油田變電所接地材料和連接方式的新選擇

【摘要】在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的影響下，電力行業(yè)對于變電所在接地系統(tǒng)上的安全問題越來越重視。目前，不少油田變電站中所采用的接地系統(tǒng)均屬于鍍鋅鋼材料，其具有使用壽命短、抗腐蝕能力差等弊端，威脅到油田變電所的運(yùn)行安全，因而常需要進(jìn)行維護(hù)，也因此提高了變電所在接地系統(tǒng)上所花費(fèi)的維護(hù)成本，同時還增加了相關(guān)工作人員的勞動強(qiáng)度。就此，本次研究對變電所中接地材料、連接方法等的新選擇進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】油田；變電站；接地材料；銅包鋼

通常情況下，新建的接地系統(tǒng)均無需采取額外的降阻措施，工頻接地電阻便可達(dá)到變電設(shè)計中對于接地電阻的要求。然而，接地系統(tǒng)使用時間越長，其腐蝕情況則越惡劣，特別是焊接部位，該處受嚴(yán)重銹蝕的影響，可發(fā)生斷線、接觸不良等問題，對電網(wǎng)設(shè)備、工作人員的人身安全等產(chǎn)生威脅[1]。因此，在油田變電所中，需要對接地系統(tǒng)的防腐問題、壽命問題等進(jìn)行加以重視。

1.油田變電所中接地系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

油田電網(wǎng)對于油田供電而言十分重要，電網(wǎng)運(yùn)行是否正常將會對直接影響到油田的供電情況，進(jìn)而影響到油田的生產(chǎn)工作。變電所屬于電網(wǎng)中的一個重要構(gòu)成部分，因此變電所與油田區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)供電具有密切的關(guān)系。目前，隨著國內(nèi)外對于石油資源需求量的不斷上升，使得變電所在運(yùn)行的安全性上也日益受到重視。

國內(nèi)的接地設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)等均是以前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)所制定的，在接地材料上也是根據(jù)前蘇聯(lián)所使用的方法，以鋼材作為接地材料。國內(nèi)電力行業(yè)的接地標(biāo)準(zhǔn)（DL/T621-1997）中對接地材料、材料截面等作出了相關(guān)的要求。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，歐美國家基本上均是采用鋼材接地材料，同時還制定了相關(guān)的技術(shù)要求。另外，國內(nèi)也針對接地網(wǎng)事故頒布了《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》，當(dāng)中有表明，接地網(wǎng)中關(guān)鍵問題主要有2個，分別是防腐問題，熱穩(wěn)定問題[2]。首先，在防腐問題上，由于接地材料未采取防腐措施，因而容易被腐蝕，引起線路故障。其次，在熱穩(wěn)定問題上，由于接地材料的熱穩(wěn)定水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上一次設(shè)備，因而因為熱穩(wěn)定問題使得接地網(wǎng)被燒斷，引起故障。由于這兩個問題屬于接地網(wǎng)目前最為常見的問題，因而需要對接地材料、連接方式等新選擇進(jìn)行探討。

2.關(guān)于接地材料的分析

2.1銅材與鋼材的接地性能分析

從接地材料的角度上看，銅材比鋼材更為適合。銅材在作為接地材料上具有多種優(yōu)點，首先銅材泄流快，導(dǎo)電性好。在20℃的環(huán)境下，鋼材的電阻率為1.38×10-6（Ω.mm），銅材的電阻率為17.24×10-6（Ω.mm），由此可看出銅材在導(dǎo)電率上的優(yōu)越性。其次，銅材具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。銅材表面可產(chǎn)生銅綠氧化物，此物具有較強(qiáng)的附著力，因而可很好的保護(hù)銅材內(nèi)部，對于腐蝕的形成具有很好的抑制作用。而鋼材的耐腐蝕性則較差，其可被逐層腐蝕掉。另外，鍍鋅層雖具有較強(qiáng)的防腐蝕作用，然而其會降低接地材料的導(dǎo)電性[3]。

國內(nèi)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL/T621-1997）指出，接地線最小截面應(yīng)結(jié)合熱穩(wěn)定條件，滿足該公式：。

其中，Ig指的是流過接地線時短路電流的穩(wěn)定值，單位為A；Te指的是短路等效持續(xù)時間，單位為s；C指的是接地材料熱穩(wěn)定系數(shù)，其中材料近似鋼材時，熱穩(wěn)定系數(shù)取70，當(dāng)材料近似銅材時，熱穩(wěn)定系數(shù)取210。

例如110KV變電站，一般情況下短路電流最大值（Ig）為15000A，其短路持續(xù)時間（te）為0.5s，如此一來，若接地材料屬于鋼材，其最小截面則為151.5（mm2），如接地材料屬于銅材，其最小截面則為50.5（mm2）。從該熱穩(wěn)定條件的計算結(jié)果可看出，在選擇接地材料上，鋼材的最小截面為銅材的3倍，結(jié)合連接因素、腐蝕因素以及電阻因素等進(jìn)行考慮，可得出以下結(jié)論：首先，當(dāng)鋼材與銅材的最小截面比例達(dá)到8：1時，兩種材料的接地導(dǎo)體電阻相同。其次，出于對熱穩(wěn)定條件的考慮，當(dāng)鋼材與銅材的最小截面比例為3：1時，可避免接電線與接地體等出現(xiàn)熔化事件。最后，在選擇材料時，若結(jié)合連接頭因素與腐蝕因素等進(jìn)行考慮，鋼材最小截面仍需繼續(xù)擴(kuò)大，而銅材則無需考慮該問題。

2.2銅材與鋼材的價格分析

在市場上，銅材接地系統(tǒng)的價格明顯高于鋼材，因此不少變電所在腐蝕性環(huán)境中的垂直接地多是應(yīng)用銅包鋼接地材料，從而降低工程造價。

銅包鋼接地材料，不僅具有良好的導(dǎo)電性，同時還具備了鋼材的強(qiáng)度，其在防腐蝕上的性能也較高，因而深受發(fā)達(dá)國家的青睞，在接地裝置中廣泛應(yīng)用。銅包鋼材料屬于金屬復(fù)合材料的一種，其是在低碳鋼芯的表層覆蓋一層純度高達(dá)99.99%的電解剛分子所制成，其中鍍銅層的厚度有1mm、0.5mm以及0.25mm三個選擇，使用壽命至少有30年，有效減少了在維護(hù)上的成本[4]。而傳統(tǒng)的鍍鋅導(dǎo)體，其鍍鋅層厚度僅有0.06mm，因此在常規(guī)環(huán)境下使用3～8年便可被腐蝕，進(jìn)而增大了接觸電阻，以變電所常規(guī)設(shè)計上設(shè)定的30年使用壽命，期間鍍鋅材料則需要進(jìn)行改造3次，如此一來則加大了在維修上的費(fèi)用。綜合考慮，選擇銅接地材料的性價比較高。

3.關(guān)于接地導(dǎo)體的連接方式

變電所、發(fā)電長等所應(yīng)用的接地網(wǎng)金屬導(dǎo)體間通常具有不少連接，其中銅導(dǎo)體間、鋼導(dǎo)體通常是應(yīng)用放熱熔焊的連接方式。

放熱熔焊屬于放熱反應(yīng)的一種，其是通過兩種鋁對銅氧化物、鐵氧化物等進(jìn)行還原，進(jìn)而生成熔融鐵或是熔融銅，達(dá)成焊接的目的。其中，熔融焊接的化學(xué)反應(yīng)十分快速，在2000℃下，僅需要幾秒便可完成焊接工作，使分子結(jié)合在一起。

另外，在放熱熔接連接方式使用期間，必須以特質(zhì)鑄模作為工具，從而承受住超高溫金屬熔化反應(yīng)。熔模分別由熔接劑、模穴以及注入孔等多個部分組成，具有多種連接形式，例如十字型、直通型與丁字型。此外，放熱熔焊還具有多種優(yōu)點：①焊接點為永久性；②散熱面積較大，難以松脫。其屬于永久性分子結(jié)合，無機(jī)械壓力、接觸面等；③其載流能力與導(dǎo)線相當(dāng)，不會提高電阻率；④易于操作；⑤焊接點不會受到腐蝕產(chǎn)物影響；⑥可通過外觀查焊接質(zhì)量；⑦連接效果優(yōu)于氧焊、電焊；⑧焊接期間無需借助復(fù)雜設(shè)備、外接電源、外接熱源；⑨焊接材料輕，易于攜帶。

4.結(jié)束語

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的雙重影響下，目前在油田變電所的接地系統(tǒng)上出現(xiàn)越來越多的新型技術(shù)與新材料，例如低電阻接地模塊、銅接地系統(tǒng)等。在油田變電所中應(yīng)用銅包鋼系統(tǒng)，不僅可提高變電所在運(yùn)行上的整體安全性，其對于降低變電所接地網(wǎng)工頻接地電阻也具有明顯的效果，有利于優(yōu)化接地系統(tǒng)的防腐蝕能力，延長接其使用壽命，節(jié)約維護(hù)成本，還有助于跨步電壓、接觸電壓等的減少。在油田變電所中應(yīng)用銅包鋼這一種新型接地材料，并結(jié)合放熱熔焊連接方式，有利于保障油田用電安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊德清，張文瓊.變電站接地裝置存在的問題及其解決措施[J].科技信息，2010（12）：345.

[2]陳利群.變電所接地設(shè)計問題分析[J].內(nèi)江科技，2010（11）：101.

[3]閆愛軍，陳沂，馮拉俊.幾種接地網(wǎng)材料在土壤中的腐蝕特性研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2010（03）：197-199.

[4]桑文斌，趙磊.新型接地材料在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報，2010（S1）：146-147.