江西景德镇110kv涌山变电站.doc

江西景德镇110kv涌山变电站接地改造方案武汉华理电力设备有限公司联系电话：02787414155 传真：02787498693地址：武汉市东湖高新技术开发区华乐花园8栋2门601110kv涌山变电站接地改造方案一、前言110kv涌山变电所位于景德镇市70公里的山区,是向水泥厂及煤矿供电的重要变电所。变电所的接地电阻为0.96，偏大,另外接地连线不符合要求。曾发生过雷击损坏变电站综合自动化设备的事故，还有接地装置的一些方面不符合电力系统二十五项重点反措要求，应进行彻底改造。根据景德镇电业局的要求，我们于2004年11月9日到这座变电站进行了现场土壤电阻率测量和地形、地势调查，进行了站内设备及变电站的线路情况调查。2004年11月10日又到景德镇电业局生技部和变电工区对有关数据和资料进行了核查。经认真的技术经济分析后，制定了该技术方案。二、接地装置设计的依据1、DL/T6211997交流电气装置的接地；2、DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合；3、GB5016992电气装置安装工程接地装置施工及验收规范；4、DL47592接地装置工频特性参数的测量导则；5、GB5015091电气装置安装工程电气设备交接试验标准。6、该站的最大单相接地短路电流按2818A； 7、该站的地质、地势及土壤电阻率。三、接地网改造应达到的标准和参数1、接地装置的工频接地电阻Rg；（2818）（1-0.3）=1972AI流经地网入地电流；最大单相接地电流； 流经变压器中性点电流按1000A计算；地网内接地短路时架空地线的分流系数（取0.5）考虑到510年内电网的发展流经接地网的入地电流I按3000A取值，则改造后的接地电阻应为：2、地面跨步电压=284.5v（式中t接地短路电流持续时间，2s，s地面土壤电阻率，取326m；3、设备接触电压（t同上式）；4、设备接地引下线及地网主干线满足3KA接地短路电流的热稳定要求。5、接地装置的设计使用寿命为50年。四、 现场勘探、测量测量日期:2004-11-9 ，土壤较干;测量方法:等距四极法,使用仪器JDX-3型接地电阻测试仪测点1、 110kv变电站大门右空地距变电站侧约200m处空地a=5m, R=8，1=2Ra=2;=1=1.3251=327m； 测点1测点2测点3110kv涌山变电站土壤电阻率测量位置图 变电站大门,测点2、站大门左侧距路约60m处，a=5m, R=6.7,1=2Ra=2;=1=1.3219=284.7m；测点2、测点2向东约50m处,a=5m, R=7.581=2Ra=27.585=238m；=1=1.3238=309.4m；五、现场地形、地势分析该站的土壤电阻率无论是水平方向还是垂直方向都是不均匀分布。在水平方向上,有的地方土壤电阻率高,如站前大门道边=1=1.3251=327m；;而有的地方土壤电阻率较低,如站右道北50m处土壤电阻率大都在280-300.m,以内,可以用来做外延接地;但从垂直方向上的土壤电阻率分布来看上层土壤电阻率较低,在300.m左、右;而深层土壤的电阻率较高在1000.m左、右。这是因为上层有土壤,土壤内所含无机盐类丰富,金属导电离子浓度高,而下层为死土层结构含无机盐少,金属导电离子浓度低所至。所以在接地改造时可以选择土壤电阻率低的地方来做外延接地。六、降低接地电阻的措施分析根据该站的实际情况，参照DL/T6211997交流电气装置的接地之6.1.3条的规定:“在高土壤电阻率地区,可采取下列降低接地电阻的措施:a) 当在发电厂、变电2000m以内有较低电阻率的土壤时,可敷设引外接地极;b) 当地下较深处的土壤电阻率较低时,可以采用井式或深钻式接地极;c) 填充电阻率较低的物质或降阻剂;d) 敷设水下接地网。”关于土壤电阻率值、土壤电阻率值是接地设计和计算的重要参数，在接地装置设计之前应认真进行勘测，因大多数情况下土壤都是不均匀土壤，即土壤的电阻率沿水平和垂直方向不均匀分布，这时就需要在水平方向上多测一些点以测出沿水平方向上的不同分布。同时还要测出不同深度的土壤电阻率，如采用“四极测量法”，可改变不同的测试距离，即可算出不同深度的土壤电阻率，因为测试结果基本上保持着0.75深层土壤电阻率的关系。对于新建发电厂和变电所可在发电厂、变电所接地装置布置地点进行测量；对于老站改造，可在旁边类似的土质地方测试，如在原地网上面测试,结果测试值严重偏小,因为如在接地装置上方测量，则因下方有接地体的影响而使结果偏小,会使接地设计产生很大的偏差。这次测量我们在站四周找地土质与变电站一致的地方测出了上层土壤电阻率(a=5m)，下层土壤电阻率(a=10m),计算出了变电站所处位置的土壤电阻率300.m;而深层土壤电阻率=1000.m,从而推断出了该地土质在垂直方向上土壤电阻率是越往深处越高。另外,还在站右道傍和站后空测了上层及深层的土壤电阻率,为设计提供了可靠的依据。关于降低工频接地电阻的措施，DL/T6211997交流电气装置的接地对高土壤电阻率地区降低接地电阻的措施做了相当明确的规定，但在实际接地工程中却仍有一些不科学的做法，特别是一些电力部门不愿意与周围的农民发生关系，一味追求在发电厂、变电所围墙内采取降阻措施。如一味推行深井降阻法，也不管地下较深处有无土壤电阻率低的地质结构，结果投入了大量的资金却收不到好的降阻效果。如浙江某电业局在做110KV变电所的接地时，打了4口50m深的井式接地极，由于地下30m以下为岩石土壤电阻率，远远高于表层土壤的土壤电阻率，结果降阻效果非常有限。还有广东某单位在做一110KV变电所接地降阻改造时，在变电所内打深井式接地极，在变电所外做外延接地，结果深井式接地极的效果全被外延地网所屏蔽。还有在输电线路杆塔接地上一些部门也采用深井式接地极，虽能把工频接地电阻降下一些，但杆塔接地主要目的是防雷，应以有效降低冲击接地电阻为主。雷电流是高频电流，有很强的趋肤性，一般沿地表散流，深层土壤散流作用很差，所以深井式接地极对以防雷为主的杆塔接地效果不大。所以对降低接地装置接地电阻的措施，一定要根据具体的情况，具体分析，经认真的技术经济分析后采用科学合理的方法进行降阻。如我们近年来在温洲百丈祭一、二级水电厂进行的接地改造工程,现场的土壤电阻率高达1300.m,接地装置的工频接地电阻达8和10,通过对现场的情况进行认真的分析研究和计算,经过多个降阻方案的对比和技术经济分析,最后采用外延加降阻剂法和水下地网法把接地电阻分别降到了1左、右,改造获得了圆满的成功。高土壤电阻率地区降低接地电阻的措施有四项,但这四项降阻措施的应用是要根据现场条件而定的。在这四项措施中规程首推的措施是在2000m以内有较低电阻率的土壤时,可敷设引外接地极。就该站而论要有效的降低接地电阻难度较大,因为该站位于城区,周围可用来做外延接地的地方难找,而深层土壤的土壤电阻率又较高,在1000.m,原来做过深井式接地,证明设有效果,所以不宜采用;但经现场测试和技术经济分析在站大门侧的道边和位宅小区楼区加外延接地,并严格控制高电位外引和地面跨步电压则是可行的和安全的。 井式或深钻式接地极降阻法的前提是:当地下较深处的土壤电阻率较低时，但从测试数据看:上层土壤电阻率为300.m;下层土壤电阻率为: 1000.m;不符合深井式接地极的地质条件，此时若采用深井接地极降阻,收效是很微小的,技术上是不可行的,且在经济上也是不合算的，因为在这种地质结构的情况下,打1m深的深井式接地极的降阻效果远小于1m长的水平接地极的降阻效果,而打1m深的深井式接地极的费用则是1m长的水平接地极的10倍以上,所以在该站用深井式接地法降阻在技术上是不可行的,在经济上是不合算的。采用降阻剂进行降阻，关于降阻剂的降阻效果是不可置疑的，因为降阻剂已在实际的接地工程中得到大量的，长期的应用，并被写进国家标准和相关行业标准,如DL/T6211997交流电气装置的接地，所推荐的降阻措施中就有：“填充电阻率较低的物质或降阻剂”。但是降阻剂在实际的工程应用中确实存在有一系列的问题，比如降阻剂的腐蚀性问题，降阻效果问题，降阻稳定性问题，以及对地下水资源的污染问题。这主要是前一个时期降阻剂市场混乱，缺乏监督，一些厂家片面追求短期的降阻效果而忽略了降阻稳定性，长效性和对钢接地体的腐蚀，有的还对环境构成了污染，降阻效果也随着时间的推移迅速下降，接地电阻反弹，接地体受到严重的腐蚀，形成了很大的负面影响，造成一些用户对降阻剂产生了抵触情绪，有些单位甚至下文规定不准使用降阻剂。这里大多是由降阻剂的产品质量引起的，但也有一些是由于使用方法不当造成的。另外，也有一些降阻剂的降阻效果和防腐效果都很好，且性能稳定，寿命长，长期以来在接地工程中得到成功的应用。1 降阻剂在使用中存在的问题分析目前对降阻剂在工程应用中反应最为强烈的有以下几方面的问题：(1) 对接地体的腐蚀问题，这是电力系统中反映最为强烈的问题。一些品牌的无机降阻剂和火山灰降阻剂，以及一些矿渣降阻剂对钢接地体具有强烈的腐蚀性。这些降阻剂虽然在刚施加后的短期内起到了一走的降阻作用，但却对钢接地体造成严重的腐蚀，降阻效果随着时间的推移会迅速下降。如我们在珠海洪湾燃油发电厂就曾见到，由于施加了腐蚀严重的降阻剂，接地网所用的404的扁钢已基本全部腐蚀烂掉，另外降阻剂还对埋设在地下的消防水管系统造成了严重的腐蚀，消防水管多处被腐蚀穿孔不能使用，该厂只好在地面上另外铺设消防水管。另外，我们在广东韶关乳源的洛阳变，仁化的长江变都发现了降阻剂的腐蚀使钢接地体断裂的现象。(2) 降阻稳定性问题，这也是用户的反应较为强烈的问题，特别是一些化学降阻剂，流质降阻剂，厂家追求短期的降阻效果，在降阻剂中加入了大量的无机盐类，虽然能在短期内有效降低接地装置的接地电阻，但降阻效果是不稳定的，因为在这类降阻剂所含的无机盐会随着雨水迅速流失而使降阻剂失去降阻效果，使接地装置的接地电阻迅速反弹回升。如我们在广东韶关地区遇到的110KV大桥变，洛阳变和长江变电所接地工程原来使用的降阻剂已为灰褐色的残渣，经测试其导电性能已非常差。尤其是110KV大桥变和洛阳变两接地工程，因我们接手时该工程已进行了近七个月，经检查发现在这项工程中所使用的降阻剂，工程还没完结，降阻剂已经失效。(3) 降阻效果问题，降阻剂的降阻效果是降阻剂厂家和用户共同追求的目标，一些降阻剂厂家宣扬他们的降阻剂能把接地装置的接地电阻降到多少、多少，这是不负责任的。对中小型接地装置降阻剂的降阻效果是不可置疑的；对大型接地装置，降阻剂的降阻效果要通过一定的设计和施工工艺体现出来。因为大型接地装置施加降阻剂同样存在着相互屏蔽的问题，如何有效的减少屏蔽，发挥最大的降阻效果是设计者的事，不是仅靠某种牌号的降阻剂所能办得到的。另外，降阻剂的降阻效果还与施工工艺有关，只有通过正确的施工才能把降阻剂的降阻效果体现出来。(4) 施工工艺问题，就是各项指标都合格的降阻剂还要通过合理的施工和正确的施工工艺才行，如不能正确施工同样会对接地体产生腐蚀，或不能发挥应有的降阻效果。比如降阻剂的均匀施加问题，埋深问题，回填土问题，如果有一个环节发生问题，就会影响降阻剂的降阻效果或对接地体造成腐蚀。如河南省南阳市电业局在线路杜塔接地中的降阻剂的使用中发现：按要求均匀施加降阻剂，接地体被均匀包裹在降阻剂中间的就没发生腐蚀；而降阻剂施加不均匀，中间有脱节现象的就会发生锈蚀。另外对降阻剂的埋深，上面的回填土不合要求时也会发生不良后果或对接地体造成腐蚀，如信阳局的110KV信宝线有一基杆塔在龟山顶，采用GPF-94高效膨润土降阻剂处理杆塔接地时，由于降阻剂的埋深不够，仅20cm深，又用碎石回填，结果造成了降阻剂失效和对钢接地体造成了腐蚀。(5) 降阻剂对环境的污染问题，降阻剂由于直接埋在地下，降阻剂中如含有重金属等有毒物质就会对地下水资源造成污染，尤其是一些变电所直接取井水作生活用水的就特别重要。关于降阻剂的毒性和污染问题正是一些厂家和用户都容易忽略的问题，因为我们现在已经进入了一个人人讲环保的时代，是不允许在任何一方面对我们的环境和资源造成污染的。2、降阻剂的选择与使用 降阻剂的选择，在选择使用降阻剂时应注意如下指标：（1）降阻剂的电阻率，要想获得理想的降阻效果，首先降阻剂本身的电阻率值要小。新的接地降阻剂暂行技术条件修订稿4把降阻剂的标称电阻率由n5,更改为n2.5,就是考虑了降阻剂要想达到理想的降阻效果其自身的标称电阻率一定不能过大,只有这样才满足接地工程的降阻需要。用户在选择降阻剂时首先要考虑的就是降阻剂自身的标称电阻率,一般情况下,降阻剂自身的标称电阻率越小越好。（2）降阻剂对钢接地体的腐蚀率，降阻剂对钢接地体的腐蚀率要低，一些降阻剂对钢接地体有腐蚀作用，但也有一些降阻剂对钢接地体有防腐保护作用。降阻剂是否具有防腐作用，一般要看其对钢接地体的平均年腐蚀率是否低于当地土壤对钢接地体的腐蚀率，一般土壤对钢接地体的平均年腐蚀率为：扁钢为0.050.2mm/a；圆钢为0.070.3mm/a。如果降阻剂对钢接地体的腐蚀率低于当地土壤对钢接地体的腐蚀率就认为降阻剂对钢接地体具有防腐作用;否则就认为具有腐蚀作用。降阻剂暂行技术条件规定了降阻剂对钢接地体的表面平均年腐蚀率0.03mm/a,在此范围内降阻剂对钢接地体的平均年腐蚀率则越小越好。同时降阻剂暂行技术条件还规定了降阻剂的酸碱度应在PH=8-12的要求也是出于对钢接地体防腐的考虑（3）降阻剂的稳定性和长效性，我们希望接地装置的接地电阻一直稳定在某个值以下，不希望其经常变化，而某些降阻剂的降阻效果会随土壤干湿度的变化而变化，特别是一些无机降阻剂，离子类降阻剂，一旦缺水就会析出颗粒状的晶体，失去导电特性，还有一些靠非电解质导电粉末的降阻剂，或固体降阻剂，导电水泥等，其降阻效果受土壤干湿度的影响也较大。另外，有些降阻剂虽然具有较强的渗透性、护散性，在短期内降阻效果好，但容易随水分而流失，随着时间的推移逐渐失去其降阻效果，甚至失效，使接地电阻回升，这是我们特别应该注意的。为此文4规定了降阻剂应通过失水、冷热循环、水浸泡试验组成的稳定性试验。试验结束后降阻剂的电阻率平均值不应大于5,固体降阻剂应无裂缝发生。（4）对环境有无污染，选择降阻剂时一定要选无污染，无毒性，使用安全的降阻剂，对降阻剂要看其组分，要查有无环保部门的检测报告。降阻剂暂行技术条件规定了降阻剂应通过放射性核素限量检测.（5）使用是否方便，价格是否便宜，降阻剂的使用，特别是在山区送电线路杆塔接地使用时，应便于操作，方法简单，最后才是价格问题，要做综合的技术经济分析，即要满足性能上的要求，又要价格合理，经济。3、 降阻剂的使用（1）小型接地装置，降阻剂用在小型接地装置的降阻效果是非常有效的，如35KV及以下的变电所接地，送电线路杆塔接地，避雷针接地和微波信站的接地，使用降阻剂进行降阻是非常有效的，选用合适的降阻剂后，应严把施工工艺关，把降阻剂均匀施加在接地体周围，是降低这类接地装置接地电阻行之有效的办法，已被大量的工程实践所证明。关键是要选好降阻剂，并接要求施工。（2）大中型接地装置，大、中型接地装置由于其相互屏蔽作用，在接地网内部施加降阻剂效果并不明显，这时要结合合理的设计和施工来体现降阻剂的降阻效果，把降阻剂用在接地网四周，外延接地，及深井式接地。对发电厂、变电站网状接地体可采用不等量施加降阻剂法.即在地网四周和内部每隔一定的网格加大施加剂量.这样主要是减少屏蔽、充分发挥降阻剂的降阻效果。如我们就曾用GPF-94高效膨润土降阻剂结合外延法处理了110KV七里岗变电所，宝石桥变电所，广东的110KV洛阳变电所，来龙变电所，仁化变电所和浙江温州百丈祭、龙泉.庆元等多座大中型接地网的降阻防腐问题，都获得了成功，且降阻效果稳定。 关于水下地网,因该站周围没有大面积的水源,因有几个小池塘但是面积太小,故不宜采用水下地网进行降阻。通过以上的分析,结合该站的实际,我们认为该站最合理的降阻措施是外延接地加降阻剂法相结合的降阻法。七、对几种降阻方案的比较与评价关于110kv西苑变电站接地的改造方案,结合该站的地质、地势及要求,从技术可行性、经济合理性对目前主要采用方案进行一次系统的分析与评价。1、 深井降阻法 该方法是在变电站的四周打若干口深井与平面地网形成一个综合的立体地网来降低接地装置的工频接地电阻。 从该站的地形、地势看,该方法是不可行不经济的,因为土壤电阻率的分布是上层土壤的土壤电阻率低、导电性能好,而下层土壤的土壤电阻率高,这是因为:上层土壤的电阻率在300,而下层土壤基本上是岩石,而岩石的电阻率高,导电性能差所致。而DL/T6211997交流电气装置的接地之6.1.3条的规定b)当地下较深处的土壤电阻率较低时,可以采用井式或深钻式接地极;这也就是说符合采用深井式接地极的地质条件是地下较深处有低电阻率土壤存在的地值结构,比如地下有金属矿,或北方上层土壤由于干燥而导电性能差;而下层由于含有丰富的地下水而土壤的电阻率较低。而从该站来看:不具备采用深井式接地极的地质结构,因大地导电是靠离子导电,首先土壤中要含可以离解金属离子的各种无机盐类;然后才是有水,因为无机盐类只有在有水的情况下才能离解为导电的金属离子。在该站的深层土壤中虽然有地下水,但岩石中缺乏能离解金属离子的无机盐,仍然不能改善其降阻效果。此时若采用深井接地极进行降阻,其收效是非常差的,在经济上也是不合算的。该站原来采用深井法降阻失败正是这方面的原因造成的。2、 电解地极法(或称离子法) 该方法实际上就是在地下打入若干孔,类似与井式接地极,只是电极是由若干节带排泄孔的铜管,管内填充的晶体实际上就是无机盐类，其降阻原理实质是就是靠无机盐类的析出、溶解、电离成可以导电的金属离子,向土壤中的渗透以增加土壤中金属导电离子的浓度而改善土壤的导电性能。说穿了就是无机化学降阻剂。只是为了防止腐蚀,利用耐腐蚀的铜管做载体。而这些无机盐类如与钢接地体接触仍然会对钢接地体造成腐蚀，不然也不会采用铜管来做载体。但无机盐类从铜管内析出、溶解、渗透到周围土壤中与变电站的钢接地体接触后会对原地网的钢接地体造成腐蚀。为防止无机盐类容易随雨水的流失而流失需向铜管内补充无机盐,但这也就增加了运行维护费用。这种降阻方法无疑于向接地体周围的土壤内施加无机盐、或者相当于使用需不断补充的化学降阻剂。由于该方法使用的无机盐的析出、溶解、电离以及不断向土壤的渗透作用,硧实能在短时间内改善土壤的电阻率,起到一定的降阻作用。该方法在国内也有一定的使用,但从使用效果上来看:在中小型接地装置上降阻效果较为明显;而对大型地网基本上不起什么作用,或者作用甚微,且降阻稳定性较差，对原有的钢接地体具有一定的腐蚀作用。该方法实质上是化学降阻剂的改头换面，具有化学降阻剂的一些负面作用。再者,该方法需要经常性的向铜管或容器内补充无机盐,运行维护费用高。如缺乏维护,则接地电阻迅速反弹,寿命短。从该方案的资料介绍这种方法的保质期为何定在3年也就不难理解了。该方法曾在浙江、云南得到过使用但都没有取得明显的降阻效果。3、 外引接地加降阻剂法 关于外延接地,前面己做了充分的论述,无疑是合理、可行的,只是在实施时要充分注意:1)在外延接地极的设计时应尽量的减少接地极之间的互相屏蔽作用,使之发挥最大的降阻效果;2)在行人出入区做外延接地时,其跨步电压要符合 的规定,严防高电位外引和跨步电压伤人;(注:此时的土壤电阻率为地面的土壤电阻率300.)。3)外延接地体的埋深应足够，严防外力破坏。4)采用外延接地后,其接地电阻一定要合格，只有这样才能保证在接地短路发生时,地电位升高不会超过2000v。由于该站的平均土壤电阻率为300.，地网接地电阻实测值为0.96,要把接地网的接地电阻从0.96降到0.67,这个降阻幅度的要求是相当大的,因为接地电阻越是到较小的值再往下降越困难,如单纯用一种降阻措施要把接地网的接地电阻降到目标值是困难的。因而,必须与其他的降阻措施结合起来联合进行降阻,经分析,最好的降阻方法就是外延接地配合施加降阻剂的方法进行降阻。关于降阻剂的选择可选降阻性能好,性能稳定、防腐性好的膨润土类降阻剂进行降阻。通过合理的设讨、准确的计算可把接地电阻值降到0.67以内。并保证接地网的使用寿命与地面设备相一致。且保证接地网的各参数的相对稳定，不随气侯及土壤干湿度的变化而变化。八、设计思想与接地计算1、降低工频接地电阻的措施。 根据该站实际情况和相关规程要求可在站南、站后的空地沿围墙四周和沿站前的道路和住宅小区做外延接地,对外延接地体施加GPF-94c高效膨润土降阻防腐剂进行处理,此次改造主要是降阻,在降低工频接地电阻的措施中只有扩网和降阻剂法可以采用,所以我们定采用扩网加降阻剂法进行降阻,即采用扩网外加GPF94c降阻剂法进行降阻处理.GPF-9高效膨润土降阻防腐剂是以优质的钙基膨润土为基料，加入一定比例的添加剂，用科学的方法研制而成。该降阻剂经在全国许多地方10多年的应用证明：其降阻效果和防腐效果非常明显，该降阻剂具有如下特点：GPF-94高效膨润土降阻防腐剂的降阻机理主要有以下几种：（1）、接地体施加降阻剂后，由于该降阻剂具有较大的吸水膨胀性能，膨胀倍数3-5倍，相当于增大了接地体的有效截面，增大了散流面积；（2）、由于吸水膨胀作用消除了接地体与周围土壤的接触电阻。（3）、由于该降阻剂具有较强的吸水性和保水性，从而有效地降低了接地体的电阻，因为大地导由主要是离子导电，而土壤中含有的无机盐类只有在有水的情况下才能离解为导电的金属离子，这也是土壤电阻率为什么会随土壤干湿度变化而变化的主要原因。GPF-94具有较高的吸水性和保水性较好的发挥了其降阻效果的稳定性和良好的降阻效果。（4）、由降阻剂的渗透与扩散改善了周围土壤的电阻率从而大大提高了降阻效果。但GPF-94高效膨润土降阻剂由于其胶质价高粘度大，所以渗透和扩散的速度慢，一般要经过6-10个月才能达到最佳降阻效果，实际应用表明：接地体在施加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂后，在前5年时间内接地体的接地电阻一直是下降趋势，5年以后进入电阻稳定期。其降阻效果可以达到50年以上。GPF-94高效膨润土降阻防腐剂的防腐机理。GPF-94高效膨润土降阻剂一个最重要的特点就是具有较好的防腐性能，这从试验结果及工程应用中得到了很好的证实。特别是原鸡公山微波站接地网锈蚀一直是难以解决的问题，而用膨润土降阻剂处理后，接地网的腐蚀问题获得了根本性的解决。16年来接地网几乎没什么腐蚀，而没加降阻剂的同一地点的接地体腐蚀严重。在目前运行中接地网存在的一些问题，大多是腐蚀造成的，所以接地网的防腐问题也是老地网改造、新地网施工中急需解决的技术问题。在我国目前的接地网中，接地体主要以碳钢为主，所以在这里主要讨论碳钢的防腐问题。根据金属腐蚀的特点，腐蚀又分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种：（1）化学腐蚀：即单纯由化学作用而引起的腐蚀，如金属和一些有害气体（O2、H2S、SO2、CL2等）接触时，在金属表面上生成相应的化合物（如氧化物、硫化物、氯化物等）。温度对化学腐蚀的影响很大，钢材在低温下的腐蚀并不严重，但在高温下就容易氧化，生成一层氧化物，同时还会发生脱碳现象，例如：Fe3C+O2=3Fe+CO2Fe3C+CO2=3Fe+2CO化学腐蚀有两个必要条件，就是：金属与有害气体接触和有较高的温度，而高效膨润土降阻剂，由于其结构的致密性，内部不可能有空气和其他有害气体，从而避免了钢铁的化学腐蚀。再加上高效膨润土降阻剂内的防腐物质能够在钢铁表面生成一层钝化膜更保护了钢接地体免遭化学腐蚀。（2）电化学腐蚀：即当金属和电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀。它和化学腐蚀不同，是由于形成了原电池而引起的。在腐蚀过程中，负极上进行氧化反应，负极常叫阳极；正极进行还原反应，正极常叫阴极。在酸性介质环境中，溶液的H+浓度较大，而钢铁一般都含有杂质，形成的原电池为阳极（负极），杂质为阴极（正极），由于铁和杂质紧密地接触，电化学腐蚀作用得以不断地进行，Fe2+进入水膜，同时，多余的电子移向杂质，H+在杂质上和电子结合而变成氢气析出，Fe2+和OH-结合生成Fe(OH)2，即铁锈。阳极（铁）： Fe=Fe2+2e阴极（杂质）： 2H+2e=H2总反应式： Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2然后，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化化Fe(OH)3：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3如果溶液的酸性很弱或中性溶液，则在阳极也是铁被氧化成Fe2+，在阴极主要是溶解于水膜中的氧获得电子：阳极（铁）： 2Fe=2Fe2+4e阴极（杂质）： O2+2H2O+4e=4OH-总反应式： 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2然后，Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3并部分脱水为铁锈。所以不仅H+能引起金属腐蚀，含有氧时也能引起金属腐蚀，析氢腐蚀与溶液H+浓度有关，吸氧腐蚀和溶液中氧气的浓度有关，H+浓度越大，含氧量越高，金属的腐蚀就越快。高效膨润土降阻剂的防腐主要是：a、H+的浓度小，偏碱性，PH值为10左右，使析氢腐蚀无法存在；b、结构致密，降阻剂中含氧量极小，使钢铁基本上不和氧接触，防止了吸氧腐蚀；c、加入了无机缓蚀；d、降阻剂中含有大量的钙、镁、铝、钠的金属氧化物，它们的金属离子都比铁的“标准电极电位”低，起到了一定的“阴极保护”作用；e、铁的氧化物Fe(OH)3属于碱性氢氧化物，仅能与酸反应，因此，铁埋在具有弱碱性的降阻剂中受到了保护。（3）电火花腐蚀，即接地体在工频大电流或冲击大电流的作用下，由于接地体与周围土壤接触不良，会形成局部火花区，由电火花在接地体上烧出麻点，或局部烧熔，形成以后的迅速腐蚀区，造成电火花腐蚀，在运行多年的地网中发现由电火花造成的腐蚀较多，而使用高效膨润土降阻剂后，一方面不容易产生电火花，另一方面即使产生电火花，也是产生在降阻剂与土壤之间，而使接地体免遭电火花腐蚀，这也是高效膨润土降阻剂防腐的一个重要特性。稳定性和长效性对于降阻剂来说，除了降阻效果和防腐效果以外，另一个主要指标就是其稳定性和长效性。因为从降阻剂的使用情况来看，有些化学降阻剂由于其渗透扩散的快，短期内就能达到很好的降阻效果，但正由于其扩散，渗透的快，很容易随水土流失而流失，有些还会加大接地体的腐蚀，使接地电阻在以后迅速上升这正是使用者所担心的，不希望出现的后果。GPF-94高效膨润土降阻剂的一个最大特点就是其稳定性和长效性，这是其它化学降阻剂所无法比拟的，主要表现在以下四个方面：（1）性能稳定 降阻剂的各种特性不会因为时间的流逝而改变，在大的工频短路电流和雷电流冲击后其特性不变，化学性能和物理性能稳定。（2）吸水性和保水性强 受气候的影响小，从降阻稳定性试验可看出，使用高效膨润土降阻剂的接地体接地电阻随时间的延伸稳定下降，基本不受气候的影响，而不加降阻剂的接地体接地电阻则受气候的影响较大，这是因为高效膨润土降阻剂，具有较强的吸水性和保水性，一直呈粘稠的胶体状，而大地导电主要是靠离子导电，离子又必须在有水份的介质中才能离解并存在。（3）不易随水流失 高效膨润土降阻剂，由于粘性大，胶质价高、结构致密，除了具有一定的渗性外，降阻剂本身不会随雨水流失。京广微波通讯的鸡公山微波站，在1988年前的三次用化学降阻剂处理都没有获得成功，很重要的一个原因，就是降阻剂随水土流失而流失的问题。1988年用膨润土降阻剂处理以后至今16年来接地电阻随时间的推移而逐渐下降的原因就是一个很好的证明。（4）对接地体基本无腐蚀 接地网的腐蚀问题决定了接地网的使用寿命，高效膨润土降阻剂对接地网的腐蚀远低于原土中的腐蚀，腐蚀率为0.003mm/年，最近湖南省电力试验所对GPF94b型高效膨润土降阻剂做腐蚀试验,结果降阻剂对钢的腐蚀率为4.910-4mm/a,所以，如用404扁钢作接地体，高效膨润土降阻剂在理论上寿命可达到100年以上。2、 外延接地工频接地电阻计算沿站向公路右例做外延接地,接地的形状如下图所示:r外延接地110kv涌山站 大门 公路110kv涌山变电站外延接地示意图S=100100=10000m2;L=1004+1004=800m;L0=2100+2100=400m=100h=1m; d=0.014m;=320B=0.956Re=0.213=1.75;=3ln=0.99;Rn=.Re=0.991.75=1.732;接地体施加GPF-94c高效膨润土降阻防腐剂后,接地电阻为:Rg2=Rg1kfKp式中Rg1-未施加降阻剂时的工频接地电阻, ；Rg2施加降阻剂以后，接地装置的接地电阻，；Kf降阻剂的降阻系数，其值与施加降阻剂的截面尺寸有关;Kf的值与断面尺寸关系表：降阻剂施加截面尺寸m20.40.30.30.30.30.20.20.20.20.150.150.15 降阻系数0.250.350.40.50.60.8每米用量(kg)604530201511kp:-大型地网的屏弊系数,对大型地网kp一般为1.21.3。取降阻剂的施加尺寸为0.30.3则Kf=0.35,Rg2=Rg1kfKp=1.7320.351.2=0.72。与原地网并联后可把接地电阻降到0.66,一年以后可稳定到0.53外延地面跨步电压计算S=100100=10000m2;L=1004+1004=800m;L0=2100+2100=400m=100h=1m; d=0.014m;=320因该站最大接地电流为3000A，在发生接地短路时流经接地装置入地的最大短路电流为3000A,接地网的地电位升高为Ug=IR=30000.4=1200V最大跨步电压为；U= KUU为最大跨步电压 K 为最大跨步系数n值按矩形地网计算n=2()()=4B=0.1=0.2a=0.350.2K0.073U= KU=0.0731200=87v;而允许跨步电压:Uk1=281v,故实际发生的跨步电压87v远小于跨步电压允许值281v，所以对行人和农民耕种是安全的 ,另外由于接地体埋在1m以下不容易受到损坏,所以接地体也是安全的。4、接地装置的使用寿命计算。该水电站所处位置的土壤对钢接地体的平均年腐蚀率为：扁钢为：0.1 0.2mm/a，圆钢为0.3 0.4mm/a，施加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂后，由于该降阻剂对钢接地体的平均年腐蚀率为0.00049mm/a，接地装置的水平接地体使用505的扁钢，垂直极使用L505的角钢，100年仅腐蚀去0.049mm的厚度，取保守值，接地装置的使用寿命可达100年。4、 接地装置热稳定校核1)、设备接地引下线的热稳定校核当设备发生接地短路时,因全部电流都要流过设备的接地引下线,所以:Idmax=300A设备接地引下线的截面积应满足S=60.06mm2,故设备的接地引下线可选用404=160 mm2的扁钢即可满足要求,但为了可靠性的要求应选用2根404的扁钢实行“双接地”,并在地下与地网的两不同点相连接。2)、地网主干线热稳定校核 因通过地网的电流是考虑了架空地线的分流和流经变压器中性点的回流后的实际通过接地网的入地电流,接2500A计则:S=50.5mm2, 故地网主干线采用404的扁钢或14的园钢（S=153 mm2）即可满足要求。5、 主要材料及工程量计算1) 使用钢材计算 外延接地使用14的园钢钢做水平接地体1000m,重1.21吨，使用5052000垂直接地极100根计200m重0.75吨。 因为普通钢材和镀锌钢材施加GPF-94c高效膨润土降阻防腐剂后的防腐效果是相同的,故使用普通扁钢即可,不需使用镀锌钢材。2)降阻剂用量计算在外延地带使用14的园钢做水平接地体1000m,施加降阻剂的断面尺寸为0.30.3m2,则每米用量为45kg,共用降阻剂45吨。3)、工程量计算需施工水平接地体1000m，垂直接地极100根200m，需开挖土方450m3。九、施工方案1、对变电站内的接地网要严格按设计图纸放线、定位、开挖水平接地沟槽，加垂直接地极。2、对引外接地极，按设计图纸进行放线、定位、如图纸与实际情况有出入，以实际情况为主，但总水平外延的长度及所包围的面积不得少于图纸标定，且深度一定要达1m以下。3、水平接地沟槽开挖好后，要进行尺寸验收，合格后，铺入水平接地体，打入垂直接地极，然后进行可靠的焊接。4、焊口的长度应达到扁钢宽度的3倍，不得有虚焊、假焊现象。对焊口要刷防腐漆处理。5、待接地体焊接完毕后，按要求加入GPF-94高效膨润土降阻防腐剂，并加水浸透。6、回填土要用细土回填，并分层夯实，不得用碎石和建筑垃圾回填。7、对设备的接地引下线，要从地下与水平接地体连接处刷沥青漆，或防锈漆处理。对地面部分除了刷防锈漆外还要刷15mm宽的黄绿相间的接地线标志。8、为防止电位不同引起的电化学腐蚀在施加降阻剂和不施加降阻剂的联接处，要刷沥青漆或防腐漆进行过渡处理。9、新老地网相遇处，要将新、旧接地体可靠地焊接在一起。十、工程质量监控及验收因接地工程属于隐蔽性工程，对整个工程要实行全过程的技术监督，严格检查每道工序，特别是水平接地体的埋设深度，降阻剂的施加尺寸均匀程度和焊接头等，并要进行中间验收和终结验收。1、中间验收，主要是对施工过程进行监督，包括从原材料的使用，到施工工艺等，主要按GB50169-92电气装置工程接地装置施工及验收规范进行。2、终结验收，主要是依据DL475-92接地装置工频特性参数的测量导则和GB50150-91电气装置安装工程电气设备交接试验标准进行全面试验。考虑到降阻剂与土壤的亲合要有一个过程，所以试验应在工程完工2个月以后进行为宜。十一、安全措施1、施工时应由熟悉设备的人员进行安全监督，对整个工程实行全过程的安全管理。2、施工前要对所有参与施工的人员进行安全教育。3、在变电站施工时，要严格遵守“工作票制度”和变电所部分的安全规程规定。4、变电站的高、低压电缆的地方要事前做好标记，施工时要加强监督，严防损坏高、低压电缆。5、在变电站施工前，要由运行和安全监察人向施工人员交待带电部位，安全距离和注意事项。6、在变电站施工时，材料、工具严禁高举，对扁钢、角钢应放倒由两人平抬。7、任何施工人员不得触动站内的设备。8、施工要有组织、有纪律，做到有序施工，开工、收工要统一进行，任何人不得随意进入变电站施工。9、施工人员的着装应符合要求。10、所有施工人员必须听从质监人员的监督管理十二、环境保护及文明施工1、 施工时要尽量减少对环境的污染,特别是在降阻剂施工时要尽量减少扬尘;2、 施工时要边施工,边清理,即开挖一部分,回填平整一部分要尽量考虑到便于运行人员巡视设备和检修人员进行检修。3、 要尽量减少对树木花草的破坏,如确需破坏要及时修复,要最大可靠的保护环境美观。4、 严禁酒后施工;5、 严禁在现场吵闹和一切不文明的行为;6、 施工材料、工器具要管理有序、严禁乱扔乱放;7、 施工人员要遵法守纪严禁从事一切违污、违纪行为;8、 对施工所破坏的道路要及时修复;9、 施工后要尽快恢复原状,以便变电所进行正常的生产。十三、施工记录和图纸资料1、 施工要按图纸和施工方案进行;2、 对关键的施工工序和工艺要做好记录,拍照和由甲方人员共同进行中间验收;3、 对原材料要提供验收报告和出厂合格证;4、 完工时要做好竣工图。华中科技大学电气与电子学院武汉华理电力设备有限公司陈俊武 李景禄 黎琼琼2004-11-13附录 设计者防雷接地工程业绩 1、1988年河南信阳鸡公山微波通信站接地改造设计、施工，采用膨润土降阻剂30T，接地电阻从17，降到2.6，并成功地解决了接地体的腐蚀难题； 2、1991年，河南明港电厂接地网改造、设计、施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从6.9，降到0.3 ； 3、河南商城110KV变电所的接地改造，1992年设计、施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从2.6，降到0.45 ； 4、1991年信阳明港110KV变电所接地网改造、设计并施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从0.9，降到0.3 ； 5、1992年信阳宝石桥110KV变电所（新站），=2400 m，设计并指导施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻为0.3 ； 6、1991年信阳平桥电厂接地网改造，设计并施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从0.6，降到0.28 ； 7、1991年罗山110KV变电所接地网改造，设计并施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从0.7，降到0.32 ； 8、1997年罗山城东35KV变电所（新站）设计、指导施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻为0.6 ； 9、1998年，光山向店35KV变电所（新站），=2400 m，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻为0.6 ； 10、1997年罗山五家坡35KV变电所，接地改造，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从7.2，降到2.3 ； 11、1998年河南商城35KV达权店变电所接地网改造，采用GPF-94降阻剂法，设计并指导施工，接地电阻从8,降到3.5 ; 12、2000年广东韶关乳源电业局洛阳110KV变电所接地网改造、设计并指导施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从1.4，降到0.4 ； 13、2001年广东韶关翁源来龙110KV变电所接地网改造、设计并指导施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从1.4，降到0.4 ； 14、2001年广东韶关仁化110KV长江变电所接地网改造、设计并指导施工，采用GPF-94降阻剂法，接地电阻从2.6，降到0.307 ； 15、1999