發(fā)電廠接地材料的選擇

李世偉

(上海華電閔行能源有限公司，上海 201108)

1 接地系統(tǒng)概述

1．1 合格接地的2個(gè)必要條件

(1)對地接地電阻阻值要小。接地電阻阻值越小，雷電流、浪涌電流和故障電流就可安全、快速地通過接地系統(tǒng)流入大地，保護(hù)設(shè)備、人員安全。

(2)接地材料應(yīng)有良好的防腐蝕性能，接地系統(tǒng)的壽命應(yīng)大于地面主要設(shè)備的壽命，一般要求壽命在30年以上。長期、可靠、穩(wěn)定的接地系統(tǒng)是維持設(shè)備安全運(yùn)行、人員安全的基礎(chǔ)。

接地系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵在于正確選擇合適的接地材料。

1．2 我國接地系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，我國電廠接地網(wǎng)材料普遍采用鍍鋅扁鋼。主要原因是我國早期的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)多借鑒前蘇聯(lián)的技術(shù);另外，我國的銅材較短缺，沒有新型替代材料，所以一度大量選用鍍鋅扁鋼。而國外以銅作為主要接地材料已有超過100年的歷史，而且被相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)(如IEEE和IEC)推薦為主要的接地材料。

長期的實(shí)踐證明，鍍鋅扁鋼并不能很好地提高接地裝置的抗腐蝕性能。望亭發(fā)電廠220 kV升壓站投運(yùn)10年后接地電阻逐年上升，開挖檢查發(fā)現(xiàn)接地材料(鍍鋅扁鋼)腐蝕嚴(yán)重，有的甚至已被腐蝕斷，不得不重新敷設(shè)新的接地網(wǎng)。我國解放前曾大量采用銅質(zhì)材料作為接地材料，如上海楊樹浦電廠等，其接地裝置至今仍然合格，仍可使用。

如今，隨著電力系統(tǒng)投入的加大和新型材料的出現(xiàn)，國家防雷接地規(guī)范也做出了修改。在變電站和許多對接地要求較高的項(xiàng)目基建施工過程中采用了純銅和鍍銅材料作為接地系統(tǒng)的主要用材，而電廠在進(jìn)行接地網(wǎng)建設(shè)時(shí)還在大量使用鍍鋅扁鋼。

2 性能比較

分別從熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、接地效果等方面比較銅接地體與鍍鋅扁鋼接地體的差異。

2．1 熱穩(wěn)定性

銅的熔點(diǎn)為1 084℃，短路時(shí)最高允許溫度為450℃;而鋼的熔點(diǎn)為1510℃，短路時(shí)最高允許溫度為400℃。因此，當(dāng)接地材料截面積相同時(shí)，銅材熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于鋼材。當(dāng)熱穩(wěn)定性能相當(dāng)時(shí)，用鋼作為接地體所需的截面積為銅材的3．0倍，是鍍銅鋼的2．8 倍。

2．2 耐腐蝕性

安裝在地下的接地體的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕2種，許多情況下這2種腐蝕同時(shí)存在。銅在土壤中的耐腐蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼材，是鍍鋅扁鋼耐腐蝕性的3倍以上。而且銅的表面會產(chǎn)生致密的銅綠，能夠阻斷腐蝕的進(jìn)一步擴(kuò)展，對內(nèi)部的銅起到較好的保護(hù)作用。當(dāng)銅接地網(wǎng)與其他金屬管道、構(gòu)架共存于地下時(shí)，銅作為陰極不會受腐蝕，腐蝕的是后者。鍍鋅鋼材的鍍鋅層雖然具有一定的抗腐蝕性，但施工過程中的高溫電焊加工會破壞這一保護(hù)層，一般最多只能使用10年。而銅接地體不存在點(diǎn)蝕情況，壽命顯著增加。

一般情況下，接地網(wǎng)作為隱蔽工程不能通過定期的檢查維護(hù)來發(fā)現(xiàn)和解決接地系統(tǒng)中存在的問題。就算定期測量接地電阻，也很難發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)的腐蝕情況。由于腐蝕造成接地體的截面變小，一旦通過大的故障電流，容易過熱熔斷，從而導(dǎo)致故障電流不能快速通過接地網(wǎng)流入大地，地電位升高，出現(xiàn)“反擊”現(xiàn)象，造成電氣二次設(shè)備、低壓系統(tǒng)乃至變壓器等重要設(shè)備的故障和損壞，嚴(yán)重時(shí)可能危及人身安全。而銅材接地網(wǎng)相對鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)在這方面有明顯優(yōu)勢。

2．3 接地效果

對接地系統(tǒng)的基本要求是滿足接地電阻的指標(biāo)。接地電阻實(shí)質(zhì)上包含3個(gè)部分:接地導(dǎo)體本身電阻、接地導(dǎo)體和土壤的接觸電阻以及土壤本身的散流電阻。這3個(gè)部分中，土壤的散流電阻起決定作用，它決定了接地電阻阻值的大小，土壤的散流電阻由土壤的電阻率決定。

綜上所述，銅接地體與鍍鋅扁鋼接地體相比，在熱穩(wěn)定性能、耐腐蝕性、接地效果方面有明顯的優(yōu)越性。

3 不同接地材料經(jīng)濟(jì)性對比

根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求(見表1)，對鍍鋅扁鋼和外表面鍍銅圓鋼做經(jīng)濟(jì)性分析(以整體項(xiàng)目占地7．7萬m2計(jì)算)。

水平接地體截面積經(jīng)過熱穩(wěn)定性校核后，由于表面鍍銅圓鋼不用考慮腐蝕，因此選擇R=13mm的鍍銅圓鋼;鍍鋅扁鋼需要考慮腐蝕，所選扁鋼的規(guī)格為80mm×10mm。

工時(shí)對比見表2。預(yù)計(jì)使用熱鍍鋅鋼材料的施工費(fèi)用為125萬元，使用鍍銅圓鋼材料的施工費(fèi)用為55萬元。

通過以上2項(xiàng)分析，可以得出經(jīng)濟(jì)性對比結(jié)果(見表3)。

表1 材料規(guī)格及用量

表3 經(jīng)濟(jì)性對比

從以上分析可以看出:鍍鋅扁鋼在材料費(fèi)用上優(yōu)勢明顯，鍍銅圓鋼由于施工簡單節(jié)約了人工費(fèi)用，兩者相比總費(fèi)用相差不大。鍍銅圓鋼在使用年限上優(yōu)勢明顯。

4 結(jié)束語

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，鍍銅圓鋼相對于純銅及鍍鋅扁鋼都有很好的經(jīng)濟(jì)效益，非常適合在電力系統(tǒng)中大規(guī)模使用，可徹底解決接地導(dǎo)體的腐蝕問題。鍍銅鋼棒接地系統(tǒng)雖然一次性投入比使用傳統(tǒng)材料的接地系統(tǒng)大，但它的使用壽命長、性能穩(wěn)定、免維護(hù)的優(yōu)勢是傳統(tǒng)接地方式無法比擬的。

［1］GB 50057—2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］張小玲，黃青楊．電力系統(tǒng)接地網(wǎng)故障診斷［J］．電氣系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2002，14(1):48 －51．

［3］劉芳．一起定子接地保護(hù)故障分析［J］．華電技術(shù)，2010，32(6):70－71．