论文部分内容阅读
摘 要：变电站接地网目前广泛采用镀锌扁钢接地，时间一长容易产生锈蚀，造成接地电阻增加，泄流能力下降，威胁设备和人身安全。本文结合黄石地区变电站接地网历年春秋检开挖结果，分析了接地网锈蚀的主要部位和关键因素，并从现场实际出发，创造性地提出了镀锌扁钢锈蚀防治的“双接地”方案。通过方案对比，探讨了“双接地”方案的经济性和可行性。
关键词：变电站接地网;镀锌扁钢;锈蚀防治;双接地
0引言
变电站接地网是确保人身、设备和电力系统安全运行的重要装置[1，2]。接地系统锈蚀已成为接地系统故障的主要元凶[3]。2006-2012年黄石地区春秋检变电站接地网开挖结果显示，设备接地引下线锈蚀占接地系统腐蚀的90%以上。因此，预防接地引下线的锈蚀成了变电站接地防护亟待解决的现实问题。
1 黄石地区接地网现状
2011年黄石供电公司主网变电站接地网专项检查情况如表1、表2所列（重点检查29座变电站，其中，运行年限超过10年的变电站17座，占总数的59%，年限超过30年的变电站10座）。
2 接地网锈蚀原因分析
2.1 主要锈蚀部位
黄石地区变电站接地网开挖检查結果显示，锈蚀较严重的部件为接地引下线，深埋于土壤中的扁钢和接地体基本无锈蚀。锈蚀部位主要在：
1）接地引下线入地处，即空气与土壤交界处的土壤中部分。由于土壤的含氧量低于空气的含氧量，使接地引下线土壤中部分与地面上部分形成氧浓差电池，含氧量高的地面上部分为阴极，含氧量低的土壤中部分则为阳极，于是地面上部分腐蚀很小而土壤中部分腐蚀严重[3];
2）两种土壤的交界处。其主要原因是当接地体通过不同成分的土壤时，会形成腐蚀电偶;
3）接地引下线在地中拐向主接地网的拐弯处以后的一段距离。主要原因一是垂直段与拐弯段之间存在氧浓差，二是拐弯处存在应力造成锈蚀[4]。
2.2 关键因素分析
黄石地区重工业较多，大多数变电站周边存在重污染源，运行环境恶劣。金属冶炼、钢铁铸锻、开山放炮、碎石加工、水泥生产等企业排放和散发出的粉尘长期腐蚀接地引下线扁钢本体，酸雨和重金属离子等对变电站土壤造成污染，造成土壤PH值、含盐量变化，直接或间接影响接地扁钢的锈蚀。
开挖检查中还发现有很多设计施工方面的原因，如：接地体埋深不够，造成上层土壤含氧率较高，吸氧腐蚀快[6];用沙子、碎石和建筑垃圾作回填土;焊接不规范，焊接头存在虚焊、假焊现象，对焊接头未采取防腐措施;对接地引下线未采取过渡防腐措施，没有刷防腐漆等。
3 接地网防锈措施
3.1常用防锈措施
1）采取从地下与水平接地体连接处开始刷沥青漆或防锈漆的措施，直到地上与设备连接处，并定期进行维护[6]。
2）采用铜接地网替代钢接地网。国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》12.1.1.2条规定：“对于220kV及以上重要变电站，当站址土壤和地下水条件会引起钢质材料严重腐蚀时，宜采用铜质材料的接地网。”
3）在环境恶劣的变电站采用镀铜钢材料取代镀锌扁钢。IEEE80-2000在导体的选择方面，指出：“铜材为最主要的水平接地导体材料，30%和40%的镀铜钢材料也作为水平导体材料，垂直接地体的材料则主要为镀铜层不小于0.25mm厚度的镀铜钢接地棒”，为保障接地系统40年以上寿命，规定镀铜层厚度应不小于0.254mm。
4）在腐蚀性较强的土壤中采用钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极的阴极保护方式[7]。
5）采用热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料来减缓腐蚀速率[8]。
3.2 镀锌扁钢“双接地”方案
黄石地区变电站接地网开挖检查结果显示，接地网最易锈蚀的部位为接地引下线入地处和接地引下线在地中拐向主接地网的拐弯处以后的一段距离，如果在以上两个部位加焊一段同型号的扁钢，使该处的接地扁钢截面积增大一倍，实现镀锌扁钢局部“双接地”，将大大提高接地引下线的抗腐蚀能力。镀锌扁钢“双接地”方案如下图3所示。
“双接地”方案在接地引下线入地处和拐弯处将两片镀锌扁钢叠焊在一起，减少了与土壤的接触面积。根据图4计算可知，与采用两根60*6mm的接地扁钢相比，采用接地引下线入地处上下300mm的“双接地”方案，扁钢与土壤的接触面积减少了45%，比采用两根独立的接地扁钢更科学合理。“双接地”方案与单根扁钢相比，与土壤的接触面积仅增加了1/10，截面积却增加了一倍，因而使用年限可延长一倍左右。
镀锌扁钢刷沥青漆或防锈漆的措施在一定程度上能够减缓接地网锈蚀，但不能从根本上解决锈蚀问题，且维护量大，年费用高。采用铜接地网一次投资费用高，目前在国内较少使用。采用镀铜钢接地一次性投资为镀锌扁钢的1.8倍左右，热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料和钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极的阴极保护方式一次性投资为镀锌扁钢的1.3倍左右，其防腐效果还需实践验证。镀锌扁钢“双接地”方案从现场实际出发，简单易行。其一次投资仅为传统镀锌扁钢的1.1倍左右，使用年限却可延长一倍，经济效益显著，且易于实施，在目前广泛使用的镀锌扁钢接地网的基础上改造方便，具有现场可行性。
3.3 预防接地网锈蚀的管理措施
1）预防接地网锈蚀，应加强接地网施工过程的监管力度，保证施工工艺：
①焊接牢固、无虚焊，焊接结束后去除残留焊药、表面除锈后作防腐处理。
②镀锌钢材在锌层破坏处、切断面进行防腐处理。
③110kV变电站水平接地体采用60*6mm镀锌扁钢，220kV变电站采用80*8mm镀锌扁钢，扁钢弯曲时，采用机械冷弯，避免热弯损坏锌层。
④焊接位置及锌层破损处应防腐，接地扁钢埋深应足够，不应小于600mm。
2）加强接地网验收质量。在接地沟回填土前必须经过运行人员的验收，合格后方可进行回填工作。同时做好隐蔽工程的记录，拍摄照片存档。回填土内不得夹有石块和建筑垃圾，并避免施工残物回填，外取的土壤不得有较强的腐蚀性，回填土应分层夯实，保证土壤与接地装置的有效接触面积。
3）提升接地网锈蚀的检测与评价水平
①不断提高试验水平，将接地网导通试验作为常规试验方法定期进行检测，及时掌握接地系统的具体数据，为在运变电站确定接地网合理的检修周期，使接地网的状态检修成为可能。
②定期对变电站土壤特性和接地网耐腐蚀性进行评价，预测接地装置的使用寿命，为变电站接地网设计提供可靠的依据，指导其正确选材[10]，并推广行之有效的锈蚀防治方案。
4 结语
综上所述，黄石地区变电站接地网锈蚀防治改造思路为：
1）从接地网历年开挖检查结果可知，采用圆钢接地的四顾闸变电站存在锈断现象，最小处截面不到原来的1/3，将南湖、还地桥、四顾闸变6-10kV出现构架的接地圆钢全部更换为镀锌扁钢。
2）将王家坳、枫叶山、四顾闸110kV变电站的40*4mm接地扁钢全部更换为60*6mm镀锌扁钢，以满足热稳定要求。2011年6月铜录山变电站接地网全部改造更换完毕，取得了很好的成效。
3）根据未来5-10年黄石地区变电站接地扁钢锈蚀情况逐步推广镀锌扁钢“双接地”改造方案，并论证其使用效果，持续改进。
4）不断提高变电站接地网设计、施工、验收、试验和检修维护水平。
参考文献：
[1]谢广润.电力系统接地技术[M].北京：中国电力出版社，1991
[2]肖鱼.发电厂及变电站接地系统腐蚀问题的防范[J].产业与科技论坛，2012.11（7）：68-69
[3]吴向东.500kV输电线路接地网腐蚀分析及防护措施[J].腐蚀与防护，2002.23（12）545-546
（国网黄石供电公司检修分公司变电运维四班，湖北 黄石 435000）
关键词：变电站接地网;镀锌扁钢;锈蚀防治;双接地
0引言
变电站接地网是确保人身、设备和电力系统安全运行的重要装置[1，2]。接地系统锈蚀已成为接地系统故障的主要元凶[3]。2006-2012年黄石地区春秋检变电站接地网开挖结果显示，设备接地引下线锈蚀占接地系统腐蚀的90%以上。因此，预防接地引下线的锈蚀成了变电站接地防护亟待解决的现实问题。
1 黄石地区接地网现状
2011年黄石供电公司主网变电站接地网专项检查情况如表1、表2所列（重点检查29座变电站，其中，运行年限超过10年的变电站17座，占总数的59%，年限超过30年的变电站10座）。
2 接地网锈蚀原因分析
2.1 主要锈蚀部位
黄石地区变电站接地网开挖检查結果显示，锈蚀较严重的部件为接地引下线，深埋于土壤中的扁钢和接地体基本无锈蚀。锈蚀部位主要在：
1）接地引下线入地处，即空气与土壤交界处的土壤中部分。由于土壤的含氧量低于空气的含氧量，使接地引下线土壤中部分与地面上部分形成氧浓差电池，含氧量高的地面上部分为阴极，含氧量低的土壤中部分则为阳极，于是地面上部分腐蚀很小而土壤中部分腐蚀严重[3];
2）两种土壤的交界处。其主要原因是当接地体通过不同成分的土壤时，会形成腐蚀电偶;
3）接地引下线在地中拐向主接地网的拐弯处以后的一段距离。主要原因一是垂直段与拐弯段之间存在氧浓差，二是拐弯处存在应力造成锈蚀[4]。
2.2 关键因素分析
黄石地区重工业较多，大多数变电站周边存在重污染源，运行环境恶劣。金属冶炼、钢铁铸锻、开山放炮、碎石加工、水泥生产等企业排放和散发出的粉尘长期腐蚀接地引下线扁钢本体，酸雨和重金属离子等对变电站土壤造成污染，造成土壤PH值、含盐量变化，直接或间接影响接地扁钢的锈蚀。
开挖检查中还发现有很多设计施工方面的原因，如：接地体埋深不够，造成上层土壤含氧率较高，吸氧腐蚀快[6];用沙子、碎石和建筑垃圾作回填土;焊接不规范，焊接头存在虚焊、假焊现象，对焊接头未采取防腐措施;对接地引下线未采取过渡防腐措施，没有刷防腐漆等。
3 接地网防锈措施
3.1常用防锈措施
1）采取从地下与水平接地体连接处开始刷沥青漆或防锈漆的措施，直到地上与设备连接处，并定期进行维护[6]。
2）采用铜接地网替代钢接地网。国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》12.1.1.2条规定：“对于220kV及以上重要变电站，当站址土壤和地下水条件会引起钢质材料严重腐蚀时，宜采用铜质材料的接地网。”
3）在环境恶劣的变电站采用镀铜钢材料取代镀锌扁钢。IEEE80-2000在导体的选择方面，指出：“铜材为最主要的水平接地导体材料，30%和40%的镀铜钢材料也作为水平导体材料，垂直接地体的材料则主要为镀铜层不小于0.25mm厚度的镀铜钢接地棒”，为保障接地系统40年以上寿命，规定镀铜层厚度应不小于0.254mm。
4）在腐蚀性较强的土壤中采用钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极的阴极保护方式[7]。
5）采用热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料来减缓腐蚀速率[8]。
3.2 镀锌扁钢“双接地”方案
黄石地区变电站接地网开挖检查结果显示，接地网最易锈蚀的部位为接地引下线入地处和接地引下线在地中拐向主接地网的拐弯处以后的一段距离，如果在以上两个部位加焊一段同型号的扁钢，使该处的接地扁钢截面积增大一倍，实现镀锌扁钢局部“双接地”，将大大提高接地引下线的抗腐蚀能力。镀锌扁钢“双接地”方案如下图3所示。
“双接地”方案在接地引下线入地处和拐弯处将两片镀锌扁钢叠焊在一起，减少了与土壤的接触面积。根据图4计算可知，与采用两根60*6mm的接地扁钢相比，采用接地引下线入地处上下300mm的“双接地”方案，扁钢与土壤的接触面积减少了45%，比采用两根独立的接地扁钢更科学合理。“双接地”方案与单根扁钢相比，与土壤的接触面积仅增加了1/10，截面积却增加了一倍，因而使用年限可延长一倍左右。
镀锌扁钢刷沥青漆或防锈漆的措施在一定程度上能够减缓接地网锈蚀，但不能从根本上解决锈蚀问题，且维护量大，年费用高。采用铜接地网一次投资费用高，目前在国内较少使用。采用镀铜钢接地一次性投资为镀锌扁钢的1.8倍左右，热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料和钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极的阴极保护方式一次性投资为镀锌扁钢的1.3倍左右，其防腐效果还需实践验证。镀锌扁钢“双接地”方案从现场实际出发，简单易行。其一次投资仅为传统镀锌扁钢的1.1倍左右，使用年限却可延长一倍，经济效益显著，且易于实施，在目前广泛使用的镀锌扁钢接地网的基础上改造方便，具有现场可行性。
3.3 预防接地网锈蚀的管理措施
1）预防接地网锈蚀，应加强接地网施工过程的监管力度，保证施工工艺：
①焊接牢固、无虚焊，焊接结束后去除残留焊药、表面除锈后作防腐处理。
②镀锌钢材在锌层破坏处、切断面进行防腐处理。
③110kV变电站水平接地体采用60*6mm镀锌扁钢，220kV变电站采用80*8mm镀锌扁钢，扁钢弯曲时，采用机械冷弯，避免热弯损坏锌层。
④焊接位置及锌层破损处应防腐，接地扁钢埋深应足够，不应小于600mm。
2）加强接地网验收质量。在接地沟回填土前必须经过运行人员的验收，合格后方可进行回填工作。同时做好隐蔽工程的记录，拍摄照片存档。回填土内不得夹有石块和建筑垃圾，并避免施工残物回填，外取的土壤不得有较强的腐蚀性，回填土应分层夯实，保证土壤与接地装置的有效接触面积。
3）提升接地网锈蚀的检测与评价水平
①不断提高试验水平，将接地网导通试验作为常规试验方法定期进行检测，及时掌握接地系统的具体数据，为在运变电站确定接地网合理的检修周期，使接地网的状态检修成为可能。
②定期对变电站土壤特性和接地网耐腐蚀性进行评价，预测接地装置的使用寿命，为变电站接地网设计提供可靠的依据，指导其正确选材[10]，并推广行之有效的锈蚀防治方案。
4 结语
综上所述，黄石地区变电站接地网锈蚀防治改造思路为：
1）从接地网历年开挖检查结果可知，采用圆钢接地的四顾闸变电站存在锈断现象，最小处截面不到原来的1/3，将南湖、还地桥、四顾闸变6-10kV出现构架的接地圆钢全部更换为镀锌扁钢。
2）将王家坳、枫叶山、四顾闸110kV变电站的40*4mm接地扁钢全部更换为60*6mm镀锌扁钢，以满足热稳定要求。2011年6月铜录山变电站接地网全部改造更换完毕，取得了很好的成效。
3）根据未来5-10年黄石地区变电站接地扁钢锈蚀情况逐步推广镀锌扁钢“双接地”改造方案，并论证其使用效果，持续改进。
4）不断提高变电站接地网设计、施工、验收、试验和检修维护水平。
参考文献：
[1]谢广润.电力系统接地技术[M].北京：中国电力出版社，1991
[2]肖鱼.发电厂及变电站接地系统腐蚀问题的防范[J].产业与科技论坛，2012.11（7）：68-69
[3]吴向东.500kV输电线路接地网腐蚀分析及防护措施[J].腐蚀与防护，2002.23（12）545-546
（国网黄石供电公司检修分公司变电运维四班，湖北 黄石 435000）