一起變電站接地網(wǎng)腐蝕故障的診斷與處理

黃成才

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司，江蘇鹽城 224000）

變電站接地網(wǎng)是保護防止過電壓對站內(nèi)設備造成損害的重要設施，也是設備保護功能的有效載體，對整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義[1-2]。變電站的接地網(wǎng)由水平鋪設的主接地網(wǎng)和輔助的設備引下線構成，用于降低站內(nèi)接地電阻，從而起到快速散流、減少接觸電壓和跨步電壓的作用。但是由于變電站接地網(wǎng)常年深埋于地下，受土壤腐蝕、物理移位、材質(zhì)化學反應等作用必然導致其連接扁鋼發(fā)生斷點、銹蝕、接觸不良等故障，從而使接地網(wǎng)的快速散流能力逐步退化甚至喪失，產(chǎn)生較大的局部電壓差，若不及時發(fā)現(xiàn)并進行整改，隨著腐蝕現(xiàn)象的不斷加劇，必然會影響整站設備的安全穩(wěn)定運行，尤其在雷雨季節(jié)工作人員的人身及站內(nèi)設備的安全都難以得到保障[3-5]。

鹽城市地處東部沿海地區(qū)，土壤含鹽量較高，經(jīng)過多年運行的站內(nèi)接地網(wǎng)受土壤的腐蝕嚴重，有部分運行年限久遠的變電站接地網(wǎng)扁鋼甚至出現(xiàn)斷裂的情況。35kV 樓王變是鹽城市郊一所老舊的變電站，占地面積7.3 畝，于1988 年6 月建成并投運，在2001 年10 月進行無人值班改造，現(xiàn)有35kV 進出線2回，10kV 出線7 回，主變2 臺。該站接地網(wǎng)至今已運行30 年，地下接地扁鋼腐蝕情況惡劣，嚴重威脅站內(nèi)設備的安全穩(wěn)定運行。

試驗人員在雷雨季節(jié)之前對35kV 樓王變接地網(wǎng)性能進行了測試，利用各設備接地引下線與主網(wǎng)的導通與否來判定接地網(wǎng)的運行性能，試驗發(fā)現(xiàn)該站接地網(wǎng)多處導通不良，有的甚至嚴重影響主要設備的安全運行，隨即在對該變電站的接地網(wǎng)進行的開挖工作中，也驗證了接地網(wǎng)確實腐蝕嚴重。通過對該35kV 變電站接地網(wǎng)的試驗調(diào)查、對站周邊環(huán)境的分析，結合現(xiàn)場實際對該站進行了接地網(wǎng)的改造工作。改造后試驗結果表明，各設備接地引下線通過主接地網(wǎng)接觸良好，各項指標符合規(guī)程要求。文章深入分析了該站接地網(wǎng)導通故障的診斷與整改過程，對今后接地網(wǎng)改造工作具有一定指導意義。

1 接地網(wǎng)的性能測試

1.1 接地網(wǎng)導通試驗原理

變電站主接地網(wǎng)是由一根根均壓導體條相互焊接而成的接地電路網(wǎng)絡，如圖1 所示。由于構成接地網(wǎng)的金屬導體條或扁鋼的電阻率遠小于土壤，所以在對接地網(wǎng)施加恒定直流電壓時，可以完全忽略各條支路及土壤之間的電感、電容效應，即可把接地網(wǎng)看成一個純阻性的多端口網(wǎng)絡，如圖2 所示。

接地網(wǎng)建造完工后，各支路的電阻初始值也隨之確定。隨著接地網(wǎng)運行時間的不斷增加，局部支路的扁鋼及連接導體可能腐蝕嚴重，導致該支路的絕緣電阻遠遠大于初始值。接地網(wǎng)某支路在受到嚴重腐蝕前后各支路的拓撲結構并沒有發(fā)生變化，僅僅是某些支路的阻值較大，當以相同的直流電壓激勵腐蝕與否的兩個接地網(wǎng)支路，可以得到完全不同的導通阻值[6]。接地網(wǎng)的導通試驗就是基于這一原理對接地網(wǎng)性能進行檢測的，在圖2 的拓撲結構中，以任意一條接地引下線為參考點，對全站所有接地點進行接地網(wǎng)的導通試驗，從而判定接地網(wǎng)的哪條支路存在腐蝕或導通不良問題。

圖2 接地網(wǎng)的等效拓撲結構

1.2 試驗方法及儀器

接地網(wǎng)導通試驗是測量接地引下線與地網(wǎng)（或相鄰設備）之間的直流電阻值來檢查其連接情況，從而判斷引下線與地網(wǎng)的導通狀況是否良好，目前主要的試驗方法有直流電橋法、直流電壓電流法，本文采用的為直流電橋法，接線圖如圖3 所示。

圖3 直流電橋法接線圖

試驗儀器采用FLUKE1625 型接地電阻測試儀，該儀器具有抗干擾能力強、測量精度高的優(yōu)勢。測試中采用四極（C1、P1、C2、P2） 測試的方法，測量結果穩(wěn)定可靠。圖4 給出了FLUKE1625 型接地電阻測試儀的實物圖。

圖4 FLUKE1625 型接地電阻測試儀

1.3 接地網(wǎng)設備引下線的導通標準

變電站接地網(wǎng)設備引下線之間的導通阻值能夠準確反映設備引下線與主網(wǎng)的連接情況及接地網(wǎng)的某些支路的銹蝕情況，對檢測接地網(wǎng)的性能具有重要意義。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）》第44 分冊《接地引下線導通測試細則》中規(guī)定[7]，可以得到設備引下線導通的標準如下：（1）狀況良好的設備測試值應在50mΩ 以下；（2）50mΩ-200mΩ 的設備狀況尚可，宜在以后例行測試中重點關注其變化，重要的設備宜在適當時候檢查處理；（3）200mΩ-1Ω 的設備狀況不佳，對重要的設備應盡快檢查處理，其他設備宜在適當時候檢查處理；（4）1Ω以上的設備與主地網(wǎng)未連接，應盡快檢查處理；（5）獨立避雷針的測試值應在500mΩ 以上；（6）測試中相對值明顯高于其他設備，而絕對值又不大的，按狀況尚可對待。

2 接地網(wǎng)導通故障實例分析

2.1 缺陷發(fā)現(xiàn)

35kV 樓王變是鹽城市郊的一所老舊變電站，于1988 年6月建成并投運，該站接地網(wǎng)至今已運行近30 年。2020 年3 月，鹽城地區(qū)電網(wǎng)春季檢修工作正式開展，試驗人員在對其接地網(wǎng)設備引下線進行例行導通試驗時發(fā)現(xiàn)，35kV 樓王變存在多處設備引下線與主網(wǎng)接觸不好甚至未連接故障，并隨即對該站進行開挖檢查，發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)扁鋼腐蝕情況嚴重、多處有斷裂點、接地網(wǎng)埋藏深度不夠、接地扁鋼寬度不足（僅25mm）等嚴重缺陷，見圖5。

圖5 腐蝕嚴重的接地扁鋼

導通試驗過程中，經(jīng)反復切換基準點測量后，確認4 處設備接地引下線導通電阻明顯偏大，甚至出現(xiàn)不導通現(xiàn)象，設備引下線導通阻值如表1 所示。

表1 接地引下線導通電阻明顯異常位置及阻值

2.2 缺陷診斷

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）》第44 分冊《接地引下線導通測試細則》中規(guī)定，接地網(wǎng)設備引下線導通阻值在1Ω 以上的，設備與主地網(wǎng)未連接，應盡快檢查處理。表1中的4 處接地引下線導通阻值都遠遠超過了1Ω，說明這四處及其對應接地網(wǎng)連接支路存在斷點，接地不導通。

上述4 個設備中，1 號主變屬于站內(nèi)重要設備，其接地引下線與主接地網(wǎng)不導通將嚴重影響站內(nèi)人身、設備的安全；1 號所變避雷器的接地引下線與主接地網(wǎng)導通與否直接關系到避雷器的保護效果，兩處刀閘也直接影響供電可靠性，故應立即進行整改。

3 接地網(wǎng)的整改措施與效果

3.1 整改目標

根據(jù)35kV 樓王變接地網(wǎng)存在的嚴重腐蝕和部分設備引下線不導通問題的分析與診斷，結合相關電力規(guī)程要求，確定了該35kV 變電站接地網(wǎng)的整改目標如下：（1）對腐蝕嚴重的接地網(wǎng)扁鋼進行重新鋪設、焊接，并采用嚴格的防腐措施，保證新鋪接地網(wǎng)的使用壽命達到25～35 年。（2）新鋪設扁鋼的截面積滿足大短路電流的熱穩(wěn)定性要求。（3）對接地網(wǎng)進行實用性、合理性設計，使其具有良好的均壓能力和快速的散流能力。

3.2 整改方案

針對35kV 樓王變接地網(wǎng)導通故障，對其進行整改，整改工作主要包括：（1）對于刀閘、避雷器等架設在電桿上的設備，工作人員沿著該設備的接地引下線向下挖至主接地網(wǎng)，再沿故障設備接地引下線布置一根截面積為60mm*8mm 的扁鋼與主接地網(wǎng)焊接；（2）對于35kV 樓王變的1 號主變接地引下線，工作人員刨開1 號主變底座池鵝卵石，沿原接地引下線布置一根截面積為60mm*8mm 的扁鋼，再沿扁鋼在1 號主變周圍布置一圈獨立接地網(wǎng)，最后將獨立接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)可靠焊接；（3）進行站內(nèi)接地網(wǎng)開挖，對腐蝕嚴重的接地網(wǎng)支路更換截面積為60mm*8mm 的扁鋼進行連接；（4）新鋪設的接地網(wǎng)扁鋼利用降阻劑進行填蓋。高效膨潤土降阻防腐劑具有優(yōu)越的吸水性和保水性，水土不易流失，能夠起到消除接觸電阻，穩(wěn)定接地電阻、跨步電壓等作用。

3.3 整改效果

3.3.1 設備引下線導通阻值

接地網(wǎng)整改后對原明顯偏大的4 處接地引下線進行了復測工作，數(shù)據(jù)如表2 所示，各數(shù)值均符合《國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）》第44 分冊《接地引下線導通測試細則》中所規(guī)定的接地引下線導通阻值小于50mΩ 的要求。

表2 設備引下線導通阻值復測值

3.3.2 熱穩(wěn)定性校核

接地網(wǎng)接地扁鋼的截面積應滿足公式（1）的要求[8]：

式（1）中：Idmax為入地最大短路電流，取5000A；C 為接地網(wǎng)扁鋼導體的比熱，一般取70；td為保護動作時間，取2s 計算，則S≥101.1mm2。

35kV 樓王變的接地網(wǎng)整改采用的是截面積為60mm*8mm的扁鋼，截面積明顯大于101.1mm2，滿足熱穩(wěn)定參數(shù)的要求，能夠快速實現(xiàn)散流功能。

4 結論

通過對35kV 樓王變接地網(wǎng)導通故障的發(fā)現(xiàn)、診斷和整改工作，可以得出以下結論：（1）變電站接地網(wǎng)試驗應按國家電網(wǎng)公司《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》周期試驗，保證及時發(fā)現(xiàn)設備接地引下線與主接地網(wǎng)導通故障，防止設備發(fā)生失地運行。（2）利用站內(nèi)設備接地引下線的導通試驗能夠準確迅速發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)故障，實現(xiàn)故障點的準確定位。（3）整改的扁鋼截面積要足夠大，以保證接地網(wǎng)的熱穩(wěn)定性和快速散流能力。（4）接地網(wǎng)的改造工作要尊重科學性，合理規(guī)劃、切實實施、可靠操作。

本次35kV 樓王變接地網(wǎng)的整改工作是可靠有效的，對變電站接地網(wǎng)導通故障的整改工作具有一定的指導意義。當然，也存在一定的局限與不足，需要在以后的工作中進一步完善。