变电站接地装置防腐措施研究

1、变电站接地装置防腐措施研究1变电站接地装置事故的危害变电站接地装置在变电站的整个投资中所占的比例虽然很小，但它所引发的事故却极其惊人，真可谓是“电网杀手”，它能很快摧毁电网中的二次设备，像直流、保护、通信等设备，接着引发事故扩大，有的造成一次设备损坏和着火，有的造成发电厂、变电站全停，有的甚至发展成严重的系统事故。例如，1994年1月，四川华莹山电厂因变压器中性点接地线严重腐蚀处放电，将高电位引入主控室，造成多处击穿、短路，总保险熔断使故障不能自动切除，导致2号主变、2号发电机着火，3号、4号发电机损坏，全厂停电。2变电站接地装置事故的主要原因 网内外多起接地装置扩大事故的主要原因是

2、：（1）接地装置热容量严重不足，有的因腐蚀造成，有的因设计、施工不当造成；（2）接地装置事故持续时间长，保护不能快速切除，给事故提供了时间条件。变电站接地装置事故统计表明，接地装置腐蚀是事故的主要原因之一。为此，国内很多单位都在开展这方面的研究，并提出了许多防腐蚀措施。华北网变电站接地装置腐蚀情况还是比较严重的，像房山、北郊、大同二电厂等大型500 kV变电站投运10年左右，均投巨资重新更换了地网。钢体在土壤中的腐蚀以电化学腐蚀为主，即阳极溶解。主要腐蚀形式如下：     （1）钢材表面的微观不均匀性会引起不同部位的电位差，形成腐蚀微电池； （2）两种不

3、同金属电气连接后形成电偶腐蚀作用，电位较负的金属发生溶解而腐蚀，有的变电站新敷设的接地装置比原来的老接地装置腐蚀得快，其中的原因之一就是新老接地装置之间的电位差形成电偶腐蚀，新地网成为阳极被腐蚀，旧地网作为阴极获得保护；（3）土壤的不均匀性引起金属不同区域间产生电位差，形成客观腐蚀电池，如变电站土壤压实程度不一致，就会引起接地装置的腐蚀； （4）土壤中存在的微生物腐蚀。 3变电站接地装置的防腐措施分析变电站接地装置一般都采取防腐措施，但方法并不一致，本文对这些防腐蚀措施进行比较分析，从而推荐出最佳防腐措施。为了便于比较分析，用一个220 kV变电站接地装置例子加以说明。设流过接地引下线的短路电

4、流为31 kA，短路持续时间取065 s，引下线采用全电流，地网与引下线分流系数取75。 31热镀锌扁钢采用热镀锌扁钢是多数变电站接地装置采用的防腐措施，它主要利用高温热浸时所形成的锌合金层本身的防腐特征。满足热稳定要求的扁钢截面最小为31×103×0.65/70=357mm2,可以选取60×6的扁钢，再考虑每年平均腐蚀01mm，截面还应增加50，变电站接地装置大约需要钢材24 t，材料费约为12万元。 32铜接地装置美国等很多国家都用铜做变电站接地装置，这主要是考虑到变电站接地装置的重要性和铜的耐腐蚀性和稳定性。我国解放前，也曾大量采用铜作为接地体，像天津塘沽1

5、10 kV变电站（解放前建）的接地网用的是铜材，至今仍合格。 据资料介绍，铜腐蚀不存在点蚀，属表面均匀腐蚀，铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的（15）（110）。从出土的几千年前的青铜器来看，铜的确具有很高的稳定性和抗腐蚀性。     铜接地引下线的最小截面为31×103×0.65/210=119mm2,考虑一定裕度，最终可选取30×5铜带，变电站接地装置约需95 t铜材，按1999年市场价，如果选取黄铜，材料费约为21万元，如果选取紫铜，材料费为26万元。33阴极保护法 变电站中采用埋入电位更负的活泼金属与被保护金属偶接，从而具有减缓

6、或阻止腐蚀的作用。根据提供保护电流方式的不同，阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流两种。国内有的单位又将牺牲阳极法加以改进，钢体上涂上导电涂料，虽然具体实施上略有差异，但基本原理是相同的，造价也差不多。上述220 kV变电站接地装置需不镀锌裸钢16 t，钢材费约为48万元，防腐费约15万元，两项主材费约为198万元。34外层保护法目前，国内许多单位正在研制用于变电站接地装置的导电防腐材料。目前有两种材料在国内已有应用，一种是近年来用于地网防腐的KV导电防腐涂料，它是一种涂料，直接涂刷于裸钢上；另一种是降阻防蚀化学剂，主要用于岩石地区接地装置的降阻和散流，但也有单位只是将它用于防腐蚀，由于这种用

7、途应用单位较少，加之本身有一定腐蚀性，故本文暂不讨论。 采用导电防腐涂料时，该变电站钢材费加涂料费共需12万元左右。 35防腐措施综合比较分析设不同防腐措施下的地网埋设深度、地网面积、形式和土壤电阻率均相同。 351散流特征采用热镀锌钢材防腐措施时，由于钢材截面最大，工频接地电阻最小，散流特性最好。     阴极保护法和防腐导电涂料法散流特性居中。 由于铜材截面最小，因此，工频接地电阻略有提高。由于地网接地电阻主要取决于地网面积和土壤电阻率，对大型的、腐蚀较严重的变电站来说，这一影响因素完全可以忽略不计。 综合以上分析，对于大型的、腐蚀较严重的变电站，以

8、上防腐措施的散流特性相差无几，均能满足工程要求。352可靠性由于热镀锌钢存在点蚀，而点蚀速度比年平均腐蚀值高几倍，因此，地网78年便腐蚀断。虽然可以抽样开挖检查，但由于地网大，引下线数量多，很难保证及时检查到。网内外多次接地装置事故也说明，镀锌钢接地装置不可靠。铜材不存在点蚀，属于缓慢的均匀腐蚀，只要坚持定期抽样开挖检查，完全可以避免由接地装置锈断或热稳定能力不够所造成的事故。 阴极保护法的可靠性与技术方案、施工质量密切相关，可通过定期开挖检查确定接地装置状况。 防腐导电涂料法的可靠性与涂料的粘结力、涂刷均匀性、施工中有无碰伤、钢材清洁度及有无毛刺密切相关，但实际运行经验不多。 综上所述，铜接

9、地装置最可靠，阴极保护法居中，防腐导电涂料法和热镀锌钢法最不可靠。 353寿命价格比按照平均年腐蚀率01 mma，热镀锌钢接地装置寿命可达30年，但实际上，由于钢材存在点蚀，而点蚀速度比年平均腐蚀率高几倍，因此，热镀锌钢接地装置10年便有可能腐蚀断，网内有的变电站的接地装置确实如此，这跟实际情况差不多，因此，热镀锌钢接地装置在平均年腐蚀率01 mma情况下，寿命最多15年，寿命价格比为1512125。 铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢的（15）（110）。铜的年腐蚀率可取为002 mma，按照上面铜材厚度1 mm裕度计，铜接地装置的寿命可达50年，寿命价格比为502619。 阴极保护法寿命按设计值

10、30年计，寿命价格比为3019815。 防腐导电涂料法寿命按厂家给出值30年计，寿命价格比为301225。 综上所述，防腐导电涂料法和铜接地装置寿命价格比最高，阴极保护法居中，热镀锌钢法寿命价格比最低，即最不经济，尽管一次性投资最低。354综合比较分析 热镀锌钢法、铜接地装置法、阴极保护法和防腐导电涂料法4种防腐措施的电气性能基本相同；从可靠性角度看，铜网最可靠，阴极保护法次之，热镀锌钢法和防腐导电涂料法明显较差；从经济效益方面看，防腐导电涂料法和铜网最好，阴极保护法次之，热镀锌钢法最不经济。综上所述，对于腐蚀较严重的变电站，建议考虑防腐措施时，应优先选取铜网，阴极保护法次之，不应采用热镀锌钢

11、法，防腐导电涂料法待运行一段时间后再考虑是否采用。 4结论 （1）对于腐蚀较严重的变电站应选取铜材，不仅可靠性高，寿命价格比也合理，阴极保护法次之，不能采用传统的热镀锌钢法，防腐导电涂料法需进一步考验。（2）对于腐蚀轻微的变电站宜选用钢材，这是因为腐蚀轻微变电站的土壤电阻率往往也很高，工频接地电阻降不下来，可以充分利用钢材截面大、散流特性好这一优点。另外，造价也便宜。 （3）今后新建变电站接地装置的设计寿命应提高到5060年，现在的设计寿命2530年太短，这是因为变电站接地装置的改造费用要数倍于新建时的费用。接地装置设计寿命提高到5060年后，从长远看，一方面节省了投资费用，另一方面也提高了可靠性。 （4）什么样的变电站需要选用铜网，必须具体问题具体分析，也需要尽快制定相应的判断标准。对于已投运变电站来说，完全可以根据开挖情况，探明地网的实际腐蚀情况，从而指导改造中的材料选取。对于新建变电站，最好提前在站里埋入钢体，实际测取钢体腐蚀数据。