變電站接地網(wǎng)銹蝕防治對策的探討

陳鑫

摘 要：變電站接地網(wǎng)目前廣泛采用鍍鋅扁鋼接地，時間一長容易產(chǎn)生銹蝕，造成接地電阻增加，泄流能力下降，威脅設(shè)備和人身安全。本文結(jié)合黃石地區(qū)變電站接地網(wǎng)歷年春秋檢開挖結(jié)果，分析了接地網(wǎng)銹蝕的主要部位和關(guān)鍵因素，并從現(xiàn)場實際出發(fā)，創(chuàng)造性地提出了鍍鋅扁鋼銹蝕防治的“雙接地”方案。通過方案對比，探討了“雙接地”方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

關(guān)鍵詞：變電站接地網(wǎng);鍍鋅扁鋼;銹蝕防治;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[1，2]。接地系統(tǒng)銹蝕已成為接地系統(tǒng)故障的主要元兇[3]。2006-2012年黃石地區(qū)春秋檢變電站接地網(wǎng)開挖結(jié)果顯示，設(shè)備接地引下線銹蝕占接地系統(tǒng)腐蝕的90%以上。因此，預(yù)防接地引下線的銹蝕成了變電站接地防護(hù)亟待解決的現(xiàn)實問題。

1? 黃石地區(qū)接地網(wǎng)現(xiàn)狀

2011年黃石供電公司主網(wǎng)變電站接地網(wǎng)專項檢查情況如表1、表2所列（重點檢查29座變電站，其中，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）。

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)開挖檢查結(jié)果顯示，銹蝕較嚴(yán)重的部件為接地引下線，深埋于土壤中的扁鋼和接地體基本無銹蝕。銹蝕部位主要在：

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(yán)重[3];

2）兩種土壤的交界處。其主要原因是當(dāng)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

黃石地區(qū)重工業(yè)較多，大多數(shù)變電站周邊存在重污染源，運行環(huán)境惡劣。金屬冶煉、鋼鐵鑄鍛、開山放炮、碎石加工、水泥生產(chǎn)等企業(yè)排放和散發(fā)出的粉塵長期腐蝕接地引下線扁鋼本體，酸雨和重金屬離子等對變電站土壤造成污染，造成土壤PH值、含鹽量變化，直接或間接影響接地扁鋼的銹蝕。

開挖檢查中還發(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。

3? 接地網(wǎng)防銹措施

3.1常用防銹措施

1）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(jìn)行維護(hù)[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條規(guī)定：“對于220kV及以上重要變電站，當(dāng)站址土壤和地下水條件會引起鋼質(zhì)材料嚴(yán)重腐蝕時，宜采用銅質(zhì)材料的接地網(wǎng)?！?/p>

3）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，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(qiáng)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(hù)方式[7]。

5）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)最易銹蝕的部位為接地引下線入地處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，如果在以上兩個部位加焊一段同型號的扁鋼，使該處的接地扁鋼截面積增大一倍，實現(xiàn)鍍鋅扁鋼局部“雙接地”，將大大提高接地引下線的抗腐蝕能力。鍍鋅扁鋼“雙接地”方案如下圖3所示。

“雙接地”方案在接地引下線入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”方案，扁鋼與土壤的接觸面積減少了45%，比采用兩根獨立的接地扁鋼更科學(xué)合理?！半p接地”方案與單根扁鋼相比，與土壤的接觸面積僅增加了1/10，截面積卻增加了一倍，因而使用年限可延長一倍左右。

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(hù)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(hù)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)，簡單易行。其一次投資僅為傳統(tǒng)鍍鋅扁鋼的1.1倍左右，使用年限卻可延長一倍，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且易于實施，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。

3.3 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(qiáng)接地網(wǎng)施工過程的監(jiān)管力度，保證施工工藝：

①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。

②鍍鋅鋼材在鋅層破壞處、切斷面進(jìn)行防腐處理。

③110kV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(jī)械冷彎，避免熱彎損壞鋅層。

④焊接位置及鋅層破損處應(yīng)防腐，接地扁鋼埋深應(yīng)足夠，不應(yīng)小于600mm。

2）加強(qiáng)接地網(wǎng)驗收質(zhì)量。在接地溝回填土前必須經(jīng)過運行人員的驗收，合格后方可進(jìn)行回填工作。同時做好隱蔽工程的記錄，拍攝照片存檔?；靥钔羶?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(qiáng)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

①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(jìn)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。

②定期對變電站土壤特性和接地網(wǎng)耐腐蝕性進(jìn)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]，并推廣行之有效的銹蝕防治方案。

4? 結(jié)語

綜上所述，黃石地區(qū)變電站接地網(wǎng)銹蝕防治改造思路為：

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，將南湖、還地橋、四顧閘變6-10kV出現(xiàn)構(gòu)架的接地圓鋼全部更換為鍍鋅扁鋼。

2）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6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，持續(xù)改進(jìn)。

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(hù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝廣潤.電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1991

[2]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）：68-69

[3]吳向東.500kV輸電線路接地網(wǎng)腐蝕分析及防護(hù)措施[J].腐蝕與防護(hù)，2002.23（12）545-546

（國網(wǎng)黃石供電公司檢修分公司變電運維四班，湖北 黃石 435000）