淺析電廠接地保護設計與防腐

劉璐

【摘要】電廠作為電力系統(tǒng)的結點，研究接地保護與防腐意義深遠。本文首先研究了接地體保護設計與接地體防腐相關的話題，指出了具體的防腐要求，然后探究了電廠配電設計的接地保護方式實施，最后提出了過程中的應該注意的事項。

【關鍵詞】電廠；接地保護；設計；防腐

一、前言

在電力系統(tǒng)中，電廠的作用十分明顯，它既是電力的輸出點，也扮演著電力樞紐的重要角色。在電廠的系統(tǒng)構造中，科學合理的接地保護設計與防腐措施，能夠更好地保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)固與可靠，增強電力供應的保障。

二、接地保護設計

在電廠實際生產(chǎn)運行中可能會存在各種安全隱患，其中最重要的就是作為電廠基礎的接地裝置。接地保護不僅能使系統(tǒng)安全正常運行，而且能保護電廠工作人員和現(xiàn)場重要設備，因此電廠獲取可觀的效益的前提就是電氣設備與土壤間的電氣連接必須是良好的。

1.工作接地

在正常和事故情況下，必須在電力系統(tǒng)中某點直接或經(jīng)消弧線圈、電抗、電阻、擊穿熔斷器和避雷器與接地裝置連接，以保證電氣設備的可靠運行，降低人體接觸電壓，迅速切斷故障設備，降低電氣設備和輸電線路的絕緣水平。

2.保護接地

電氣設備的金屬外殼由于絕緣損壞有可能帶電，為防止這種電壓危及人身安全而接地。接地電流將主要流經(jīng)接地裝置，接地體電阻愈小，流經(jīng)人體電流愈小，從而避免人體觸電的危險。觸電是電力事故發(fā)生的主要形式，對電工操作人員安全造成了嚴重威脅，設計保護接地降低了人員的傷亡率。

3.重復接地

即將零線上的一點或多點與地做金屬連接。這樣，當系統(tǒng)中發(fā)生碰殼或接地短路時，可降低零線的對地電壓；當發(fā)生零線斷線時可使故障程度減輕。重復接地采用了多層次保護原理，將電力系統(tǒng)設定雙向保護措施，進而提高了高壓輸電線路的穩(wěn)定性。重復接地裝置根據(jù)高壓輸電線路作業(yè)情況，聯(lián)用工作接地、保護接地等共同完成安全防護指令，大大降低了輸電線路的故障率。

4.保護接零

將電氣設備的金屬外殼與變壓器或發(fā)電機的接地中性點連接的中性線，或者與直流回路的接地中線相連接。當發(fā)生碰殼短路時，保護裝置能可靠地斷開故障設備，使人體避免觸電。接零保護可采用智能感應技術，對高壓輸電線路結構實施綜合監(jiān)控，強化了輸電線路運行的安全力度。

5.過電壓保護接地

為了防止由直擊雷、感應雷和靜電感應產(chǎn)生的過電壓損壞電氣設備或危及人身安全而將過電壓保護裝置或設備的金屬結構接地。高壓輸電線路電壓值大于220千伏，可借助電壓互感器設計過電壓保護接地，阻止電壓值超標造成的風險性。

三、接地體防腐

接地裝置由兩部分組成，接地網(wǎng)和接地干線。接地網(wǎng)主要是埋藏于廠區(qū)地下部分和土壤直接接觸的結構，主要材質是鍍鋅扁鋼或者裸銅線。接地干線主要是連接電氣設備和接地網(wǎng)直接的導體。影響土壤腐蝕的因素主要有溫度、土壤含鹽量、土壤電阻量、微生物腐蝕和土壤的氧化還原、土壤的含水量、土壤的酸堿度等。

接地網(wǎng)防護措施首先有電化學防腐，常用的就是陰極保護，通過把直流電流引入到被保護金屬管道或被保護接地裝置，從而發(fā)生極化反應，這就叫做陰極保護。其次是增加金屬厚度。再次是采用覆蓋層保護就是在接地體的外表面添加一層覆蓋層，這樣可以使接地體金屬部分與土壤隔離，從而阻止腐蝕速度。一般的覆蓋層保護主要有在金屬導體外表鍍鋅或者涂油漆等。在接地體材料方面，目前常用的接地體材料有銅和鋼兩種，銅的導電性比鋼好，但是從經(jīng)濟角度出發(fā)還是不合理的，因而普遍采用的是鋼。

1.防腐要求

接地導體截面的選擇應滿足最大入地短路電流的熱穩(wěn)定條件，但由于接地導體與空氣、水和土壤的長期接觸，發(fā)生電化腐蝕而造成截面變小，故接地導體應根據(jù)土壤的腐蝕性質經(jīng)過技術經(jīng)濟比較采取適當?shù)姆栏胧?，以保證接地網(wǎng)在電廠設計使用壽命30年內均符合熱穩(wěn)定要求。

2.加降阻劑方案

降阻劑由多種成分組成，含電解質、固化劑、潤滑劑及填充材料等，它的降阻效果實際是增大接地導體截面，靠其組成成分中無機鹽類的析出、溶解、電離出的金屬離子向周圍土壤的滲透和擴散作用以降低土壤電阻率，但由于大多數(shù)降阻劑的組成成分會污染土壤和地下水，不利于環(huán)保，且腐蝕接地體，損害接地系統(tǒng)。

3.換土降阻方案

換土降阻方案則是采用低電阻率的土壤作為接地網(wǎng)填充物，置換土的電阻率越低，效果越好。從降阻成效看，可利用低電阻率的回填土降低接地電阻至要求值；從施工難易度看，該方案和傳統(tǒng)接地方案的回填施工類似，無特別的施工難度，在接地網(wǎng)敷設回填時注意將土壤夯實；從投資成本上看，該方案主要材料僅是低電阻率的土壤，可以將電廠基礎開挖的時候在地下深層挖掘出的粘土收集起來加以利用，基本不增加工程造價。

四、電廠配電設計的接地保護方式實施

1.電廠配電中接地保護和接零保護不能同時使用。在電廠配電設備建設開始前就得需要正確的選擇以何種接地保護方式進行電廠配電接地保護，保障電廠配電和電廠穩(wěn)定安全進行供水等水處理工作。這是電廠建設同時也是電廠配電建設的前提。

2.電廠配電保護接地電阻數(shù)值的變化，直接影響漏電設備對地電壓大小也就是其危害性的變化。接地保護電阻數(shù)值確定，才能進行正確有效后續(xù)工程。

3.電廠配電保護接地在設計和裝備接地裝置時，首先應充分利用自然接地體，可以有效節(jié)約投資。如果自然接地體電阻數(shù)值能夠滿足需求和穩(wěn)定條件，那么就可以不需要再加裝人工接地裝置。

4.電廠配電保護接地裝置的效果不僅和接地體本身有關，接地體埋設點及周邊的土壤電阻值的大小更是直接影響到接地保護電阻值的大小。通常情況下，接地體埋設點土壤富含水分，礦物質及密度大的土壤電阻較小，接地保護工程施工時應盡量選擇這些地方。

五、電廠接地保護設計與防腐應注意的事項

1.做好三項計算

線路負荷、短路電流及電壓損失計算，這是配電線路設計的基礎。線路負荷計算：按照該線路所接負荷安裝功率，逐段計算出線路計算電流（Ip）。這是確定導體截面（S）和熔斷器的熔體電流（Ir），以及斷路器的長延時脫扣器整定電流的主要依據(jù)。短路電流計算：包括三相短路電流（I）和接地故障電流（Idl）兩種。電壓損失計算對離配電變壓器較遠的線路，導體截面大小有很大的影響，也間接關系到線路保護電器參數(shù)。

2.校驗導體熱穩(wěn)定性和保護電器的分斷能力

配電變壓器容量大的變電所，其低壓側的短路電流很大。如變壓器容量為1000kVA時，低壓屏出線處的三相短路電流可達23～25kA，變壓器高壓側為三角形接線時，該處的接地故障電流也可達20kA以上。如果從低壓屏直接引出小容量饋線，其計算電流僅幾至幾十安培。若按計算電流選擇饋線的導體截面和保護電器，其值都較小。

3.校驗保護電器動作的靈敏性

離變電所遠，特別是變壓器容量較小，遠端接地故障電流也很小，而保護電器的整定電流又較大時，往往難以滿足在規(guī)定時間內可靠斷開的要求，應予特別關注。如不能滿足要求，應采取相關措施，或采用其他保護方式或接地方式。

六、結束語

通過對電廠接地保護設計與防腐等方面的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)在實際應用中，接地保護的設計與防腐還有很多有待于提高的地方。對這些地方，設計人員要認真分析總結，并積極探尋提升其可靠性的方法措施，以保證電廠的持續(xù)性供電。

參考文獻

[1]劉文濤，焦在濱.帶并聯(lián)電抗器輸電線路單相自動重合閘永久故障的識別原理研究[J].中國電機工程學報.2011年，第11期：81-82.

[2]李斌，賀家李，徐振宇.線路中間帶并聯(lián)電抗器的線路差動保護[J].電力系統(tǒng)自動化.2013年，第7期：51-53.

[3]劉浩芳，王增平.超高壓輸電線路波過程及暫態(tài)電流保護性能分析[J].電網(wǎng)技術.2012年，第3期：52-53.

[4]陳國有.保護接地.保護接零與安全用電[J].北京電力高等?？茖W校學報：社會科學版，2012年，第16期：214-215.

[5]王克劍，王輝.淺談接地.接零的區(qū)別及容易疏忽的問題[J].科技信息，2012年，第16期：454-455.