接地网阴极保护

接地网防腐工程中的阴极保护设计 来源 机电之家 机电行业电子商务平台 杨道武 李景禄 朱志平 长沙理工大学 长沙 410077 摘要 阴极保护是防止接地网腐蚀的有效措施 文章从土壤的腐蚀特性出发 讨论了牺牲 阳极 外加电流两种阴极保护方式的设计步骤 结合具体的设计实例 进行计算 讨论 关键词 接地网 腐蚀 阴极保护 阳极 Cathodic protection design for grounding net anti corrosion project in transformer substation Yang daowu Li jinglu Zhu zhiping Changsha University of Science corrosion cathodic protection anode 1 概述 接地装置是发电厂 变电站 通信站中确保工作接地 防雷接地 保护接地的必备设施 出于经济方面的考虑 接地装置一般采用镀锌碳钢 扁钢 圆钢 组成立体接地网 由于 长期处于地下恶劣的运行环境中 土壤带来化学与电化学腐蚀不可避免 同时还要承受巨 大的排流与杂散电流腐蚀 接地网的腐蚀是电网系统问题与事故的主要来源之一 1 2 因 此 确保接地网免受腐蚀是电网稳定安全运行的前提 在各种接地网防护措施中 阴极保 护是一项科学 可行的方法 尤其对于业已运行的接地网的保护 有其独特的优点 2 阴极保护原理 通过对受保护金属设施 如变电站的接地网 进行阴极极化 使之变成一个大阴极 从而 防止金属腐蚀 金属只有在阳极状态下才可能腐蚀 此即所谓的阴极保护 阴极保护可通 过两种方法实现 一是牺牲阳极法 二是外加电流法 牺牲阳极法简单易行 无须维护 它是在被保护的接地网上连接电位更负 更容易腐蚀的金属或合金 如镁及镁合金阳极 锌合金阳极 靠阳极的腐蚀溶解达到保护阴极 接地网 的目的 外加电流法是利用外加 直流电源 将被保护的金属与电源负极连接 使之变成阴极而达到防止金属腐蚀的目的 两种保护方式各有千秋 具体的选择是根据保护电流 土壤电阻率及现场的其他情况决定 的 但它们在接地网的保护中都有成功的应用 3 土壤的腐蚀特性 土壤电阻率是接地网阴极保护设计中的主要考察指标之一 它一般通过交流四极 法测得 4 土壤的氧化还原电位 一般在 300 mV 700 mV 之间 也是评定土壤腐蚀性的指 标之一 表 2 给出了土壤氧化还原电位 Eh 与土壤腐蚀性的关系 表 2 土壤氧化还原电位与土壤腐蚀性 3 Eh mV pH 7 0 对标准氢电极 腐蚀性 400 不腐蚀 氧化还原电位是反映微生物参与土壤腐蚀的一个参考指标 其值低时 嫌气微生 物活动增强 可导致接地网的微生物腐蚀 土壤的氧化还原电位通过甘汞做参比电极 铂 电极做工作电极测得 9 英国的研究表明 4 另外 土壤中的盐分 尤其是 Cl 含气量 O2 微生物类型 有机质 杂散电流等 也会对土壤的腐蚀性产生影响 4 接地网阴极保护设计要点 4 1 接地网牺牲阳极式阴极保护设计 1 接地网所在地土壤电阻率的测定 测定不同时间 气候条件下的土壤电阻率 得到电阻率的变化范围 2 根据土壤电阻率 决定选用牺牲阳极的类型 表 3 镁阳极 锌阳极电化学性能 3 3 确定接地网最小保护电流密度 mA m2 两家实施接地网阴极保护的变电站选择的保 护电流密度分别为 25 45 有关资料给出的数值为 10 100 4 40 35 接地网最小保 护电流密度应该土壤腐蚀性 土壤电阻率 氧化还原电位 确定 一般在 10 50 mA m2 4 根据接地网所用碳钢的外形尺寸 总长计算受保护的总面积 m2 按选定的保护电 流密度计算所需的阴极保护总电流 A 5 确定接地网阴极保护电位 地网的阴极电位至少为 850mV 相对 Cu CuSO4 饱和电极 或者使接地网的自然腐蚀电位负移 250 300mV 至少 100 mV 对于牺牲阳极式阴极保护 在保证达到最小保护电流密度前提下 不需考虑过保护问题 10 6 按公式计算阳极接地电阻与输出电流 3 按阴极保护设计年限 一般为 25 30 年 计算所需的阳极质量 再根据单个阳极质量计算出需布置的阳极个数 7 选择牺牲阳极填包料 确定阳极埋设方式 立式或卧式 8 确定阴极保护的测试系统 4 2 接地网外加电流式阴极保护设计 除按接地网保护总电流选择恒电位仪 辅助阳极外 其余基本与 3 1 同 由于接地网 碳钢一般无涂层 不需考虑因达到析氢电位而出现的涂层脱落问题 不过 出于经济性考 虑 一般实测保护电位应不小于 1 15V 相对 Cu CuSO4 饱和电极 为宜 5 设计实例 变电站接地网采用 50 3 5 钢管 180m 70 7 扁钢 680m 40 6 扁钢 520m 变电站所在地土壤为粘土 其电阻率为 20 35W m 阴极保护设计寿命 30 年 5 1 按牺牲阳极方式设计 1 因土壤电阻率为 20 35W m 故选用镁基阳极 2 选定接地网最小保护电流密度 25 mA m2 3 受保护的总面积为 205 m2 4 阴极保护总电流 IA 为 5 125A 考虑变化因素 IA 取值 5 5A 5 用 130 145 545 的镁合金阳极 质量为 15 2kg 埋设深度 0 8m 填料电阻率为 15W m 牺牲阳极距接地网 1 5 2 0m 处水平埋设 阳极与接地网用电缆连接 a 单只阳极接地电阻计算 3 RH r 2 L ln 2L D ln L 2t ra rln D d 式中 r ra 分别为土壤 填包料电阻率 其值为 30 15W m L 为阳极长度 其值为 0 545m D 为填包层直径 其值为 0 35m d 为阳极等效直径 d C 0 55 0 175 t 为阳极中心至地面距离 其值为 0 865m 由此计算 RH 2 87W b 单只阳极输出电流计算 忽略回路电阻 阴极过渡电阻 Ia E R 0 3 2 87 0 105A c 保护所需的阳极数量计算 N f IA Ia 2 0 5 5 0 105 104 76 105 支 阳极总质量 W 105 15 2 1596kg d 阳极工作寿命计算 T 0 85W w I 0 85 1596 7 92 5 5 31 年 6 牺牲阳极 与填包料一起 按接地网走向均匀布置 并布置电位监测装置 7 实地检测保护电位 检查保护效果 5 2 按外加电流方式设计 根据上述阴极保护总电流 IA 为 5 5A 的计算结果 选择 36V 7 5A 的恒电位仪 如果选择 YJD 流线型高硅铸铁辅助阳极 75 160 5 4kg 0 046 m2 当辅助阳极工作电 流为 25A m2 时 所需的辅助阳极数量为 N 5 5 0 046 25 4 78 5 支 辅助阳极的工作寿命 T KG gI 0 8 5 5 4 0 1 5 5 39 27 39 年 根据接地网的地理分布情况 埋设 5 支辅助阳极 与回填料一起 6 结论 1 接地网的阴极保护简单可行 对防止接地网的腐蚀 保证接地装置的安全运行意 义重大 2 对于已经投入运行的接地网 为防止其进一步腐蚀 最简单的方法就是实施阴极 保护 3 对地下钢铁设施实施阴极保护是一项成熟 安全的技术 国内许多接地网的阴极 保护技术的成功运用说明了这一点 参考文献 1 李景禄 变电站接地网存在的问题及改进措施 J 高电压技术 1995 4 70 71 2 李景禄 实用电力接地技术 M 北京 中国电力出版社 2002 187 203 3 胡士信 阴极保护工程手册 M 北京 化学工业出版社 1999 1 63 121 4 H H 尤里克 R W 瑞维亚 翁永基 译 腐蚀科学与腐蚀工程导论 M 北京 石油工业 出版社 1994 12 220 222 5 卢刚 耿风慧 丁锐等 变电站接地网的 阴极保护 防腐技术 J 供用电 2001 10 P34 36 6 许卫东 郭燕容 莱城电厂两台 300MW 机组接地网的阴极保护防腐设计 J 山东电力技 术 2001 6 48 50 7 火时中 电化学保护 M 北京 化学工业出版社 1988 20 21 8 米琪 李庆林 管道防腐蚀手册 M 北京 中国建筑工业出版社 1994 1 176 190 9 王光雍 王海江 李兴濂 自然环境的腐蚀与防护 大气 海水 土壤 M 北京 化学工 业出版社 224 307 10 朱志平 锌基牺牲阳极特性探讨 J 腐蚀与防护 1995 1 16 1 31 33 来源 机电之家 机电行业电子商务平台 特殊场所的接地设计和降阻措施研究 长沙理工大学电气与信息工程学院 长沙 410077 摘要 对城市小型化变电所 山坡挖土垫土层变电所和河边变电所和水电站等特殊地带变电所 接地装置的设计和降阻方面存在的问题和降阻的难度进行了分析研究 对垫土层地带的变 电所 提出了双层地网的设计方案 对城市小型化变电所提出了充分利用城市地下自然接地体 的观点 对河边变电所和水电站提出了设置河岸接地网或用导电水泥降阻的方案 分析了特 殊场所接地应注意的问题和处理措施 关键词 特殊地网 双层地网 接地装置 接地电阻 Research On Grounding Design And Resistance Reducing Measure In Special Sites Li Jinglu Department of electrical power and information engineering Changsha University of Science and Technology Changsha 410077 Abstract The problem of grounding device design and resistance reducing measure in special sites such as minitype transformer station in city sidehill transformer station riverain transformer station and hydroelectric plant is analyzed in this paper In terms of the sidehill transformer station a scheme of bi layer grounding network is proposed In terms of minitype transformer station in city a view of making full use of the natural grounding device is put forward In terms of riverain transformer station and hydroelectric plant a scheme of building riverain grounding network and using conductive cement to reduce resistance is also proposed The problems which should be paid attention to and the diposal measures in grounding design in special sites are also analyzed Key words special grounding network bi layer grounding network grounding device grounding resistance 0 引言 随着电力系统的发展和技术进步 紧凑型 小型化设备的大量采用 变电变电所的占地 越来越少 特别是城市变电所 这对节约土地资源是件好事 但是随之也带来一个问题 那 就是如何降低接地装置的接地电阻问题 1 因为接地电阻 R 与地网的面积的开方 成反 比 造成降阻困难 同时 如何处现避雷针的接地与主地网的相对关系问题 一些变电所是建 在推土 垫土的山坡地带 且不说由于土壤电阻高带来的降阻困难问题 由于垫土层很长时间 不能和下层土壤亲和 带来的出现夹层问题 对于山区 河边小型化变电所和水电站由于场 地的限制如何有效的降低接地电阻问题 这些问题都是新形势下出现的新问题 对这些问题 我们必须认真的进行研究和探讨 找出合理的 正确的解决办法来保证电力系统的安全 1 小型化变电所的接地设计与降阻措施 对城市小型化变电所的接地装置有两方面的予盾在设计是需要解决 一是如何有效地降 低接地装置的接地电阻问是 二是如何解决避雷针的接地与变电所主地网的距离问题 因为 对于以水平地网为主的接地装置其工频接地电阻 R 与接地网的面积的开方 成反比 2 由 于接地网的面积减小 要想降低接地装置的工频接地接地电阻非常困难 特别是在南方一些土 壤电阻率较高的城市变电所 如广东阳江市的 110kv 石湾变电所 变电所占地面积只有 66 43 2838m2 而土壤电阻率却高达 800 m 而该站的接地电阻要求值却是要达到 0 5 及以下 还有江西景德镇的 110kv 西苑变电站占地面积也只有不到 3000m2 土壤电阻率高达 700 m 而接地电阻也要求降到 0 5 及以下 这些由于接地网面积小 土壤电阻率高 而对接地电阻 要有较高要求的变电所确实给接地降阻设计带来了较大的难题 对这类接地的降阻我们通 常采用以下措施进行解决 1 1 利用变电所四周的可利用地形 比如道路两边 围墻边 房屋空隙等设置必要的外延接 地 不过此时要进行严格的跨步电压验算 保证外延地带的安全性 防止在站内设备发生接地 短路时在外延接地的地面产生危险的跨步电压对人员造成伤害 比如对广东的 110kv 阳江 变电所和江西的 110kv 西苑变电所我们就是利用路边和房屋的空隙地带设置外延接地降阻 的 1 2 利用建筑物的基础和城市供 排水管道等自然接地体降阻 在城市大都有可以利 用的大型建筑物的基础和庞大的地下供 排水管道 这是很好可以利用的自然接地体 在利 用这些自然接地体时一定要经严格计算和测量防止在变电所发生接地短路时高电位外引 措 施时接地电阻一定要降到规定的目标值 1 3 利用降阻剂和其它的降阻材料进行降阻 特别是对外延接地可施加降阻剂进行降阻 但在降阻剂的使用时一定要选择降阻性能好 无腐蚀 性能稳定的降阻剂进行降阻 比如我们 就曾使用 GPF 94 高效膨润土降阻剂结合外延接地成功地解决了许多大 中型接地装置的 降阻问题 其中就有一些小型化的城市变电所的接地 都取得了较好的降阻效果 3 另外 对一些电气设备的基础和与变电所联接的道路 或变电所的部分硬化部分的底部可以采用导 电水泥进行降阻 道路表面为了提高跨步电压允许值 可用普通水泥 或者铺沥清进行处理 1 4 关于避雷针接地与主地网的关系 对小型化变电变电所来说 随之带来一个难题 那就 是避雷针接地与变电所主地网的关系问题 文献 4 规定独立避雷针的接地装置与发电厂或 变电所接地网间的地中距离 应符合式 1 的要求 Sa 0 3Ri 1 式中 Sa 地中距离 m Ri 避雷针的冲击接地电阻 对小型化变电所由于占地少 要把避雷针的接地与变电所地网保持 1 式的距离 一般都 做不到 此时应把独立避雷针作构架避雷针看待 把独立避雷针的接地与变电所主地网可靠 的连接地一起 并在避雷针处用垂直式水平接地体加强其集中接地 并要有地网电位均衡 的措施 防止避雷针引雷时 造成危险的局部电位升高或反击 2 由垫土引起的双层土壤的变电所的接地设计和降阻措施 有许多变电所建在山坡 地基一般是由半边推山 半边回填组成 还有一些变电所地基全 部由回填层土垫成 这些变电所的地基由于下半部为原土层 上半部为回填土组成的双层土 壤 在结合部往往很长时间难以亲和 长时间形成两张皮 影响接地电流向大地散流 造成接 地电阻偏高 有些因夹层接地不良还造成了在接地短路发生时产生局部电位升高 产生严重 的地电位于扰 5 特别是有些还影响了防雷设备的动作 影响了防雷保护效果 还有的因 回填层的土质不合格带来一些严重的接地问题 如浙江丽水电业局的 110kv 庆元变电站 在 回填土使用大块片石回填 造成了接地体多处悬空 和腐蚀 同时还加速了接地体的腐蚀 使 接地电阻长期偏高 且不稳定 因此 对这类接地要认真的进行研究 找出切实可行的措施解 决这种类型的接地问题 2 1 设置双层地网解决双层土壤的亲和问题 对由垫土层引起的双层土壤的亲和问题最有 效的办法就是构筑双层地网 即在垫土前先在原土层铺设一底层地网 底层地网在设计时主要 考虑降阻要求 或采取必要的降阻措施 如使用降阻剂降阻等 然后 从若干点设置接地引线 引上 再垫回填垫土层 但回填土切不可用乱石 砂子或建筑垃圾或腐蚀性强的土壤回填 应 用细土或电阻率低的粘土回填 并分层夯实不要有气隙存在 回填垫土层以后再设置上层 地网 上层地网应以考虑地网均压和有利于设备接地为主 对地表可回填土壤电阻率较高的 垫土层以增加跨步电压的允许值 因为跨步电压和设备接触电压的允许值 Uk 2 Uj 3 式中 Uk 地地面跨步电压允许值 v Uj 设备接触电压允许值 v s 地表土壤电阻率 m t 接地短路电流持续时间 s 2 2 解决双层地网的降阻问题 仍需要对变电所及周围的土壤电阻率在水平 及垂直两个方 向上的分布测试清楚 找出合适的降阻方法 比如在距变电所 2000m 范围以内有较低电阻率 的地方时 可采用外延接地降阻法 当地下深层有较低电阻率土壤的地质结构时 可采用深井 式接地降阻法 同时可对外延或深井式接地极施加降阻剂进行降阻 但对降阻剂要进行认真 的选择 选择降阻性能好 性能稳定 且具有防腐功能的降阻剂进行降阻处理 当附近有大面 积水域时还可设置水下接地网进行降阻 即降低接地电阻的措施要根据现场情况 因地制宜 采用合理 合适的降阻措施或综合降阻措施进行降阻 且降阻措施的采取要经认真的分析 计算 做认真的技术经济分析 用较少的投资来取得较好的降阻效果 2 3 对外延接地要经严格的跨步电压计算 防止外延处跨步电压伤人 且外延接地的场所要 选择在不易被破坏的地方 要有很好的保护措施 防止在运行时被破坏掉 外延地网与主地 网的联接要可靠 要采取多条联接线联接 3 中小型水电站和变电所的接地 小水电站一般都建在地方狭小加山谷和河道上 可利用来铺设接地网的位置往往都很小 且地壤电阻率都很高 因此 如何有效地降低小水电的接地电阻就成了一件非常困难的事 还有位于山区的一些变电所往往也由于地方小 土壤电阻率高降阻也非常困难 由于大多 数水电站和山区变电所都位于雷电活动强列的场所 雷电对发电机和变电所的电气设备危 害较大 6 对接地的要求也就越高 特别是近年来由于微机保护和综合自动化系统的大 量投运 对接地的要求也就更高 因为微电子元件对地电位干扰非常敏感 同时 小水电 的发电机由于其绝缘水平低 对防雷的要求也就更严 因而如何有效地降低小水电和山区 变电所的接地装置的接地电阻也就非常重要 3 1 中小型水电站和变电所的接地降阻措施 对于中小型水电站可设置水下接地网 设置水下地网前应测试出水电电阻率和水库的水 面面积 以及丰水期和枯水期的水域面积 计算出接地电阻的最大值和最小值 水下接地 网对降低接地电阻往往是非常有效的 水下地网的网孔大小一般以 15m 15m 为好 水下地 网应选用 14 热镀锌的圆钢为好 在施工时可在岸上焊好后沉到水底 有条件时可在水库的 周边可以设置岸边接地网 岸边地网应埋在泥土内并用垂直接地极固定 对于河道式水电站或位于河岸边的可以沿河道向上 下游在河道的两边设置河岸接地网 河岸接地网因为两流两边常年湿度较大 土壤电阻率一般较低 对降接地电阻非常有效 我 们利用河岸接地网成功地改造了许多水电厂和变电所的接地都取得了很好的降阻效果 河 岸接地网一般应在 20 30m 设置一道跨河横线同时起到水下地网的作用 在河岸每 10 15m 设置垂直接地极进行固定 对河岸接地网还可选用性能稳定的降阻剂来加强其降阻效 果 比如采用 GPF 94 高效膨润土降阻剂降阻 因为该降阻剂的胶质价高粘度大 不易冲走和 失效作用相当稳定 充分利用自然接地体 因为在中小型水电站中一般都有大量的自然接地体可以利用 比 如水坝 厂房 引水管等 最好是在设计时就首先考虑到接地问题 把这些自然接地体可靠的 连接为一可靠的整体 并予留连接点 在设计自然接地体时对于自然接地体的底部和周边 可以用导电水泥进行处理以加强自然接地体与周围土壤或山岩的接触 另外在水泥道路的 底部也可用导电水泥进行处理以加强其降阻效果 4 结朿语 对于城市小型化变电所 中小型水电站 由垫土引起的双层土壤变电所等特殊地方的接 地降阻问题 一定要根据其现场的具体情况找出其有利于降阻的现场条件如自然接地体利用 水下地网 河岸地网 双层地网等降阻措施 必要时应采用综合的降阻措施进行降阻 但不 论采用什么样的降阻措施都一定要考虑其安全性 特别是有外延接地的对外延地带的跨步 电压一定要合符要求 严防跨步电压伤人 参考文献 1 李景禄 实用电力接地技术 M 中国电力出版社 93 99 202 年第一版 67 99 2 李景禄等 高效膨润土降阻剂及其工程应用 高电压技术 1999 1 91 93 3 李景禄 关于接地工程中相关参数取值的探讨 J 高压电器 2004 4 第 40 卷 264 266 4 DL T621 1997 交流电气装置的接地 S 中国电力出版社 3 21 5 李景禄 关于接 地工程中相关参数取值的探讨 J 高压电器 2004 4 第 40 卷 264 266 6 中小型水力发电厂直配线路防雷保护研究 电瓷避雷器 2004 1 32 36 作者简介 李景禄 男 1955 年生 河南确山人 1982 年毕业于华中科技大学高电压技术及设备专 业 现为长沙理工大学电气与信息工程学院高级工程师 副教授 研究方向 接地技术 配电网技术等 联系电话 0731 261975813787104968 E mail lijinglucslx 关于 110kv 变电站接地降阻措施分析及效果分析 0 引言 110kv 变电站是向 县城供电的一座中心变电站 由于土壤电阻率偏高 1600 m 接地电阻一直在 2 4 左 右 虽经多次改造 由于采取措施不当降阻效果不大 地网接地电阻 一直在 1 6 1 8 之间 2003 2004 年再次对该变电站的接地进行了改造 但由于对以前接 地改造措施了解的不清 再加上电力公司不愿于周围农民发生纠纷 对改造措施进行了种种限 制也使改造走了不少弯路论最后经反复的调研 计算 论证终于实施了正确的改造措施 使 改造获得了成功 1 现场情况及土壤电阻率分布 110kv 变电站位于 县城郊 10km 左 右的一座小山包上 山包高约 20m 左 右 站前 一侧 100m 左右为小河 背后为另外一座小山包 上有出线杆塔 变电站所处的山包为风化石 响砂土壤 上层土壤电阻率在 1800 m 左 右 下层为岩石 土壤电阻率在 2500 m 左 右 站左为鱼塘 站右为育林苗圃 变电站与小河之间为农田 上层土壤电阻率为 900 m 下层土壤 为 1500 m 小河的岸边土壤电阻率为 600 800 m 变电站建在小山的顶部为小山包推 平所建 面积大约为 90 100m2 土层厚约 0 8m 且为风化石土质 该变电站建成后的接地电 阻在 2 4 左 右 2003 年以前经多次改造 接地电阻下降到 1 8 左 右 且不稳定 会随着气 候 特别随着土壤干湿度的变化而变化 2 历次改造及降阻措施分析和 2003 年改造的教训 在 2003 年之前 对 110kv 站的接地进行了多次改造 主要是在站周边扩网 打深井式接 地极 采用降阻剂降阻等多项措施 但由于地质 地势和土质 特别是土壤电阻率较高的原因 接地电阻一直沒有降到预定值 接地电阻一直在 1 6 1 8 之间徘徊 分析起来主要有以下原 因 2 1 由于变电站所在位置由于中间高 四边低 且土壤为响砂风化石土壤不保水 周围的土质 也是沙质土壤 保水性差 一旦遇到天旱 土壤极易失去水分 使土壤电阻率升高 也就使接地 装置的接地电阻迅速反弹 这也就是接地装置的接地电阻随天气变化而变化的原因 2 2 外延水平地网面积不足 由于变电站四周的土壤电阻率较高 在扩网前沒有认真测量土 壤电阻率 沒有计算需要的外延面积和外延的网格大小 而是根据现场条件哪里合适就在哪些 实施外延 结果 这些外延措施实施后沒能达到预定的目的 后来由于变电站左侧挖鱼塘 原 来的外延接网又被破坏掉一部分 使接地电阻产生了反弹 2 3 深井式接地极使用不当 该站及周围的土壤电阻率在垂直方向上分布是深层土壤电阻 率 2500 m 左 右 高于表层的土壤电阻率 900 m 不符合深井接地极的条件 1 因为深井式接地极的适用条件为 当地下深层有较低土壤电阻率的地质结构时可采用深井 式接地极进行降阻 或构成立体地网 采用深井式接地极时要求对接地装置及其四周测出垂 直方向上的土壤电阻率分布 只有当深层的土壤电阻率明显的低于上层土壤的土壤电阻率 时 深井式接地极才有明显的降阻效果 而该站的地质结构明显的不符合深井式接地极的条 件 深井接地极的位置也选择的不对 因为深井式接地极大都位于靠近变电站的一侧 而外部 又进行了外延扩网 外延扩网部分正好又屏蔽了深井式接地极的作用 因采用深井式接地极 同样要考虑屏蔽问题 深井式接地极一般应设在水平地网的边缘 深井式接地极之间的间距应 达到接地极长度的 2 3 倍 才能取得较好的降阻效果 同时 深井式接地极的井深也都在 8 20m 之间 深度较小 所以很难起到明显的降阻效果 2 4 降阻剂的迭型和使用方式不正确 在 2003 年前的接地改造中我们也施加了降阻剂进行 降阻 但只是随意购买降阻剂 随意的施加在接地体的四周 结果 后来发现这些降阻剂都失效 了 只剩下导电能力很差的黑色的残渣 使用的降阻剂也有问题 经开挖检查 降阻剂为灰褐 色 已结块 包在接地体周围 且由于膨胀系数的差异 已产生龟裂 和接地体之间已产 生缝隙 接地体腐蚀严重 经测试 固化后的降阻剂本身的导电能力很差 同时还对接地 体造成了腐蚀 2 5 2003 年改造时走的弯路 2003 年 003 2004 年对 110kv 黄盆变电站的接地再次进行了 改造 但由于对以前接地改造措施特别是原来的外延地点 了解的不清 再加上电力公司不愿 于周围农民发生纠纷 对改造措施进行了种种限制 如要求仅在变电站围墙以内实施降阻措施 不 同意在变电站围墻外实施降阻改造措施 因为该站的地质结构不符合深井接地极的适用条 件 结果 只能在变电站四周新增接地体并用 GPF 94 高效膨润土降阻剂进行降阻 措施 实施后 接地网的接地电阻从 1 8 下降到 1 不再下降 后来经调查 这些新增的地网外 部存在着原来的外延接地 新增地网的大部分作用被原外延地网所屏蔽 不能起到有效地降低 接地电阻的作用 接地电祖的下降主要是由于良欧 LEO J5000 高效膨润土降阻防腐剂的作 用 因为该降阻剂具有如下特点和功能 2 1 降阻剂本身的电阻率低 0 35 m 因而具有良好的降阻性能 2 降阻剂结构致密 对钢接地体有较强的钝化作用 本身呈弱碱性 PH 值在 9 10 之 间 内部含有阴极保护元素 能防止钢接地体的电化学腐蚀 对钢接地体的腐蚀率 0 0035mm a 远远低于一般土壤对钢的腐蚀率 因而对钢接地体具有很好的防腐作用 3 降阻剂具有较强的吸水性 保水性和吸水膨胀的特点 1kg 降阻剂能吸收并长期保持 5kg 的水 吸水后体积膨胀到原来的 2 3 倍 长期呈浆糊状 因而降阻性能稳定 降阻效 果不受气候和土壤干湿度的影响 4 降阻剂的胶质价高 粘度大 附着力强 除了具有一定的渗透扩散性外 降阻剂本身 不会随着雨水而流失 因而寿命长 理论寿命可达 80 年以上 5 降阻剂经环保部门检测 对环境无污染 无毒性 不含重金属 不会污染地下水资源 使用安全 该降阻剂施加在接地体四周后一方面由于降阻剂的吸水膨胀 相当于扩大了接地体的有效截 面 另一方面由于降阻剂的渗透 扩散作用改善了周围土壤的电阻率 同时还由于降阻剂较 强的吸水性和保水性保证了降阻的稳定性 这正好弥补了该站响砂土壤保水性差的缺点 但 由于是在原外延地网内部施加 其降阻作用受到了屏蔽所以说第一阶段的改造沒有取得成 功 3 最终降阻措施的实施及效果 经过第一阶段降阻失败后 我们认真分析了失败的原因 总结了降阻措施的教训 并认真 调查了该站原来的外延接地情况 反复测试了变电站周边 2000m 范围以内的土壤电阻率 最 后发现 沿河边一带的土壤电阻率相对较低 上游土壤电阻率左 1 600 m 左 右 下游土壤 电阻率在 2 560 m 左 右 且距变电站的距离不超过 2000m 符合文 3 规定的降阻条件 为此 我们在小河的上 下游河岸设计了两块面积为 S1 20 400 10000m2 S2 50 150 7500m2 的外延地网 外延地网采用 20m 15m 大小的网孔 不加降阻剂时两块外延接 地的接地电阻分别为 R1 0 5 3 36 R2 3 23 由于两块外延相距大约 100m 远 两者之间的互电阻可忽略不计 两块外延并联后的接地电阻 为 1 64 与原地因的接地电阻并后仍大于原定目标值 0 5 还必须采取其他的辅助降阻措施 为此我们采取了在外延水平接地体周围加良欧 LEO J5000 高效膨润土降阻剂进行降阻的措 施 4 接地体施加该降阻剂后其接地电阻下降到 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 kp 大型地网的屏弊系数 对大型地网 kp 一般为 1 2 1 3 Kf 的值与断面尺寸关系表 降阻剂施加 截面尺寸 m2 0 4 0 3 0 3 0 3 0 3 0 2 0 2 0 2 0 2 0 15 0 15 0 15 降阻系数 0 25 0 35 0 4 0 5 0 6 0 68 每米用量 kg 60 45 30 20 15 11 我们迭择施加降阻剂的截面尺寸为 0 3 0 2 Kf 0 4 kp 取 1 2 则此时接地电阻为 Rg2 Rg1kfKp 1 64 0 4 1 2 0 78 与原地网 1 并联后 考虑到互电阻的影响可把接地电阻降到 0 48 最后实测为 0 47 每 块外延都用 4 根 16 的圆钢与变电站的主地网相连接 对于外延地网我们除了主要考虑了降低接地电阻以外 为了保证安全我们还进行了严格的跨 步电压计算 5 因变电站的最大接地短路电流为 Imax0 4000A 接地短路时地电位升高为 Ug Imax0R 1880v 因下游的土壤电阻率较低 而外延接地的网孔一样 因此 只要核算出下游外延地面的跨步电 压即可 而下游外延跨步电压的允许值为 400v 式中 s 外延处的地表土壤电阻率 为 560 m t 接地短路电流持续时间 2s uk 跨步电 压允许值 v 2 560 m S2 50 150 7500m2 水平接地体长度 L 1600m 水平外延周长 L0 400m 接 地体埋深 h 1m 施加降阻剂后接地体的直往 d 0 2m 对外延接地的跨步电压在外延接地设计时应进行最大跨步电压的计算 外延接地的跨步压可 按下式计算 最大跨步电压为 U K U 式中 U 最大跨步电压 v K 最大跨步系数 对边缘闭合的地网 n 2 8 6 B 0 1 0 29 a 0 35 0 35 K 0 066 U K U 0 066 1880 124v 因 U 124v 400v 所以外延地网是安全的 同时 由于水平接地体埋深为 1m 也防止了在农民耕种时被破坏 同理可以证明上游的外延也是安全的 在改造了 110kv 黄盆站后 我们又对另外一座 110kv 变电站和一座 35kv 变电站站进行了降阻改造 都取得了较好的改造效果 4 结束语 通过 110kv 站的接地降阻改造过程和最后达到的效果我们可以知道 对于变电站的接地降 阻改造 一定要弄清原来接地装置的布置 特别外以前进行过的改造措施弄清 还要把变电站 四周土壤电阻率在水平和垂直两个方向上的分布测试出来 经过认真的技术经济分析找出合 适的降阻措施 选用可靠的降阻材料 并经过认真的设计 计算 才能避免盲目性 同时对外 延地网除了要进行降阻计算外 一定要进行外延跨步电压验算 保证外延地网的安全性 参考文献 1 李景禄 实用电力接地技术 M 中国电力出版社 93 99 202 年第一版 67 99 2 李景禄 接地降阻剂应用及存在问题分析 J 高电压技术 2004 3 第 30 卷 65 66 3 DL T621 1997 交流电气装置的接地 S 中国电力出版社 3 21 4 李景禄等 高效膨润土降阻剂及其工程应用 高电压技术 1999 1 91 93 5 李景禄 关于接地工程中相关参数取值的探讨 J 高压电器 2004 4 第 40 卷 264 266 来源 机电之家 机电行业电子商务平台 接地系统设计 综合布线系统中尤为重要 综合布线系统作为建筑智能化不可缺少的基础设施 其接地系统的好坏将直接影响到综合 布线系统的运行质量 故而显得尤为重要 这里我们将详细介绍综合布线系统接地的结构 及设计要求 并提出在接地设计中应注意的几点事项 根据商业建筑物接地和接线要求的规定 综合布线系统接地的结构包括接地线 接地母线 层接地端子 接地干线 主接地母线 总接地端子 接地引入线 接地体六部分 在 进行系统接地的设计时 可按上述 6 个要素分层次地进行设计 1 接地线 接地线是指综合布线系统各种设备与接地母线之间的连线 所有接地线均为铜质绝缘 导线 其截面应不小于 4mm2 当综合布线系统采用屏蔽电缆布线时 信息插座的接地可 利用电缆屏蔽层作为接地线连至每层的配线柜 若综合布线的电缆采用穿钢管或金属线糟 敷设时 钢管或金属线糟应保持连续的电气连接 并应在两端具有良好的接地 2 接地母线 层接地端子 接地母线是水平布线于系统接地线的公用中心连接点 每一层的楼层配线柜均应与本 楼层接地母线相焊接与接地母线同一配线间的所有综合布线用的金属架及接地干线均应与 该接地母线相焊接 接地母线均应为铜母线 其最的小尺寸应为 6mm 厚 50mm 宽 长度 视工程实际需要来确定 接地母线应尽量采用电镀锡以减小接触电阻 如不是电镀 则在 将导线固定到母线之前 须对母线进行清理 3 接地干线 接地干线是由总接地母线引出 连接所有接地母线的接地导线 在进行接地干线的设 计时 应充分考虑建筑物的结构形式 建筑物的大小以及综合布线的路由与空间配置 并 与综合布线电缆干线的敷设相协调 接地干线应安装在不受物理和机械损伤的保护处 建 筑物内的水管及金属电缆屏蔽层不能作为接地干线使用 当建筑物中使用两个或多个垂直 接地干线时 垂直接地干线之间每隔三层及顶层需用与接地干线等截面的绝缘导线相焊接 接地干线应为绝缘铜芯导线 最小截面应不小于 16mm2 当在接地干线上 其接地电位 差大于 1Vrm S 有效值 时 楼层配线间应单独用接地干线接至主接地母线 4 主接地母线 总接地端子 一般情况下 每栋建筑物有一个主接地母线 主接地母线作为综合布线接地系统中接 地干线及设备接地线的转接点 其理想位置宜设于外线引入间或建筑配线间 主接地母线 应布置在直线路径上 同时考虑从保护器到主接地母线的焊接导线不宣过长 接地引入线 接地干线 直流配电屏接地线 外线引入间的所有接地线 以及与主接地母线同一配线间 的所有综合布线用的金属架均应与主接地母线良好焊接 当外线引入电缆配有屏蔽或穿金 属保护管时 此屏蔽和金属管也应焊接至主接地母线 主接地母线应采用铜母线 其最小 截面尺寸为 6mm 厚 X100mm 宽 长度可视工程实际需要而定 和接地母线相同 主接地 母线也应尽量采用电镀锡以减小接触电阻 如不是电镀 则主接地母线在固定到导线前必 须进行清理 5 接地引入线 接地引入线指主接地母线与接地体之间的连接线 宜采用 40mm 宽 4mm 厚或 50mm 5mm 的镀锌扁钢 接地引入线应作绝缘防腐处理 在其出土部位 应有防机械损伤 措施 且不宜与暖气管道同沟布放 6 接地体 接地体分自然接地体和人工接地体两种 当综合布线采用单独接地系统时 接地体一 般采用人工接地体 并应满足以下条件 1 距离工频低压交流供电系统的接地体不宣小于 10m 2 距离建筑物防雷系统的接地体不应小于 2m 3 接地电阻不应大于 40 当综合布线采用联合接地系统时 接地体一般利用建筑物基础内钢筋网作为自然接地体 其接地电阻应小于 1 在实际应用中通常采用联合接地系统 这是因为与前者相比 联 合接地方式具有以下几个显著的优点 1 当建筑物遭受雷击时 楼层内各点电位分布比较均匀 工作人员及设备的安全能 得到较好的保障 同时 大楼的框架结构对中波电磁场能提供 10 40dB 的屏蔽效果 2 容易获得较小的接地电阻 3 可以节约金属材料 占地少 进行综合布线系统的接地设计应注意的几个问题 1 综合市线系统采用屏蔽措施时 所有屏蔽层应保持连续性 并应注意保证导线间相 对位置不变 屏蔽层的配线设备 FD 或 BD 端应接地 用户 终端设备 端视具体情况 直接地 两端的接地 应尽量连接至同一接地体 当接地系统中存在两个 不同的接地体 时 其接地电位差应不大于 1Vr m S 有效值 2 当电缆从建筑物外面进入建筑物内部容易受到雷击 电源碰地 电源感应电势或 地电势上浮等外界因素的影响时 必须采用保护器 3 当线路处于以下任何一种危险环境中时 应对其进行过压过流保护 雷击引起的危险影响 工作电压超过 250V 的电源线路碰地 地电势上升到 250V 以上而引起的电源故障 交流 50HZ 感应电压超过 250V 4 综合布线系统的过压保护宜选用气体放电管保护器 因为气体放电管保护器的陶 瓷外壳内密封有两个电极 其间有放电间隙 并充有惰性气体 当两个电极之间的电位差 超过 250V 交流电压或 700V 雷电浪涌电压时 气体放电管开始出现电弧 为导体和地电极 之间提供了一条导电通路 5 综合布线系统的过流保护宜选用能够自复的保护器 由于电缆上可能出现这样或 那样的电压 如果连接设备为其提供了对地的低阻通路 则不足以使过压保护器动作 而 其产生的电流却可能损坏设备或引起着火 例 20V 电力线可能不足以使过压保护器放电 但有可能产生大电流进入设备内部造成破坏 因此在采用过压保护的同时必须采用过流保 护 要求采用能自复的过流保护器 主要是为了方便维护 总之 随着智能建筑的不断发展 人们必将对其接地系统提出更为严格的要求 对于 广大工程技术人员而言 提高综合布线接地系统的稳定性和可靠性将是一项长期而艰巨的 任务 DCS 系统接地应用讨论 摘要 DCS 系统的可靠接地 是保证电厂 DCS 安全 可靠运行的首要条件 我根据对一些 电厂的系统设计 现场经验 对 DCS 系统的接地 进行了探讨和简要介绍 前 言 随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高 分散控制系统 DCS 已在国内各 电厂中得到广泛应用 这对保证电厂安全 经济和文明运行起到了十分重要的作用 并取 得了良好的效果 DCS 合理 可靠的系统接地 是 DCS 系统非常重要的内容 为了保证 DCS 系统的 监测控制精度和安全 可靠运行 必须对系统接地方式 接地要求 信号屏蔽 接地线截 面选择 接地极设计 接地箱布置等方面 进行认真设计和统筹考虑 本文根据 DCS 系统 的设计规范要求 对 DCS 系统接地进行讨论和简要的介绍 以供大家在 DCS 系统设计 安装 维护中参考 1 DCS 系统接地的基本要求 DCS 系统接地是为了保证当进入 DCS 系统的信号 供电电源或 DCS 系统设备本身出现问 题时 有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地 接地系统能够为 DCS 提供屏蔽层 消除电子噪声干扰 并为整个控制系统提供公共信号参考点 即参考零 电位 当接地系统发生问题时 接地电阻过大 多点接地 接地线断线或接地线与高电压 大电流设备相接触等 会造成人员的触电伤害及设备的损坏 据了解 有些电厂 DCS 系 统经常 死机 或不明原因的 死机 大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的 因 此 完善 可靠 正确的接地 是 DCS 系统能够安全 可靠和良好运行的关键 1 1DCS 接地分类 在一般情况下 DCS 控制系统需要两种接地 保护地和工作地 逻辑地 屏蔽地等 对 于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统 还要求有本安地 1 1 1 保护地 CG Cabinet Grounding 是为了防止设备外壳的静电荷积累 避免造 成人身伤害而采取的保护措施 DCS 系统所有的操作员机柜 现场控制站机柜 打印机 端子柜等均应接保护地 保护地应接至厂区电气专业接地网 接地电阻小于 4 1 1 2 逻辑地 也叫机器逻辑地 主机电源地 是计算机内部的逻辑电平负端公共地 也是 5V 等的电源输出地 如 CPU 的正负 5 伏 正负 12 伏的负端 需要接入公共接地极 1 1 3 屏蔽地 AG Analog Grounding 也叫模拟地 它可以把现场信号传输时所受 到的干扰屏蔽掉 以提高信号精度 DCS 系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地 线缆屏 蔽层必须一端接地 防止形成闭合回路干扰 铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地 必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地 接入公共接地极 1 1 4 本安地 应独立设置接地系统 接地电阻 4 本安地的接地系统应保持独立 与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在 5m 以上 1 2DCS 系统接地方式 DCS 系统一般接地方式 1 2 1 利用电气接地网作为 DCS 接地网 即与电气接地网共地 1 2 2 设 DCS 系统专用独立的接地网 1 2 3 设 DCS 专用接地网 经接地线 再接至电气接地网 由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处 过去 计算机或 DCS 系统曾经较多 的采用过专用的接地网 但这种接地方式存在的缺点是 占地面积太大 投资高 电缆及 接地网钢材耗量大 距厂房有相当的距离 因不易在厂房内找到合适的位置 管理 维护 测量及查找接地极和接地线不方便 且效果不甚良好 根据实际运行表明 设置专用的 DCS 接地网是既困难又不安全的 如某电厂曾因接地问题 造成机组跳闸数十次 根据调 查 不少电厂 DCS 后来改用电气接地网接地 取得了良好的效果 1 3 对公共接地极 网 的要求 1 3 1 当厂区电气接地网对地分布电阻 4 时 可将厂区电气接地网当着 DCS 系统的 公共接地极 网 1 3 2 当厂区电气接地网接地电阻较大或杂乱时 应独立设置接地系统 即为 DCS 系 统的公共接地极 网 1 3 3 没有本安地接入的公共接地极 网 的对地分布电阻小于 4 欧姆 有本安地的小 于 1 欧姆 接地总干线的