犧牲陽極保護法在鄲城趙寨110kV變電站接地網中的應用

蘇亞洲

【摘要】鄲城趙寨110kV變電站建設的最終規模為:主變容量2×40MVA、110kV進出線4條、35kV進出線6條,站內占地面積4095m²。由于變電站處于工業園區附近,地勢低洼,土壤對接地體有較強的腐蝕性,因此對接地裝置的地下部分采用犧牲陽極保護法,以延長接地網的使用壽命。

【關鍵詞】犧牲陽極保護法 接地網

一、目的和標準

1.主接地網接地裝置的工頻接地電阻不大于0.5Ω,獨立避雷針的沖擊接地電阻不大于10Ω。

2.接地裝置的使用壽命不少于20年。

二、依據規范、規程

1.DL/T621—1997《交流電氣裝置的接地》

2.DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》

3.GB50169—92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》

4.SY/T0019—97《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規范》

5.電力工程電氣設備設計手冊》(電氣一次—接地裝置)

6.土壤電阻率ρ_f(根據當地土壤實際測量)

三、接地網的整體要求

1.接地網工頻接地電阻

R=2000/I;

式中:I-入地短路電流。

2.接地裝置跨步電壓和設備接觸電壓允許值

U_s=(174+0.7ρ_f)/ √t

U_t=(174+0.17ρ_f)/ √t

式中:U_s—地面跨步電壓允許值,V;

U_t—設備接觸電壓允許值,V;

ρ_f—地面土壤電阻率

t—接地短路(故障)電流持續時間,S按1S取。

3.設備保護接地:對站內變壓器中性點、充油設備和避雷器、進出線架構,要實行“雙接地”,并與水平地網的兩個不同點相連接,每根接地引下線均應符合熱穩定的要求

4.雷電保護接地:要在獨立避雷針下加裝3—5根垂直接地極

5.主接地網的接地布置和連接

(1)電纜溝的接地布置和連接

①沿電纜溝內敷設均壓帶,與主網距離1米左右,并每隔8米與地網主干線可靠的連接一次。

②一次設備的接地引下線不得與電纜溝接地帶(均壓帶)連接,也不宜懸空穿越電纜溝。

(2)控制室、通訊室、高壓室、主變壓器等的接地設計、布置和連接

①主控室、通訊室、高壓配電室、主變壓器等四周采用環形接地網,這些接地網與主地網之間的相互連接不應少于兩處。各主要分接地網之間宜多處連接。

②高壓室穿墻套管的接地宜在室外,且每組套管的接地線都要引至主干線。

③進室接地線應在地面以上300mm處穿墻。

(3)避雷針及其接地裝置的接地設計、布置和連接

①獨立避雷針附近應設單獨的集中接地,與主接地網地中距離不小于3米,接地電阻不大于10歐。

②為加強分流,站內接地裝置應與線路的架空地線相連。

③配電裝置架構避雷針的接地應與主接地網相連。由連接點至變壓器接地點沿接地極的長度應不小于15米。

(4)地網采用方孔均壓地網,改善地網電位分布,以減少地面的跨步電壓和設備的接觸電壓

(5)接地網外緣應閉合,外緣各角應做成圓弧形,圓弧半徑不宜小于均壓帶距的一半

(6)接地網埋深0.8米

四、接地網參數的計算與校核

1.設計接地網的工頻接地電阻

R_n=0.5ρ/√S

其中:S—站內設計水平接地網的總面積,m²

ρ_f—土壤電阻率,Ω?m

計算結果要求小于要求值0.5Ω。

2.地面的跨步電壓和設備的接觸電壓校核

(1) 設計接地網的地表面最大接觸電位差校核:

接地裝置的電位U_g=I×R_n

接地網地表面的最大接觸電位差U_tmax=K_tmax×U_g

其中:最大接觸電位差系數K_tmax=K_d×K_L×K_n×Ks

Kd=0.841-0.225lgd,Kn=0.076+0.776/n,Ks=0.234+0.414lg(√S),KL =1.0

(2)設計接地網的地表面最大跨步電位差校核

變電站地表面的最大跨步電位差U_smax=K_smax×U_g

其中:最大跨步電位差系數K_smax計算公式如下:

要求計算的U_tmax、U_smax值均小于對應的U_t、U_s值。

3.設計接地網的熱穩定校核:

接地線和接地引下線,尤其是站內的水平接地網,不考慮腐蝕時,接地線的最小截面應符合下式要求:

Sg≥(Ig/C)*√te

式中:Sg—接地線的最小截面

Ig—接地短路電流穩定值

te—短路的等效時間,取1S;

C—接地線材料的熱穩定系數,鋼接地體取70;

用犧牲陽極保護時,碳鋼的腐蝕率最大值為0.01mm/年,對65×6扁鋼,30年后的扁鋼截面積

S₁= (65-0.01×30)×(6-0.01×30)=64.7×5.7 =368.8mm²

取埋地碳鋼的自然腐蝕速度為0.1mm/年,15年后的腐蝕為:0.1×15=1.5mm

15年后的扁鋼截面積

S₂= (64.7-1. 5)×(5.7-1. 5)=265mm²

取接地短路電流Ig為14785A, 短路的等效時間te為1秒,根據熱穩定的要求, 接地線的最小截面積Sg

Sg≥(Ig/C)*√te=14785/70*√1 =211mm²

C—接地線材料的熱穩定系數,鋼接地體取70;

∵265mm²≥211mm²

∴ 水平接地極和接地線可選用65×6熱鍍鋅扁鋼,接地裝置設計壽命為45年。

4.犧牲陽極保護地網的取材

(1)垂直接地極

∠50×5等邊角鋼,98根,長=98×2.5=245m

每根表面積為0.525 m²,總面積為51.5 m²

(2)65×5扁鋼水平接地極

總長為1400米,總表面積為198.8 m²

(3)(水平+垂直)接地極表面積為198.8+51.5=250.5 m²

(4)鎂合金犧牲陽極選用MAZ1-2套裝組合件

A、根據該變電站的地質和土壤電阻率,取保護電流密度12mA/ m²,電流強度I

I=0.012A/ m²×250 m²=3A

B、需陽極塊的重量W₀

W₀=IT(365×24)/(0.55×A_h)

= 3×30×(365×24)/(0.55×1100)=1303.21Kg

A_h=1100Ah/Kg,陽極電流效率為55%。

C、需陽極塊數

設每塊鎂合金陽極塊重11Kg,則塊數n

n=1303.2/11=118.5≈119塊

D、獨立避雷針2個,每個需2塊陽極,共需4塊。

E、測試樁2支,每個需1塊陽極,共需2塊。

F、共需陽極塊119+4+2=125塊。

5.測試樁

在變電站的110kV和35kV配電裝置區各埋設一支測試樁,以便測試陽極參數。

五、接地裝置施工要求

1.站內接觸電位差超過規定值,因此在操作機構前后1m內地面鋪設15cm厚混凝土,使接觸電位差滿足要求。

2.電氣設備每個接地部分應以單獨的接地引下線與地網主干線相連接,嚴禁在一個接地引下線中串接幾個需要接地的部分。

3.接地引下線及主網的所有連接點不得采用點焊或螺栓連接。扁鋼搭焊長度應不小于其寬度的兩倍并三面焊接;所有焊接點均應經防腐處理。地面以上的焊接處,刷銀粉漆;地面以下及電纜溝內接地線的焊接處,刷防腐漆。

4.室外架構接地線當地面上長度超過8m,且中間無緊固點時,應每隔4m左右用一卡環固定,以確保接地扁鐵牢固地緊貼在砼線桿表面。

5.設備接地引下線應遠離設備的輔助開關和二次控制回路,室內平行布置的應遠離300毫米以上,室外架構上布置的應盡量不同桿或同桿背向布置,控制箱應外附接地線并可靠接地。

6.不得利用水泥架構內的鋼筋作為接地引下線,應外敷明線與地網連接;上下層布置的變電站其上層亦應有明顯的接地引下線與地網連接。

7.電纜外皮不能用作接地引下線。

8.設備的接地引下線與地網可靠的焊接在一起,焊口要刷防銹漆進行處理,接地線地面以上1.2米應刷黃、綠相間的色標漆,全站統一規格。

9.在接地線引向建筑物的入口處的墻壁上,各刷一塊(150mm×150mm)白色底漆,中間標以黑色符號“”。

10.對站內變壓器中性點、充油設備和避雷器,要實行“雙接地”,并與地網的兩個不同點相連接,每根接地引下線均應符合熱穩定的要求;電氣主設備為單相架構式或落地式時,每相應單獨接地,當為三相架構式時,可每組只設兩根引下線,與地網的兩個不同點相連接,每根接地引下線均應符合熱穩定的要求。

11.全站所有運行電氣設備的金屬構件、圍欄及爬梯均應可靠接地。

12.根據需要,應在適當的位置,焊接接地螺栓,以方便在以后的運行和檢修工作時供連接臨時接地線用。

13.利用避雷針構架裝設照明燈時,電源線必須采用有金屬外皮或穿在金屬管中的導線,沿構架引下后直埋地中10米以遠,才允許與35千伏及以下配電裝置的接地網及低壓配電裝置相連。

14.所有接地引下線、水平接地極和垂直接地極均需熱鍍鋅。

15.按照便于檢查的要求,宜在接地網的兩條主干線的網格交叉點上作標記。混凝土地面上打接地符號,草坪上用100×100×300(mm)混凝土標樁做標記。

16.變電站內的接地網要嚴格按設計圖紙放線、定位,開挖水平接地溝槽。

17.水平接地溝槽開挖好后要進行尺寸驗收,合格后,首先在設計有垂直接地極處的溝底,打入垂直極;然后鋪入水平接地體,并進行可靠的焊接。

18.回填時,一定要回填細土并分層夯實,不得回填其它雜物,更不允許有腐蝕性的材料回填。