一起變電站接地網腐蝕故障的診斷與處理

黃成才

（國網江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司，江蘇鹽城 224000）

變電站接地網是保護防止過電壓對站內設備造成損害的重要設施，也是設備保護功能的有效載體，對整個電力系統的安全穩定運行具有重要意義[1-2]。變電站的接地網由水平鋪設的主接地網和輔助的設備引下線構成，用于降低站內接地電阻，從而起到快速散流、減少接觸電壓和跨步電壓的作用。但是由于變電站接地網常年深埋于地下，受土壤腐蝕、物理移位、材質化學反應等作用必然導致其連接扁鋼發生斷點、銹蝕、接觸不良等故障，從而使接地網的快速散流能力逐步退化甚至喪失，產生較大的局部電壓差，若不及時發現并進行整改，隨著腐蝕現象的不斷加劇，必然會影響整站設備的安全穩定運行，尤其在雷雨季節工作人員的人身及站內設備的安全都難以得到保障[3-5]。

鹽城市地處東部沿海地區，土壤含鹽量較高，經過多年運行的站內接地網受土壤的腐蝕嚴重，有部分運行年限久遠的變電站接地網扁鋼甚至出現斷裂的情況。35kV 樓王變是鹽城市郊一所老舊的變電站，占地面積7.3 畝，于1988 年6 月建成并投運，在2001 年10 月進行無人值班改造，現有35kV 進出線2回，10kV 出線7 回，主變2 臺。該站接地網至今已運行30 年，地下接地扁鋼腐蝕情況惡劣，嚴重威脅站內設備的安全穩定運行。

試驗人員在雷雨季節之前對35kV 樓王變接地網性能進行了測試，利用各設備接地引下線與主網的導通與否來判定接地網的運行性能，試驗發現該站接地網多處導通不良，有的甚至嚴重影響主要設備的安全運行，隨即在對該變電站的接地網進行的開挖工作中，也驗證了接地網確實腐蝕嚴重。通過對該35kV 變電站接地網的試驗調查、對站周邊環境的分析，結合現場實際對該站進行了接地網的改造工作。改造后試驗結果表明，各設備接地引下線通過主接地網接觸良好，各項指標符合規程要求。文章深入分析了該站接地網導通故障的診斷與整改過程，對今后接地網改造工作具有一定指導意義。

1 接地網的性能測試

1.1 接地網導通試驗原理

變電站主接地網是由一根根均壓導體條相互焊接而成的接地電路網絡，如圖1 所示。由于構成接地網的金屬導體條或扁鋼的電阻率遠小于土壤，所以在對接地網施加恒定直流電壓時，可以完全忽略各條支路及土壤之間的電感、電容效應，即可把接地網看成一個純阻性的多端口網絡，如圖2 所示。

接地網建造完工后，各支路的電阻初始值也隨之確定。隨著接地網運行時間的不斷增加，局部支路的扁鋼及連接導體可能腐蝕嚴重，導致該支路的絕緣電阻遠遠大于初始值。接地網某支路在受到嚴重腐蝕前后各支路的拓撲結構并沒有發生變化，僅僅是某些支路的阻值較大，當以相同的直流電壓激勵腐蝕與否的兩個接地網支路，可以得到完全不同的導通阻值[6]。接地網的導通試驗就是基于這一原理對接地網性能進行檢測的，在圖2 的拓撲結構中，以任意一條接地引下線為參考點，對全站所有接地點進行接地網的導通試驗，從而判定接地網的哪條支路存在腐蝕或導通不良問題。

圖2 接地網的等效拓撲結構

1.2 試驗方法及儀器

接地網導通試驗是測量接地引下線與地網（或相鄰設備）之間的直流電阻值來檢查其連接情況，從而判斷引下線與地網的導通狀況是否良好，目前主要的試驗方法有直流電橋法、直流電壓電流法，本文采用的為直流電橋法，接線圖如圖3 所示。

圖3 直流電橋法接線圖

試驗儀器采用FLUKE1625 型接地電阻測試儀，該儀器具有抗干擾能力強、測量精度高的優勢。測試中采用四極（C1、P1、C2、P2） 測試的方法，測量結果穩定可靠。圖4 給出了FLUKE1625 型接地電阻測試儀的實物圖。

圖4 FLUKE1625 型接地電阻測試儀

1.3 接地網設備引下線的導通標準

變電站接地網設備引下線之間的導通阻值能夠準確反映設備引下線與主網的連接情況及接地網的某些支路的銹蝕情況，對檢測接地網的性能具有重要意義。根據《國家電網公司變電檢測管理規定（試行）》第44 分冊《接地引下線導通測試細則》中規定[7]，可以得到設備引下線導通的標準如下：（1）狀況良好的設備測試值應在50mΩ 以下；（2）50mΩ-200mΩ 的設備狀況尚可，宜在以后例行測試中重點關注其變化，重要的設備宜在適當時候檢查處理；（3）200mΩ-1Ω 的設備狀況不佳，對重要的設備應盡快檢查處理，其他設備宜在適當時候檢查處理；（4）1Ω以上的設備與主地網未連接，應盡快檢查處理；（5）獨立避雷針的測試值應在500mΩ 以上；（6）測試中相對值明顯高于其他設備，而絕對值又不大的，按狀況尚可對待。

2 接地網導通故障實例分析

2.1 缺陷發現

35kV 樓王變是鹽城市郊的一所老舊變電站，于1988 年6月建成并投運，該站接地網至今已運行近30 年。2020 年3 月，鹽城地區電網春季檢修工作正式開展，試驗人員在對其接地網設備引下線進行例行導通試驗時發現，35kV 樓王變存在多處設備引下線與主網接觸不好甚至未連接故障，并隨即對該站進行開挖檢查，發現接地網扁鋼腐蝕情況嚴重、多處有斷裂點、接地網埋藏深度不夠、接地扁鋼寬度不足（僅25mm）等嚴重缺陷，見圖5。

圖5 腐蝕嚴重的接地扁鋼

導通試驗過程中，經反復切換基準點測量后，確認4 處設備接地引下線導通電阻明顯偏大，甚至出現不導通現象，設備引下線導通阻值如表1 所示。

表1 接地引下線導通電阻明顯異常位置及阻值

2.2 缺陷診斷

根據《國家電網公司變電檢測管理規定（試行）》第44 分冊《接地引下線導通測試細則》中規定，接地網設備引下線導通阻值在1Ω 以上的，設備與主地網未連接，應盡快檢查處理。表1中的4 處接地引下線導通阻值都遠遠超過了1Ω，說明這四處及其對應接地網連接支路存在斷點，接地不導通。

上述4 個設備中，1 號主變屬于站內重要設備，其接地引下線與主接地網不導通將嚴重影響站內人身、設備的安全；1 號所變避雷器的接地引下線與主接地網導通與否直接關系到避雷器的保護效果，兩處刀閘也直接影響供電可靠性，故應立即進行整改。

3 接地網的整改措施與效果

3.1 整改目標

根據35kV 樓王變接地網存在的嚴重腐蝕和部分設備引下線不導通問題的分析與診斷，結合相關電力規程要求，確定了該35kV 變電站接地網的整改目標如下：（1）對腐蝕嚴重的接地網扁鋼進行重新鋪設、焊接，并采用嚴格的防腐措施，保證新鋪接地網的使用壽命達到25～35 年。（2）新鋪設扁鋼的截面積滿足大短路電流的熱穩定性要求。（3）對接地網進行實用性、合理性設計，使其具有良好的均壓能力和快速的散流能力。

3.2 整改方案

針對35kV 樓王變接地網導通故障，對其進行整改，整改工作主要包括：（1）對于刀閘、避雷器等架設在電桿上的設備，工作人員沿著該設備的接地引下線向下挖至主接地網，再沿故障設備接地引下線布置一根截面積為60mm*8mm 的扁鋼與主接地網焊接；（2）對于35kV 樓王變的1 號主變接地引下線，工作人員刨開1 號主變底座池鵝卵石，沿原接地引下線布置一根截面積為60mm*8mm 的扁鋼，再沿扁鋼在1 號主變周圍布置一圈獨立接地網，最后將獨立接地網與主接地網可靠焊接；（3）進行站內接地網開挖，對腐蝕嚴重的接地網支路更換截面積為60mm*8mm 的扁鋼進行連接；（4）新鋪設的接地網扁鋼利用降阻劑進行填蓋。高效膨潤土降阻防腐劑具有優越的吸水性和保水性，水土不易流失，能夠起到消除接觸電阻，穩定接地電阻、跨步電壓等作用。

3.3 整改效果

3.3.1 設備引下線導通阻值

接地網整改后對原明顯偏大的4 處接地引下線進行了復測工作，數據如表2 所示，各數值均符合《國家電網公司變電檢測管理規定（試行）》第44 分冊《接地引下線導通測試細則》中所規定的接地引下線導通阻值小于50mΩ 的要求。

表2 設備引下線導通阻值復測值

3.3.2 熱穩定性校核

接地網接地扁鋼的截面積應滿足公式（1）的要求[8]：

式（1）中：Idmax為入地最大短路電流，取5000A；C 為接地網扁鋼導體的比熱，一般取70；td為保護動作時間，取2s 計算，則S≥101.1mm2。

35kV 樓王變的接地網整改采用的是截面積為60mm*8mm的扁鋼，截面積明顯大于101.1mm2，滿足熱穩定參數的要求，能夠快速實現散流功能。

4 結論

通過對35kV 樓王變接地網導通故障的發現、診斷和整改工作，可以得出以下結論：（1）變電站接地網試驗應按國家電網公司《輸變電設備狀態檢修試驗規程》周期試驗，保證及時發現設備接地引下線與主接地網導通故障，防止設備發生失地運行。（2）利用站內設備接地引下線的導通試驗能夠準確迅速發現接地網故障，實現故障點的準確定位。（3）整改的扁鋼截面積要足夠大，以保證接地網的熱穩定性和快速散流能力。（4）接地網的改造工作要尊重科學性，合理規劃、切實實施、可靠操作。

本次35kV 樓王變接地網的整改工作是可靠有效的，對變電站接地網導通故障的整改工作具有一定的指導意義。當然，也存在一定的局限與不足，需要在以后的工作中進一步完善。