陰極電極保護(hù)在變電站防雷接地中的作用

（國網(wǎng)四川省電力公司樂山供電公司，四川 樂山 614000）

目前，在變電站防雷接地中，最常見的技術(shù)就是接地網(wǎng)，但電力系統(tǒng)在快速發(fā)展的過程中，也得到了很大的進(jìn)步，同時(shí)在防雷接地網(wǎng)的安全維護(hù)中也遇到了巨大的挑戰(zhàn)，金屬在地下經(jīng)常被腐蝕，使得整個(gè)變電站系統(tǒng)的保護(hù)功能以失敗而告終。為了能更好的利用防雷接地網(wǎng)，前提就是解決這一挑戰(zhàn)問題，在經(jīng)過工作人員研究之后，發(fā)現(xiàn)了陰極電極保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)不僅投資小，而且效果也非常好，操作起來還方便敏捷，并且無論實(shí)在國內(nèi)的變電站防雷接地中還是國外的變電站防雷接地中，都得到了普及。

一、分析變電站的防雷接地技術(shù)

1 變電站的防雷接地技術(shù)

在變電站的防雷接地技術(shù)中，根據(jù)作用方式的不同將其分為兩種，第一種是通過特定的防雷防護(hù)裝置而將雷引入到接地網(wǎng)中來完成變電站防雷接地的保護(hù)工作；第二種是預(yù)防雷電的侵入，但在本文中，研究和分析的是第一種，通過特定的防雷防護(hù)裝置而將雷引入到接地網(wǎng)中。這里所使用的防雷防護(hù)裝置是接閃器，它可以對電流執(zhí)行攔截和導(dǎo)引的作用，具體的裝置就是避雷線和避雷針。在一些小型的變電站中，只需要使用避雷針就可以達(dá)到防雷的效果了，但是在一些大型的變電站中，不僅要在架構(gòu)上安裝一些避雷線或者是避雷針，還要嚴(yán)格設(shè)置引流線的參數(shù)，這樣才能完成變電站的防雷工作。而接地線是連接在屏蔽設(shè)施和被保護(hù)對象之間的引線，在變電站工作時(shí)期電阻要在1Ω以下，它主要有主接地線、分接地線以及等電位連接板三種接地線。

2 變電站防雷接地中的防腐蝕方法

根據(jù)上述的論述可知，在變電站的防雷接地中，面對的最大挑戰(zhàn)就是腐蝕問題。首先，從材料的角度出發(fā)，如果將原來的材料碳鋼替換成鋼，則會(huì)減少材料的腐蝕度，但由于鋼的價(jià)格非常昂貴，使得變電站防雷接地中的防腐蝕技術(shù)再次失敗。其次，如果在接地網(wǎng)的材料表面涂上一層抗腐蝕的材料，就會(huì)減少腐蝕，但是這種方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和金錢。最后的一種防腐蝕技術(shù)則是本文論述的重點(diǎn)，利用陰極電極保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)不僅投資小，而且操作起來也非常簡單，下文就對該技術(shù)進(jìn)行探討和分析。

二、分析陰極電極保護(hù)技術(shù)

1 原理

對于陰極電極保護(hù)技術(shù)的原理，是對被保護(hù)的金屬不斷的補(bǔ)充電子，避免在金屬原子失去電子之后溶入到溶液里，并出現(xiàn)負(fù)電位的現(xiàn)象，而在變電站防雷接地中，是利用陰極電極保護(hù)技術(shù)對接地網(wǎng)進(jìn)行不斷地補(bǔ)充電子，進(jìn)而形成一個(gè)大型的陰極，這個(gè)過程就稱為陰極電極保護(hù)。對不同陰極的保護(hù)根據(jù)實(shí)現(xiàn)的方法不同而分成了兩種，分別是外加電流法和犧牲陽極法。

圖1

圖2

所謂外加電流法，是在陰極保護(hù)的同時(shí)將電源的負(fù)極和被保護(hù)的對象相連接，使得其電位比周圍環(huán)境的電位低，進(jìn)而形成陰極，最后達(dá)到一個(gè)避免被保護(hù)的金屬被腐蝕的目的。但這種陰極電極保護(hù)的方法主要用在土壤的電阻率很高的環(huán)境，或者是大型的變電站中。具體的外加電流陰極電極保護(hù)的原理圖如圖1所示。

所謂犧牲陽極保護(hù)法，它是與電位比被保護(hù)金屬更低的金屬相連，然后將電子通過轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)到被保護(hù)金屬上，形成犧牲陽極的陰極保護(hù)，在實(shí)際的應(yīng)用中，主要用到的陽極金屬主要是鎂以及鎂合金陽極，和鋅合金陽極。這種方法相對上一種方法來說比較方便，并且還不需要外界的電源，在運(yùn)行時(shí)也不會(huì)有干擾的現(xiàn)象產(chǎn)生，但這種方法還有一個(gè)缺點(diǎn)，使用壽命相對較短，只有3到5年的時(shí)間，并且有時(shí)還會(huì)在陽極表面有一層硬殼產(chǎn)生，該硬殼不僅不導(dǎo)電，還會(huì)對電子的輸出產(chǎn)生阻礙作用，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致整個(gè)保護(hù)以失敗告終。

導(dǎo)致保護(hù)失敗的主要原因有以下兩種，一是陽極所在地區(qū)的土壤電阻率較高；二是陽極的金屬不滿足所規(guī)定的要求。所以，犧牲陽極保護(hù)法只適用于變電站的規(guī)模較小的情況或者是周圍土壤的電阻率比100歐姆小的環(huán)境。具體的犧牲陽極保護(hù)法的原理圖如圖2所示。

2 分析兩種陰極電極保護(hù)技術(shù)在使用中所要注意的方面

在現(xiàn)實(shí)的防護(hù)中，無論是外加電流保護(hù)法還是犧牲陽極保護(hù)法都需要特別注意的地方，進(jìn)而才能讓整個(gè)的保護(hù)效果更完美。

在采用犧牲陽極保護(hù)法時(shí)，首先要測定該環(huán)境周圍的土壤電阻率以及在不同時(shí)間內(nèi)的變化范圍，其次就要根據(jù)測出的電阻率來選擇作為犧牲陽極的金屬材料。下表是鎂和鋅陽極的性能表，可以通過下表來選擇陽極金屬的材料，但如果所測出土壤的電阻率大于100歐姆時(shí)，建議不選擇這種保護(hù)方法。

表1

通過上表選完陽極的金屬之后，就到計(jì)算整體保護(hù)的面積以及陰極總電流的時(shí)候，而這些計(jì)算的依據(jù)是根據(jù)變電站防雷接地網(wǎng)中的碳鋼結(jié)構(gòu)以及外形的尺寸。但對于計(jì)算總電流，則還可以根據(jù)土壤腐蝕性所規(guī)定的最小電流計(jì)算。而陰極保護(hù)的電位可以根據(jù)接地網(wǎng)的自然腐蝕電位而決定，將其左移250MV～300MV或者可以直接規(guī)定為-850MV，對于電位的選擇，只要能將電流密度保證到最小，則就可以不用考慮電位了。在上述所有理論值計(jì)算完之后，就可以決定陽極的質(zhì)量和個(gè)數(shù)等各種參數(shù)了，最后才是確定用陰極電極保護(hù)技術(shù)來保護(hù)整個(gè)變電站防雷接地系統(tǒng)的安全性和可靠性。

三、陰極電極保護(hù)在變電站防雷接地中的施工

1 施工需要注意的問題

首先，對于犧牲陽極的材料，在選擇和設(shè)計(jì)時(shí)必須要符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且還需要專業(yè)的工司或人員來完成。

其次，對于施工的方案和程序，不僅要滿足國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，還要符合專業(yè)的設(shè)計(jì)要求。

2 兩種保護(hù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

對于犧牲陽極保護(hù)法，優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電源就可以工作，并且干擾小，管理和維護(hù)都比較簡單，運(yùn)行時(shí)電流的分布也比較均勻，效率也高，整個(gè)工程隊(duì)伍的投資和總體的保護(hù)長度成正比；其缺點(diǎn)是必須有高質(zhì)量的覆蓋層，保護(hù)的電流不能實(shí)現(xiàn)控制，而且還不適用于較高的土壤電阻率環(huán)境中，對于陽極的金屬材料還必須要定期的更換才能完成。

對于外加電流保護(hù)法，對外界環(huán)境的電阻率無影響，所需要的覆蓋物質(zhì)量不用太高，對大型的變電站和工程量較大的環(huán)境都適合，輸出的電流可以隨意控制，并且使用的壽命還較長，不需要更換仍然可以繼續(xù)再用。其缺點(diǎn)首先是需要外加電源才可以運(yùn)行，對周圍金屬建筑物的干擾也會(huì)產(chǎn)生較大的影響，其次還需要定期的管理和維護(hù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，可以根據(jù)變電站防雷接地的具體情況來選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)。

四、陰極電極保護(hù)在變電站防雷接地中的應(yīng)用實(shí)例

無論是國內(nèi)還是國外，陰極電極保護(hù)在變電站防雷接地中的應(yīng)用都受到了認(rèn)可。例如，在浙江省臺(tái)州市，110KV的海保變電站在2005年就將陰極電極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用到防雷接地中，在2007年，將第一批腐蝕試片挖出時(shí)，卻未發(fā)現(xiàn)有明顯腐蝕的地方。而在一些沿海地區(qū)，即使氣候潮濕容易腐蝕，但陰極電極保護(hù)在變電站防雷接地中也受到了應(yīng)用，例如1982年建立的內(nèi)蒙古包頭市的橋西變電站，在未引進(jìn)陰極電極保護(hù)技術(shù)之前，需要經(jīng)常維修，并且還要填補(bǔ)接地網(wǎng)附近的腐蝕坑，而2009年，該變電站采用了陰極電極保護(hù)技術(shù)，經(jīng)過一年的使用之后，挖出測試片進(jìn)行分析時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)測試片的腐蝕速度僅是未保護(hù)測試片的1/3，抗腐蝕的效果非常明顯。

結(jié)語

通過本文對陰極電極保護(hù)在變電站防雷接地中的作用，我們可以總結(jié)出陰極電極保護(hù)技術(shù)不僅可以降低腐蝕速度，同時(shí)還能為接地網(wǎng)提供穩(wěn)定性，最后達(dá)到接地網(wǎng)使用壽命延長的效果，這為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了保證。

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