防治變電站接地網銹蝕的研究與分析

陳東明

【摘 要】變電站接地網目前廣泛采用鍍鋅扁鋼接地，運行年限增加時容易產生銹蝕，造成接地電阻增加，威脅設備和人身安全。本文結合黃石地區接地網歷年開挖檢查結果，分析了接地網銹蝕的主要部位和原因，從現場實際出發，創造性地提出了鍍鋅扁鋼的“雙接地”防腐方案。并通過實踐證明其可行性和經濟性。

【關鍵詞】變電站接地網 鍍鋅扁鋼 銹蝕 雙接地

變電站接地網是確保人身、設備和電力系統安全運行的重要裝置[1，2]。接地系統銹蝕已成為接地系統故障的主要元兇[3]。2008-2015年黃石地區變電站接地網開挖結果顯示，設備接地引下線和主地網中扁鋼的銹蝕占接地系統腐蝕的90%以上。因此，預防接地扁鋼的銹蝕成了變電站安全運行亟待解決的現實問題。

1 接地網銹蝕原因分析

1.1 主要銹蝕部位

黃石地區變電站接地網銹蝕的主要部位有：

（1）接地引下線入地處，即空氣與土壤交界處的土壤中部分。由于土壤的含氧量低于空氣的含氧量，使接地引下線土壤中部分與地面上部分形成氧濃差電池，含氧量高的地面上部分為陰極，含氧量低的土壤中部分則為陽極，于是地面上部分腐蝕很小而土壤中部分腐蝕嚴重[3]；

（2）兩種土壤的交界處，其主要原因是當接地體通過不同成分的土壤時，會形成腐蝕電偶；

（3）接地引下線在地中拐向主接地網的拐彎處以后的一段距離。主要原因一是垂直段與拐彎段之間存在氧濃差，二是拐彎處存在應力造成銹蝕[4]。

1.2 關鍵因素分析

氧和水是土壤腐蝕的關鍵因素，開挖結果顯示，不同土質的腐蝕程度也不同，排水性、通氣性差而保持水分能力強的粘土和淤泥的細粒土壤比排水性和通氣性良好的粗粒土壤（如石渣土）銹蝕嚴重[5]。在偏酸性、含鹽量高、風化石土壤和砂質土壤中，最易發生銹蝕。

檢查中還發現有很多設計施工方面的原因，如：接地體埋深不夠，造成上層土壤含氧率較高，吸氧腐蝕快[6]；用沙子、碎石和建筑垃圾作回填土；焊接不規范，焊接頭存在虛焊、假焊現象，對焊接頭未采取防腐措施；對接地引下線未采取過渡防腐措施，沒有刷防腐漆等。

2 接地網防銹措施

2.1常用防銹措施

（1）采取從地下與水平接地體連接處開始刷瀝青漆或防銹漆的措施，直到地上與設備連接處，并定期進行維護[6]。

（2）采用銅接地網替代鋼接地網。《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》12.1.1.2條明確規定：“對于220kV及以上重要變電站，當站址土壤和地下水條件會引起鋼質材料嚴重腐蝕時，宜采用銅質材料的接地網。”

（3）在環境惡劣的變電站采用鍍銅鋼材料取代鍍鋅扁鋼。IEEE80-2000在導體的選擇方面，明確指出：“銅材為最主要的水平接地導體材料，30%和40%的鍍銅鋼材料也作為水平導體材料，垂直接地體的材料則主要為鍍銅層不小于0.25mm厚度的鍍銅鋼接地棒”，為保障接地系統40年以上壽命，規定鍍銅層厚度應不小于0.254mm。

（4）在腐蝕性較強的土壤中采用鋼接地網+金屬涂敷層+犧牲陽極的陰極保護方式[7]。

（5）采用熱鍍鋅鋼+納米碳防腐導電涂料來減緩腐蝕速率[8]。

2.2 鍍鋅扁鋼“雙接地”方案

黃石地區變電站接地網開挖檢查結果顯示，接地網最易銹蝕的地方為接地引下線入地處和接地引下線在地中拐向主接地網的拐彎處以后的一段距離，如果在以上兩個位置加焊一根扁鋼，使該處的接地扁鋼截面積增大一倍，將大大提高接地網的防腐蝕能力；如圖1所示。

由于“雙接地”在接地引下線入地處和拐彎處將兩片鍍鋅扁鋼疊焊在一起，減少了與土壤的接觸面積。根據圖1計算可知，與采用兩根60*6mm的接地扁鋼相比，采用接地引下線入地處上下300mm的“雙接地”扁鋼可以減少與土壤的45%接觸面積，比采用兩根獨立的接地扁鋼更科學合理。“雙接地”較單根扁鋼與土壤接觸面積僅增加1/10，但截面積卻增加了一倍，因而使用年限可延長約一倍的時間。

在目前廣泛使用的鍍鋅扁鋼接地網的基礎上，“雙接地”只需在每處接地引下線處增加兩根600mm長的扁鋼，容易實現，且一次性投資較省，每年維護費用也較低。通過在黃石110kV銅錄山變電站接地網進行全站改造，其一次投資成本僅為27萬，使用年限卻可延長一倍，經濟效益顯著，且實施簡單，在目前廣泛使用的鍍鋅扁鋼接地網的基礎上改造方便，具有現場可行性。

3 結語

綜上所述，為不斷提高黃石地區變電站接地網設計、施工、驗收、試驗和檢修維護水平。結合未來5-10年黃石地區變電站接地扁鋼銹蝕情況應逐步推廣鍍鋅扁鋼“雙接地”改造方案，尤其可推廣應用于線路接地網重點銹蝕部位的防治。

參考文獻：

[1]謝廣潤.電力系統接地技術[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2]劉健，王樹奇，李志忠 等.接地網腐蝕故障診斷的可測性研究[J].高電壓技術，2008.34（1）：64-69.

[3]陸培鈞，黃松波，豆朋 等.佛山地區變電站接地網腐蝕狀況分析[J].高電壓技術，2008.34（9）1996-1998.

[4]肖魚.發電廠及變電站接地系統腐蝕問題的防范[J].產業與科技論壇，2012.11（7）：68-69.

[5]吳向東.500kV輸電線路接地網腐蝕分析及防護措施[J].腐蝕與防護，2002.23（12）545-546.

[6]郭欣.變電站接地裝置的腐蝕原因及防腐措施[J].青海電力，2009.28（3）42-46.

[7]貝克曼WV.陰極保護手冊電化學保護的理論與實踐[M].北京：化學工業出版社，2005.

[8]李寧凱.濱海發電廠防腐蝕接地方法探討[J].能源與節能，2012（4）72-73.