变电站接地网在土壤中的腐蚀及防护

来源 :华中电力 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caiwei39602250
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:分析了某省典型区域部分变电站的土壤理化特性,包括:土壤电阻率、腐蚀电位、土壤含水量、土壤pH值、可溶性盐含量及Cl-和SO42-离子含量,对比分析研究这些因素对土壤腐蚀性的影响。理论研究结果为变电站接地网维护和改造提供理论依据。
  关键词:接地网 土壤电阻率 腐蚀电位 土壤腐蚀
  引 言
  变电站接地网是电力系统中不可或缺的重要组成部分,是工作接地、防雷接地、保护接地,确保设备和系统安全运行以及人员安全的重要装置。目前变电站接地网所使用的材料主要是金属材料。变电站接地网由于埋设于地下,易发生土壤腐蚀,导致接地网截面积减小,热稳定性降低,腐蚀严重的甚至断裂,接地电阻增大,严重危害变电站的安全可靠运行。因此,接地网要定期进行检查、维护和整改。目前大多数运维公司每5年左右对接地网抽样开挖检查,但这种方法带有很大的盲目性,工程量大,耗费大量的人力、物力和财力,并受到现场条件的限制[1]。因此,加强接地网的腐蚀监测,提高接地网材料的耐腐蚀性能,从而提高接地网运行的可靠性,延长地网的使用寿命,对确保变电站的安全可靠运行及人员安全具有重大意义。
  1 国内变电站接地网腐蚀概况
  随着电力系统的迅猛发展,变电站逐步走向小型化和智能化,变电站的装机容量不断扩大,入地短路电流也不断增大,接地网腐蚀问题也日益突出。由于接地网的隐蔽性,对于一般变电站的接地网使用年限不应小于30年,重要枢纽变电站的地网寿命按50年设计。目前,我国大部分地区的输配电接地网材料主要是镀锌钢。我国电力输配电设施包括高压变电站和高压输电线路主要于20世纪80年代投运,在经过十多年的运行后,镀锌钢接地网的腐蚀问题不断暴露,因此每年需耗费大量人力物力财力对地网进行维护整改。根据运维公司的数据表明,镀锌钢接地网的腐蚀问题已非常严重,按照设计规范,接地网的使用寿命为30年,但实际上镀锌钢接地网一般在运行5~10年后腐蚀问题就已相当严重。尤其是接地网的连接处由于采用焊接,焊接产生的局部高温破坏了锌保护层,而焊后对焊接接头的防腐处理不当,导致焊接接头处腐蚀非常严重。
  2土壤腐蚀机理
  土壤是由土壤颗粒以及存在于土壤颗粒缝隙间的空气和水分组成。土壤颗粒是各种有机物、无机物的胶凝物质颗粒的混合物。土壤中接地材料的腐蚀过程主要是电化学溶解过程,由于形成各种腐蚀电池导致接地材料腐蚀。埋在土壤中的接地网,其表面接触不同理化性质的介质而形成电位差,这就是引起接地网材料在土壤中腐蚀的根本原因。同时接地网兼有均压和泄流作用,所以还可能发生金属的电解腐蚀。土壤腐蚀阳极过程也是接地网金属材料失去电子腐蚀溶解的过程[2,3]:
  在酸性土壤中铁主要以离子的形式存在:
  在中性或碱性土壤中,亚铁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁:
  当阳极区存在氧气时,氢氧化亚铁能被氧化成溶解度更小的氢氧化铁:
  3影响土壤腐蚀性的因素
  接地网金属材料在土壤中的腐蚀除了受材料本身性质的影响外,更多的是受土壤理化性质及其他一些外界因素的影响[4]。影响土壤腐蚀性的因素主要有[5,6]:含水量、电阻率、pH值、含盐量、气候条件、微生物以及杂散电流等。这些因素相互作用,共同影响着土壤中接地网金属材料的腐蚀。特别是土壤的电阻率及去极化性质往往对腐蚀速率起着决定性作用。土壤电阻率取决于含水量,而去极化性质则取决于含氧量和微生物的新陈代谢作用,还有降水、温度和光照等气候因素都能显著地引起土壤理化性质的变化,进而影响土壤中金属材料的腐蚀速率,尤其是各种因素的相互作用使得金属材料在土壤中的腐蚀规律变得更加复杂。
  3.1土壤含水量
  土壤含水量受当地的气候条件如光照、降水量等的影响,也与土壤本身的物理结构(土壤孔隙度)有关。相关研究资料表明,土壤極干(W%<5%)或极湿(W%>95%)时腐蚀速率极低,半干半湿(15%~25%)状态时腐蚀速率一般较高。
  3.2土壤pH值
  当埋地金属的腐蚀取决于微电池或距离不太长的宏电池腐蚀时,腐蚀主要由阴极过程控制,而绝大多数pH值为6.5~9.0的中性近中性土壤中阴极过程主要是氧的还原,与氢离子浓度无直接关系。土壤pH值在5~9范围内,pH不是影响腐蚀速率的主要因素。金属材料在酸性土壤中腐蚀比较严重,在中性或近中性的土壤中腐蚀较弱。并且由于土壤具有缓冲作用,即使是pH为中性的土壤,有的腐蚀性仍较强,这与土壤总酸度(单位重量土壤中吸附的氢离子总量)有关。
  3.3 土壤含盐量
  土壤中的盐分一方面在土壤腐蚀过程中作为导电介质起导电作用,土壤含盐量越大,土壤电阻率越低,土壤腐蚀性越强;另一方面在土壤腐蚀过程中参与钢质材料的电化学反应,主要表现为阴离子的促进作用,如Cl-离子破坏金属表面钝化膜,促进阳极过程;SO42-离子促进钢的腐蚀;CO32- 离子抑制钢的阳极过程,但碱金属离子如Mg2+、Ca2+在非酸性土壤中能生成难溶性的氧化物和碳酸盐,附着在接地网材料表面形成保护层,对基体起到保护作用,延缓腐蚀。
  3.4 土壤电阻率
  对于微电池腐蚀,土壤电阻率对腐蚀速率几乎无影响;对于宏电池腐蚀,特别是阴、阳极距离较远时,土壤电阻率却起着决定性作用。一般情况下,土壤电阻率越低,土壤腐蚀性越强。
  3.5 杂散电流
  电力系统接地网除了受土壤本身腐蚀外,还不同程度地受到杂散电流的影响。杂散电流腐蚀实质上是金属的电解过程,电解池的阴极即电流流入的一端被保护,电解池的阳极即电流流出的一端被腐蚀。杂散电流主要分为直流杂散电流和交流杂散电流两类,其中直流杂散电流腐蚀对接地网材料的腐蚀危害较大。
  3.6微生物腐蚀
  土壤中微生物对接地网钢铁材料的腐蚀是微生物的新陈代谢活动导致的腐蚀,微生物自身对钢铁并不具有腐蚀作用,而是其新陈代谢产物,如硫酸、有机酸和硫化物等增强了土壤的腐蚀性。一般而言,微生物腐蚀多发生在潮湿及有机质含量较高的土壤中。   3.7气候条件
  上述若干因素对土壤腐蚀性的影响都受到气候条件变化的影响。气候条件,包括空气温度、透气性、降水、蒸发等,通过影响土壤理化性质及微生物的新陈代谢来影响土壤腐蚀性。所以土壤腐蚀性并不是固定不变的,而是具有周期性和季节性的。
  4典型土壤分析及开挖对比
  图1和图2是某省变电站接地网开挖后的腐蚀状况图。1号变电站接地网材料为镀锌扁钢,于1993年投運,未见改造记录。2014年开挖后接地网材料表面呈黑色,推断腐蚀产物可能是FeS或是Fe3O4,用砂纸将材料表面的黑色腐蚀产物磨去发现材料表面凹凸不平,有很多小坑,腐蚀严重。2号变电站接地网材料也为镀锌扁钢,其于1998年投运, 2000年对地网进行改造,并有测试记录,2008年开挖检查,东西母PT和主变避雷针处地网有轻度腐蚀,2010年进行地网测试,并付报告。而2014年开挖后发现接地网腐蚀也较严重,地网表面附着红褐色腐蚀产物,推断腐蚀产物可能是Fe2O3。1号变电站的地网材料因腐蚀严重,锌层早已腐蚀,扁钢的宽度和厚度明显减小,已不符合设计规范要求。2号变电站的接地网腐蚀较1号变电站轻微,但锌层腐蚀也比较严重,扁钢上的锌层大部分也因腐蚀而露出钢质基体。
  根据“八指标法”[6]对1号变电站和2号变电站的土壤腐蚀性进行了评估:1号和2号变电站的土壤腐蚀等级为Ⅳ级,属较强腐蚀。
  5变电站接地网缓蚀措施[3,7]
  5.1合理选材
  材料本身的性质决定了材料的耐蚀性。接地网材料的选择除了要考虑接地材料的热稳定性、土壤中的腐蚀速率、导电性等,也要考虑其经济性。在接地系统中,低碳钢和铜材都是经常选用的材料。镀锌钢由于其经济性,在国内一般变电站的接地网普遍使用。而铜材具有良好的导电性和热导率以及优异的耐土壤腐蚀性,但由于其价格昂贵,在国内变电站接地网中较少使用。目前国内有防雷企业开发出了铜覆钢接地材料,该材料是一种双金属复合材料,兼有钢的高强度,又有铜的优异导电性和抗腐蚀性能。铜覆钢接地材料实现了强度与抗腐蚀性能的完美结合,是接地效果佳、成本低、施工方便的接地材料,目前已在新建以及改建变电站中开始使用。
  5.2 合理使用回填料
  在埋设接地网时,应选择腐蚀性弱的回填土壤,若回填土壤腐蚀性较强,可合理使用回填料。回填料不但可以降低接地网的接地电阻,还兼有部分延缓腐蚀的作用。回填料以高导电性和化学性能稳定的物质为主要材料,不与金属材料发生化学反应。胶凝物及添加剂均为强碱弱酸盐,对金属无腐蚀性。回填料与水混合后成胶体,包覆于接地材料周围,阻止腐蚀性气体、酸、碱、盐等介质与接地材料直接接触,延缓金属接地材料的腐蚀。
  5.3防止电偶腐蚀
  在设计或整改地网时尽量避免腐蚀电位相差大的异种金属连接。异种金属连接时,应尽量选择腐蚀电位相近的金属或合金连接。同时,应避免形成大阴极、小阳极。在必须使用面积相差悬殊的异种金属作连接时,面积小的部位宜用电位较正的金属材料。
  5.4防止杂散电流腐蚀
  当有杂散电流存在时,通过排流可以实现对金属地网的阴极极化,这时杂散电流成了阴极保护的电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直接排流、极性排流、强制排流和接地排流4种形式。或用绝缘性覆盖层来切断地网所提供的电流通道。
  5.5阴极保护
  阴极保护是防腐蚀最普遍最有效的方法之一。它是依靠外加直流电源或牺牲阳极(通常是镁、铝或锌)使被保护的金属(地网)成为阴极,从而减轻金属接地网的腐蚀。不论是外加直流电源保护还是牺牲阳极保护,一般情况下钢质地网最小保护电位为-0.85V(相对于硫酸铜电极)。
  5.6防腐涂层
  涂层也是一种有效的防腐措施。由于地网本身的性质,涂层材料必须具有良好的导电性,使短路电流能快速地通过地网释放进入大地,降低地电位,确保设备及人员安全。同时涂料也必须具有良好的防腐性能。对于地网中的焊接接头,必须采取有效的防腐措施。
  6结语
  针对不同的变电站接地网,采取合理的防护措施可以延长地网的使用寿命。1号变电站所在地土壤为粉土,2号变电站土壤为砂土,两个站所处位置土壤含水量较高,土壤电阻率也较低,都为碱性土壤,土壤腐蚀性较强。综合以上接地网防腐措施,针对站址的土壤特性及变电站的运行环境,若对1号和2号变电站进行整改时,考虑到地网整改的经济性和地网材料的耐蚀性,建议选用铜覆钢接地材料,铜材抗腐蚀性优良)。同时可合理配合使用回填料,进一步提高地网的降阻效果,并能提高接地网材料的耐土壤腐蚀能力。与此同时应制定严格的施工工艺和方案,并严格按照施工工艺和方案施工,确保地网整改后在使用年限内能安全稳定运行,提高电网运行的可靠性及经济性。
  参考文献:
  [1] 闫风洁,李辛庚.电力接地网腐蚀与防护技术的进展[J].山东电力技术,2007, (1):9-13.
  [2] 黄小华,邵玉学.变电站接地网的腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制,2007,21(5):22-25.
  [3] 胡学文,许崇武.接地网腐蚀与防护的研究[J].湖北电力,2002,26(3):31-34.
  [4] 陈坤汉,杨道武等.电力接地网土壤腐蚀性的评价[J].腐蚀与防护,2008,29(10):614-617.
  [5] 田浩.变电站接地网的腐蚀与防护:[硕士学位论文].大连:大连交通大学,2008.
  [6] 陈坤汉,杨道武等.接地网在土壤中的腐蚀特性研究 [J].电瓷避雷器,2008, (4):39-46.
  [7] 佛山市供电局试验研究所.变电站钢材质接地网土壤腐蚀性评价方法.2012.
  [8] 秦怡宁,庄南江等.变电站接地网的腐蚀防护探讨[J].电源技术应用,2013,(7):174-175.
其他文献
摘要:随着我国经济的迅猛发展,人们的生活水平有了非常大的提高。对于电网输电线路的安全稳定运行提出了更高的要求。由于地区和气候环境等外部因素的不同,电网输电线路存在着地域的差异,同时有绝缘、技术、管理等问题,影响了电网输电线路的稳定运行。特别是电网输电线路的融冰问题,具有不可抗拒性,严重影响了输电线路的安全运行。本文重点分析了电网输电线路覆冰形成的原因,对电网输电线路覆冰造成的危害进行了探讨,同时提
期刊
摘要:输电线路的安全性与可靠性是整个电网稳定运行的关键,但由于其长期暴露于室外环境,尤其在夏季容易遭受雷击,因此输电线路的防雷设计工作具有非常重要的意义。文章在分析雷击对输电线路的危害的基础上,探讨了输电线路防雷设计的要点,以有效避雷,维护电网安全运行。  关键词:输电线路;防雷设计;电网安全;避雷线  引言  我国地处温带(部分地区属于亚热带气候),雷电活动比较强烈。漫长的输电线路穿过平原、山区
期刊
摘要:目前,随着社会经济的快速发展,人们在生产生活的过程中,对送变电的质量所提出的要求也越来越高。作为电网建设的关键部分,送变电线路工程的施工质量决定着整电路送变速度与效率。因而,在送变电线路工程施工过程中,加强对施工质量的管理,保证施工质量的高效性,是经济发展的需要,也是提高人们生活水平的重要保证。本文对送变电线路工程施工过程中的质量影响及对策进行分析,从而为送变电线路工程施工提供参考,并推动我
期刊
摘要:电力线路和配电设备的运行状态直接影响着电力系统运行的稳定性和安全性,需要引起电力工作人员的重视。本文结合实际情况,对线路检修和配电运行中设备的检修和维护进行了分析和探讨。  关键词:线路检修 配电运行 设备检修 维护  前言:随着社会经济的发展,科学技术不断进步,新的电气设备不断涌入人们的日常工作和生活,为人们提供了极大的便利。但是与此同时,也使得社会对于电力的需求日益增大。在现代社会中,电
期刊
摘要:电力配电网络处于电网的最末端,负担着电能直接配送到千家万户的重任,是电力系统联系用电客户的桥梁和纽带。10KV及以下配网的健康状况,直接关系到所配送电能的质量水平,并影响到供电企业的综合效益。  关键词:10KV 故障类型 配网 运行管理 故障分析 防范措施  引言  10kV 配网是电力系统与用户直接相连的重要环节,点多线长面广,运行环境较为复杂,它的安全运行水平直接影响供电企业的经济效益
期刊
摘 要:本文主要从输配电路的基本特点出发,探讨了输配电线路运行维护的关键要素,并提出了输配电线路运行维护与管理的有效途径。  关键词:输配电线路 运行维护管理 设备管理 常见问题  引言  随着电压等级的升高和智能电网的迅速发展,架空送电线路在电网中的作用和地位越来越重要,它分布在田野,丘陵、城镇之中,随时可能遭到自然灾害的侵袭和各种人为的外力破坏。为了确保电网安全经济可靠供电,对线路管理工作提出
期刊
摘要:随着电力建设的发展,输电线路工程跨越架线施工中,跨越架设施工的工作量较大。施工单位要根据不同的被跨越物大小、重要性、现场条件及其他条件确定搭设何种型式的跨越架,制定必要的技术!安全措施。本文主要针对35kV输电线路设计初步设计阶段工作展开探讨,对气象条件的选择和设计处理、杆塔和基础型式的设计、绝缘配合以及防雷设计的原则和内容进行了详细分析。  关键词:35千伏;线路架设;要点  引言:配电网
期刊
摘要: 该文通过对中压线路属配电网的重要组成部分进行分析故障机率较高,本文对中压线路故障的快速判断进行研究和探讨, 提出了预防和减少中压配电线发生故障的措施,降低线路设备的故障率,以提高配电网的供电可靠性。  关键词: 中压线路故障快速判断;应对措施;  0 前言  中压线路故障,通常可分为三相短路故障、二相短路故障及单相接地故障及开路故障。下面就最常发生的单相接地故障进行举例分析。对于单相接地故
期刊
摘要:高压输电线路是电力网络的重要组成部分。然而,其所经之处的环境相当恶劣,线路长期暴露于空气中,极易受到外界的破坏。目前雷击仍然是危及输电线路可靠运行的首要因素。每年都有雷击跳闸事故的发生,为此本文对其雷击杆塔的原因和危害以及线路设计中的不足做了分析,最后建议采取有效措施,尽量优化防雷设计。  关键字:电力输电线路;防雷;安全事故  引言:电力输电线路在我们生活中随处可见,但其所经之处的环境恶劣
期刊
摘 要:电力工程的输电线路主要应用在为用户传输电能以及进行电能的分配,可以将各个发电厂以及变电站连接起来,对电力系统而言十分关键,对整个电力工程而言具有无法取缔的作用。当前,由于电力工程建设的持续深入,电力行业对输电线路施工的需求愈发严格,并且,输电线路施工管理也逐渐成为所有电力企业探讨的主要内容。所以,在此种状况下,对输电线路施工技术的分析显得尤为重要。  关键词:电力工程;输电线路;施工管理;
期刊