淺談變電站接地網(wǎng)接地故障產(chǎn)生原因和改造建議
變電站的接地網(wǎng)是維護電力系統(tǒng)安全可靠運行、保障運行人員和電氣設備安全的重要措施。構成接地網(wǎng)的均壓導體常因施工時焊接不良或漏焊、埋設深度不足、土壤的腐蝕、接地短路電流的電動力作用等原因 ,使地網(wǎng)均壓導體之間或接地引線與均壓導體之間存在電氣連接不良故障點。若遇電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障 ,將造成地網(wǎng)本身局部電位差和地網(wǎng)電位異常升高 ,除給運行人員的安全帶來威脅外 ,還可能因反擊或電纜皮環(huán)流使得二次設備的絕緣遭到破壞 ,高壓竄入控制室 ,使監(jiān)測或控制設備發(fā)生誤動或拒動而擴大事故 ,帶來巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。
一、原因分析
1、根據(jù)有關的開挖資料與地質資料調查情況，接地網(wǎng)腐蝕原因大致有以下特點：周圍土壤鹽堿化嚴重 , 導致接地體腐蝕程度高;地下水位高、土壤潮濕和容易積水使得接地體腐蝕嚴重 ; 接地引下線普遍在入地處和距地表面深100～400 mm 的地段腐蝕很嚴重; 接地體中水平敷設的扁鋼因積水 ,腐蝕速度快 ,比與地面垂直敷設的鋼管腐蝕嚴重; 廠址臨近化工廠 , 大氣質量惡劣 ,加重了其地網(wǎng)腐蝕程度影響接地體金屬腐蝕的主要因素。
(1)土壤的孔隙度較大 , 有利于氧和水分的保持 , 這是腐蝕發(fā)生的促進因素。當土壤含水量大于85 %時 , 氧的擴散滲透受到了阻礙 , 腐蝕減弱; 當土壤含水量小于 10 %時 ,由于水分的缺乏 ,陽極極性和土壤電阻比加大 ,腐蝕速度又急速降低。
(2) 土壤溫度晝夜溫差大 ,很容易在金屬上凝結水分微粒 , 且因溫差電池的形成 , 加快腐蝕 , 這也是開挖地網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)同埋一處的水平接地體比垂直方向的接地體容易腐蝕的原因。
(3) 通常土壤中含鹽量約為 80～1 500 mg/ L ,地處沿海地區(qū)大部分土壤的p H 值在 8. 4～9. 5 之間 ,從而加快了土壤的腐蝕速度。
(4) 土壤中含有硫酸鹽 , 在缺氧的情況下 , 硫酸鹽還原細菌就會繁殖起來 , 利用金屬表面的氫把SO42 -還原 , 在鐵的表面的腐蝕產(chǎn)物是黑色 FeS。在多數(shù)情況下土壤腐蝕性均用土壤電阻率來衡量。
而土壤電阻率直接受土壤孔隙度、 濕度、 溫度、 酸度、含鹽量和有機質的影響 , 因此土壤電阻率是反映土壤理化性質的一個綜合指標。一般情況對于地網(wǎng)土壤電阻率為 30Ω·m ,腐蝕性質是非常強的。
2、據(jù)有關資料表明，在我國由于地網(wǎng)發(fā)生斷裂、斷點而引起的電力系統(tǒng)的事故時有發(fā)生 ,每次事故都帶來了巨大的經(jīng)濟損失?？偟臍w結發(fā)生斷裂、斷點的原因有：
（1）在接地網(wǎng)竣工之后, 沒有認真執(zhí)行驗收手續(xù)，接地網(wǎng)的均壓導體常因施工時焊接不良或漏焊。在投入運行后發(fā)生接地短路故障，而短路故障電流的電動力作用,使地網(wǎng)均壓導體之間或接地引線與均壓導體之間存在電氣連接斷裂、斷點現(xiàn)象。
（2）焊接處防腐處理不當，加上土壤的腐蝕以及可能由于熱穩(wěn)定不足在部分接地網(wǎng)在相間短路時燒斷。
由此可見 ,接地網(wǎng)的故障已是電力系統(tǒng)安全運行的心腹大患 ,我們不但要進行系統(tǒng)的原因分析，診斷出接地網(wǎng)的斷點及地網(wǎng)的腐蝕情況，而且還要把它列入一項重大反事故措施，并進行切實有效的改造。過去一般都是在發(fā)現(xiàn)接地電阻不合格或出現(xiàn)事故后 ,通過簡單的開挖查找地網(wǎng)的電氣連接故障點或腐蝕段 ,這種方法帶有盲目性、 工作量大、 速度慢 ,并且還受現(xiàn)場運行的限制。下面本人就變電站接地網(wǎng)的故障提出解決方法與改造建議：
一、解決地網(wǎng)腐蝕的方法
1、加大接地體截面
近幾年來 , 為了避免腐蝕引發(fā)事故擴大等不安全因素 ,設計部門對電力設備地網(wǎng)的設計采取逐年增大接地體截面的辦法: 輸電線路由初期的直徑 6 mm 逐年增大到直徑 10 mm 或 12 mm ,接地體鋼材比早期增加 4倍。對變電所的接地體由早期 12mm× 4mm扁鋼,增加到60mm× 6mm甚至80mm× 8mm ,比早期增加10倍(當中還有熱穩(wěn)定計算因素)。
2、采用銅或其它耐腐蝕的金屬以美國為代表的許多國家用銅做接地體 , 雖然提高接地體壽命 1～2倍,但增加投資成本 5～6倍。原蘇聯(lián)也曾用不銹鋼做接地體,比碳鋼成本高 3倍。
3、其它防腐蝕方法
常用鍍鋅法防腐 , 但鋅在鹽堿地很快會被氯離子腐蝕 ,有的地區(qū)用瀝青防腐 ,但增大了接地體的接觸電阻。
4、刷導電防腐涂料
目前 SE - 88導電防腐涂料 ,具有對人無過敏反應、 附著力良好、 防腐性能優(yōu)良、 施工簡易方便、 實用價值高、 導電性能好等特點。 上述 3種方法都存在投資較大或增大了接地體接觸電阻的問題。導電防腐涂料因具有價格及其它諸多優(yōu)勢 , 是我國目前解決接地網(wǎng)腐蝕的首選方法。
二、解決地網(wǎng)的斷裂、斷點的問題
接地體（線）的連接應采用焊接，焊接必須牢固無虛焊、假焊，接至電氣設備上的接地線，應用鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能焊接時，可用螺栓連接。螺栓連接處的接觸面應按《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定處理。接地體（線）的焊接應采用搭接焊，其搭接長度必須符合下類規(guī)定：
1）扁鋼為其寬度的2倍（且至少3個棱邊焊接）。
2）圓鋼為其直徑的6倍。
3）圓鋼與扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6倍。
4）扁鋼與鋼管、扁鋼與角鋼焊接時，為了連接可靠，除應在其接觸部位兩側進行焊接外，并應焊以由鋼帶彎成的弧形（或直角形）卡子或直接由鋼帶本身彎成弧形（或直角形）與鋼管（或角鋼）焊接。
利用各種金屬構件、金屬管道等作為接地線時，應保證其全長為完好的電氣通路。利用串聯(lián)的金屬構件、金屬管道作接地線時，應在其串接部分焊接金屬跨接線。
5）為了防止腐蝕，對各焊接口應刷防腐漆或瀝青漆進行防腐處理。對設備的接地線，要從與設備連接處到與水平均壓帶連接處刷瀝青漆或防銹漆和墨漆進行防腐處理。
三、接地網(wǎng)的改造建議
對于地網(wǎng)最基本的要求,首先是要有能承受一定接地短路電流的熱穩(wěn)定性;其次是地電位要限制在允許范圍內, 即接地電阻滿足設計要求; 第三是地網(wǎng)電位要均衡。因此在新設計、 敷設接地網(wǎng)時 ,還應考慮地質狀況和地網(wǎng)變電站地區(qū)的狀況 ,建議如下:
1、對于有通過大故障電流的設備 , 像變壓器中性點、 斷路器外殼、 開關構架和避雷器底座等 ,需用兩根接地引下線與地網(wǎng)的不同部位直接相連接 , 使故障電流有更多的流通路徑;電纜溝內屏蔽帶 ,應刷導電防腐涂料 ,并使之與地網(wǎng)多處連接。
2、為了使接地網(wǎng)均壓狀況良好 , 新敷設地網(wǎng)應取正方形 ,邊角采用圓弧形連接;為了改善地網(wǎng)的散流狀況,應敷設垂直接地極,其長度為 3 m 較為合適,并與水平地網(wǎng)可靠連接,水平地網(wǎng)埋設深度應為1m。
3、地網(wǎng)各個連接點均應采用焊接方式連接 ,焊口長度大于扁鋼寬度的 3倍 , 不能有汽泡、 假焊現(xiàn)象 ,焊口應纏麻 ,并刷導電防腐涂料。
4、適當加大接地引下線截面積。 現(xiàn)在普遍認為接地引下線的截面應不小于主網(wǎng)干線截面 , 通過熱穩(wěn)定校核公式并考慮到變電站10年發(fā)展規(guī)劃 ,其接地線熱穩(wěn)定最小截面為 200 mm2, 設計中水平網(wǎng)應采用 50mm×5mm鋼帶 , 垂直接地極采用 50mm ×50 mm ×5 mm 角鋼;所有接地體 ,包括接地引下線都應刷導電防腐涂料 ,以避免地網(wǎng)腐蝕。
信息來源：www.yztpdq.com 信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司生技部
一、原因分析
1、根據(jù)有關的開挖資料與地質資料調查情況，接地網(wǎng)腐蝕原因大致有以下特點：周圍土壤鹽堿化嚴重 , 導致接地體腐蝕程度高;地下水位高、土壤潮濕和容易積水使得接地體腐蝕嚴重 ; 接地引下線普遍在入地處和距地表面深100～400 mm 的地段腐蝕很嚴重; 接地體中水平敷設的扁鋼因積水 ,腐蝕速度快 ,比與地面垂直敷設的鋼管腐蝕嚴重; 廠址臨近化工廠 , 大氣質量惡劣 ,加重了其地網(wǎng)腐蝕程度影響接地體金屬腐蝕的主要因素。
(1)土壤的孔隙度較大 , 有利于氧和水分的保持 , 這是腐蝕發(fā)生的促進因素。當土壤含水量大于85 %時 , 氧的擴散滲透受到了阻礙 , 腐蝕減弱; 當土壤含水量小于 10 %時 ,由于水分的缺乏 ,陽極極性和土壤電阻比加大 ,腐蝕速度又急速降低。
(2) 土壤溫度晝夜溫差大 ,很容易在金屬上凝結水分微粒 , 且因溫差電池的形成 , 加快腐蝕 , 這也是開挖地網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)同埋一處的水平接地體比垂直方向的接地體容易腐蝕的原因。
(3) 通常土壤中含鹽量約為 80～1 500 mg/ L ,地處沿海地區(qū)大部分土壤的p H 值在 8. 4～9. 5 之間 ,從而加快了土壤的腐蝕速度。
(4) 土壤中含有硫酸鹽 , 在缺氧的情況下 , 硫酸鹽還原細菌就會繁殖起來 , 利用金屬表面的氫把SO42 -還原 , 在鐵的表面的腐蝕產(chǎn)物是黑色 FeS。在多數(shù)情況下土壤腐蝕性均用土壤電阻率來衡量。
而土壤電阻率直接受土壤孔隙度、 濕度、 溫度、 酸度、含鹽量和有機質的影響 , 因此土壤電阻率是反映土壤理化性質的一個綜合指標。一般情況對于地網(wǎng)土壤電阻率為 30Ω·m ,腐蝕性質是非常強的。
2、據(jù)有關資料表明，在我國由于地網(wǎng)發(fā)生斷裂、斷點而引起的電力系統(tǒng)的事故時有發(fā)生 ,每次事故都帶來了巨大的經(jīng)濟損失?？偟臍w結發(fā)生斷裂、斷點的原因有：
（1）在接地網(wǎng)竣工之后, 沒有認真執(zhí)行驗收手續(xù)，接地網(wǎng)的均壓導體常因施工時焊接不良或漏焊。在投入運行后發(fā)生接地短路故障，而短路故障電流的電動力作用,使地網(wǎng)均壓導體之間或接地引線與均壓導體之間存在電氣連接斷裂、斷點現(xiàn)象。
（2）焊接處防腐處理不當，加上土壤的腐蝕以及可能由于熱穩(wěn)定不足在部分接地網(wǎng)在相間短路時燒斷。
由此可見 ,接地網(wǎng)的故障已是電力系統(tǒng)安全運行的心腹大患 ,我們不但要進行系統(tǒng)的原因分析，診斷出接地網(wǎng)的斷點及地網(wǎng)的腐蝕情況，而且還要把它列入一項重大反事故措施，并進行切實有效的改造。過去一般都是在發(fā)現(xiàn)接地電阻不合格或出現(xiàn)事故后 ,通過簡單的開挖查找地網(wǎng)的電氣連接故障點或腐蝕段 ,這種方法帶有盲目性、 工作量大、 速度慢 ,并且還受現(xiàn)場運行的限制。下面本人就變電站接地網(wǎng)的故障提出解決方法與改造建議：
一、解決地網(wǎng)腐蝕的方法
1、加大接地體截面
近幾年來 , 為了避免腐蝕引發(fā)事故擴大等不安全因素 ,設計部門對電力設備地網(wǎng)的設計采取逐年增大接地體截面的辦法: 輸電線路由初期的直徑 6 mm 逐年增大到直徑 10 mm 或 12 mm ,接地體鋼材比早期增加 4倍。對變電所的接地體由早期 12mm× 4mm扁鋼,增加到60mm× 6mm甚至80mm× 8mm ,比早期增加10倍(當中還有熱穩(wěn)定計算因素)。
2、采用銅或其它耐腐蝕的金屬以美國為代表的許多國家用銅做接地體 , 雖然提高接地體壽命 1～2倍,但增加投資成本 5～6倍。原蘇聯(lián)也曾用不銹鋼做接地體,比碳鋼成本高 3倍。
3、其它防腐蝕方法
常用鍍鋅法防腐 , 但鋅在鹽堿地很快會被氯離子腐蝕 ,有的地區(qū)用瀝青防腐 ,但增大了接地體的接觸電阻。
4、刷導電防腐涂料
目前 SE - 88導電防腐涂料 ,具有對人無過敏反應、 附著力良好、 防腐性能優(yōu)良、 施工簡易方便、 實用價值高、 導電性能好等特點。 上述 3種方法都存在投資較大或增大了接地體接觸電阻的問題。導電防腐涂料因具有價格及其它諸多優(yōu)勢 , 是我國目前解決接地網(wǎng)腐蝕的首選方法。
二、解決地網(wǎng)的斷裂、斷點的問題
接地體（線）的連接應采用焊接，焊接必須牢固無虛焊、假焊，接至電氣設備上的接地線，應用鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能焊接時，可用螺栓連接。螺栓連接處的接觸面應按《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定處理。接地體（線）的焊接應采用搭接焊，其搭接長度必須符合下類規(guī)定：
1）扁鋼為其寬度的2倍（且至少3個棱邊焊接）。
2）圓鋼為其直徑的6倍。
3）圓鋼與扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6倍。
4）扁鋼與鋼管、扁鋼與角鋼焊接時，為了連接可靠，除應在其接觸部位兩側進行焊接外，并應焊以由鋼帶彎成的弧形（或直角形）卡子或直接由鋼帶本身彎成弧形（或直角形）與鋼管（或角鋼）焊接。
利用各種金屬構件、金屬管道等作為接地線時，應保證其全長為完好的電氣通路。利用串聯(lián)的金屬構件、金屬管道作接地線時，應在其串接部分焊接金屬跨接線。
5）為了防止腐蝕，對各焊接口應刷防腐漆或瀝青漆進行防腐處理。對設備的接地線，要從與設備連接處到與水平均壓帶連接處刷瀝青漆或防銹漆和墨漆進行防腐處理。
三、接地網(wǎng)的改造建議
對于地網(wǎng)最基本的要求,首先是要有能承受一定接地短路電流的熱穩(wěn)定性;其次是地電位要限制在允許范圍內, 即接地電阻滿足設計要求; 第三是地網(wǎng)電位要均衡。因此在新設計、 敷設接地網(wǎng)時 ,還應考慮地質狀況和地網(wǎng)變電站地區(qū)的狀況 ,建議如下:
1、對于有通過大故障電流的設備 , 像變壓器中性點、 斷路器外殼、 開關構架和避雷器底座等 ,需用兩根接地引下線與地網(wǎng)的不同部位直接相連接 , 使故障電流有更多的流通路徑;電纜溝內屏蔽帶 ,應刷導電防腐涂料 ,并使之與地網(wǎng)多處連接。
2、為了使接地網(wǎng)均壓狀況良好 , 新敷設地網(wǎng)應取正方形 ,邊角采用圓弧形連接;為了改善地網(wǎng)的散流狀況,應敷設垂直接地極,其長度為 3 m 較為合適,并與水平地網(wǎng)可靠連接,水平地網(wǎng)埋設深度應為1m。
3、地網(wǎng)各個連接點均應采用焊接方式連接 ,焊口長度大于扁鋼寬度的 3倍 , 不能有汽泡、 假焊現(xiàn)象 ,焊口應纏麻 ,并刷導電防腐涂料。
4、適當加大接地引下線截面積。 現(xiàn)在普遍認為接地引下線的截面應不小于主網(wǎng)干線截面 , 通過熱穩(wěn)定校核公式并考慮到變電站10年發(fā)展規(guī)劃 ,其接地線熱穩(wěn)定最小截面為 200 mm2, 設計中水平網(wǎng)應采用 50mm×5mm鋼帶 , 垂直接地極采用 50mm ×50 mm ×5 mm 角鋼;所有接地體 ,包括接地引下線都應刷導電防腐涂料 ,以避免地網(wǎng)腐蝕。
信息來源：www.yztpdq.com 信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司生技部
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