆朋等.佛山地區(qū)變電站接地網(wǎng)腐蝕狀況分析J. 高電壓技術(shù)，2008.34(9)1996-19984 肖魚.發(fā)電廠及變電站接地系統(tǒng)腐蝕問題的防范J. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2012.11(7):68-695吳向東.500kV輸電線路接地網(wǎng)腐蝕分析及防護措施J.腐蝕與防護，2002.23(12)545-5466郭欣.變電站接地裝置的腐蝕原因及防腐措施J.青海電力，20