變電站銅接地網(wǎng)與鋼接地網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

邵武剛

摘 要：文章以220kv變電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)為例，對(duì)銅接地網(wǎng)以及鋼接地網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較分析，對(duì)其接地效果也進(jìn)行了分析，從導(dǎo)電性能、熱穩(wěn)定性以及耐腐蝕性方面而言，銅材接地網(wǎng)在性能方面都優(yōu)越于鋼材接地網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：變電站；銅接地；鋼接地；技術(shù)性；經(jīng)濟(jì)性；比較

近年來(lái)，我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)取得了很大的發(fā)展，在線路容量方面也發(fā)生了很大的變化，線路出現(xiàn)短路的問(wèn)題可以利用接地電阻來(lái)進(jìn)行解決。變電站在建設(shè)過(guò)程中，按照相關(guān)規(guī)程來(lái)進(jìn)行計(jì)算，在接地電阻方面出現(xiàn)了阻值越來(lái)越小的情況。變電站在發(fā)展過(guò)程中，對(duì)很多的新技術(shù)進(jìn)行了利用，因此，在接地阻值變化的過(guò)程中，對(duì)變電站的運(yùn)行安全也帶來(lái)了很大的影響。對(duì)接地網(wǎng)事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)地網(wǎng)腐蝕是導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的重要影響因素。為了防止這種事故再次發(fā)生對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行影響，可以采取必要的措施進(jìn)行預(yù)防。通常情況下，銅質(zhì)材料的接地地網(wǎng)在使用過(guò)程中要進(jìn)行不定期的檢查，在土壤以及地下水變化的情況下，對(duì)銅質(zhì)材料的接地網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，但是，使用這種材料在使用性能方面卻比鋼制材料更好，在投資初期，銅質(zhì)材料的費(fèi)用相對(duì)較高，在設(shè)計(jì)壽命周期方面卻非常好，因此，在維護(hù)費(fèi)用方面也非常少。

1 技術(shù)比較

1.1 性能比較

1.1.1 導(dǎo)電性能

銅和鋼在20℃時(shí)的電阻率分別是17.24×10-6（Ω·mm）和138×10-6（Ω·mm），因此銅的導(dǎo)電率是鋼的8倍。銅接地體在導(dǎo)電性能方面更好，在進(jìn)行布置時(shí)，安全指標(biāo)也更加好。

1.1.2 熱穩(wěn)定性

銅的熔點(diǎn)為1083℃，短路時(shí)最高允許溫度為450℃；而鋼的熔點(diǎn)為1510℃，短路時(shí)最高允許溫度為400℃。在接地體截面積相同的情況下，銅材的熱穩(wěn)定性更加好，而且，在熱穩(wěn)定性相同的情況下，鋼材的接地體截面積卻是銅質(zhì)材料的3倍。

1.1.3 耐腐性

接地體在使用過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕主要體現(xiàn)在化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩個(gè)方面，其中，在多數(shù)情況下，這兩種腐蝕是同時(shí)存在。銅質(zhì)材料和鋼質(zhì)材料在使用過(guò)程中，銅質(zhì)材料的腐蝕速度是鋼質(zhì)材料的十分之一到五十分之一，在這種情況下，銅質(zhì)材料的電氣穩(wěn)定性更加的穩(wěn)定。

鋼材在使用過(guò)程中被腐蝕時(shí)是逐層進(jìn)行，在使用鋼材時(shí)可以在表面進(jìn)行鍍鋅操作，這樣在抗腐蝕能力方面能夠得到提高，但是，對(duì)其導(dǎo)電性能卻帶來(lái)了降低的影響，因此，在使用過(guò)程中要解決的問(wèn)題也非常多。避免在接頭位置出現(xiàn)高溫電弧焊導(dǎo)致的點(diǎn)腐蝕情況，一般情況下，銅質(zhì)材料使用年限會(huì)在十年，在銅腐蝕過(guò)程中不出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕情況在使用壽命上會(huì)出現(xiàn)延長(zhǎng)的情況。銅接地網(wǎng)在進(jìn)行使用的時(shí)候，要進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)工作，工作量非常大，因此，對(duì)于GIS變電站而言非常容易導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行的情況。

1.1.4 銅接地體施工方便

在設(shè)計(jì)方面，主網(wǎng)采用銅絞線，這種材料在使用方面柔性非常好，同時(shí)，在彎度方面半徑非常小，在彎曲方面效果非常好，穿管過(guò)程中非常容易。銅絞線在進(jìn)行使用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)成卷使用。在搭接位置能夠進(jìn)行放熱焊接，在施工工藝方面非常簡(jiǎn)單，這樣對(duì)銅接地網(wǎng)的連接質(zhì)量能夠進(jìn)行保證。

1.2 截面選擇

一般變電站中的主接地網(wǎng)采用60×8（截面480mm2）的鍍鋅扁鋼，接地引下線采用80×8（截面640mm2）的鍍鋅扁鋼。一般變電站中的主接地網(wǎng)采用150mm2（裸銅紋線），接地引下線采用200mm2（銅排）。銅接地體的截面顯著小于鋼接地體。

1.3 接地體連接方式

變電站中接地網(wǎng)金屬導(dǎo)體在使用的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)大量連接的情況，在進(jìn)行連接時(shí)，主要保證其連接的可靠性和牢固性，才能保證接地網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。鋼接地網(wǎng)在進(jìn)行連接時(shí)仍然在使用傳統(tǒng)的電弧焊連接方式，在高溫情況下，會(huì)對(duì)焊接位置的鍍鋅層帶來(lái)一定的破壞，同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)腐蝕問(wèn)題的出現(xiàn)，對(duì)導(dǎo)體的接地壽命也會(huì)帶來(lái)一定的影響。電弧焊在連接方式上不是分子性連接，因此，在使用中，其導(dǎo)電性會(huì)受到很大的影響。鋼接地網(wǎng)在連接方式是進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，但是，在經(jīng)過(guò)很多嘗試以后，并沒(méi)有找到更好的方式。鋼接地體在截面積方面比較大，因此，在連接方式上進(jìn)行模具制造相對(duì)比較困難，同時(shí)，因?yàn)槠浔旧矸栏阅鼙容^差，導(dǎo)致焊接的質(zhì)量無(wú)法進(jìn)行保證。

2 經(jīng)濟(jì)比較分析

2.1 220kv某變電站建設(shè)規(guī)模

主變壓器：本期建設(shè)1×180MVA主變，遠(yuǎn)景2×180MVA主變；220kv出線：本期2回，遠(yuǎn)景6回；110kv出線：本期4回，遠(yuǎn)景10回；35kv出線：本期3回，遠(yuǎn)景8回。無(wú)功配置：本期2×10Mvar并聯(lián)電容器組，遠(yuǎn)景4×10Mvar。

2.2 配電裝置形式

220kv及110kv配電裝置均采用屋外支柱管母中型布置型式。35kv配電裝置采用屋內(nèi)高壓開(kāi)關(guān)柜單列布置。變電站占地面積20158m2。

2.3 接地材料統(tǒng)計(jì)

接地材料統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1和表2。

表1 采用鋼接地設(shè)計(jì)的材料表

表2 采用銅接地設(shè)計(jì)的材料表

2.4 指標(biāo)及評(píng)價(jià)

采用“年費(fèi)用法”對(duì)兩種接地方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 220kv變電站銅接地與鋼接地經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

說(shuō)明：導(dǎo)通試驗(yàn)每年一次，數(shù)年平均計(jì)算；接地網(wǎng)測(cè)試6年一次，每年攤銷。建設(shè)期貸款利息6.12%。

可見(jiàn)，無(wú)論是否計(jì)及放熱焊接點(diǎn)費(fèi)用，銅接地方案的年費(fèi)用均較鋼接地方案低。不計(jì)及放熱焊接點(diǎn)費(fèi)用時(shí)，銅接地方案優(yōu)越性更加顯著。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用銅接地網(wǎng)技術(shù)方面更加的合理，銅接地網(wǎng)在導(dǎo)電性能方面更好，同時(shí)，在熱穩(wěn)定性能方面更加穩(wěn)定，在抗腐蝕能力方面更好，在施工方面比較方便，使用壽命更長(zhǎng)，在檢修方面工作量非常小，使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)污染。銅接地網(wǎng)在進(jìn)行焊接時(shí)，采取放熱焊接方式，在操作上非常簡(jiǎn)單，同時(shí)焊接質(zhì)量能夠進(jìn)行保證，在腐蝕方面不會(huì)帶來(lái)很大的影響。

銅接地網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)性方面更好，在220kv變電站中，年費(fèi)用方面銅接地方案更加具有優(yōu)勢(shì)。銅接地網(wǎng)在最初建設(shè)過(guò)程中投入的費(fèi)用相對(duì)較高，但是，其在使用壽命周期方面比較長(zhǎng)，而且，使用費(fèi)用方面出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性更好的表現(xiàn)。接地網(wǎng)在設(shè)計(jì)壽命方面出現(xiàn)增加的情況，在設(shè)計(jì)方面使用銅絞線，這種材料在制作工藝方面比較簡(jiǎn)單，同時(shí)，在采購(gòu)過(guò)程中渠道比較廣，因此，在施工中進(jìn)行使用更加方便，能夠保證項(xiàng)目建設(shè)取得更好的效果。