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变电站接地网锈蚀的研究与分析.doc

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- 1 -变电站接地网锈蚀防治对策的探讨(湖北黄石供电公司变电运行中心,湖北 黄石 435000)摘 要:变电站接地网目前广泛采用镀锌扁钢接地,运行年限增加时容易产生锈蚀,造成接地电阻增加,威胁设备和人身安全。本文结合黄石地区接地网历年开挖检查结果,分析了接地网锈蚀的主要部位和原因,从现场实际出发,创造性地提出了镀锌扁钢的“双接地” 防腐方案。通过方案对比,研究论证了“双接地”的可行性和经济性。关键词:变电站接地网;镀锌扁钢;锈蚀;双接地0 引言变电站接地网是确保人身、设备和电力系统安全运行的重要装置 [1,2] 。接地系统锈蚀已成为接地系统故障的主要元凶 [3]。 2008-2012 年黄石地区变电站接地网开挖结果显示,设备接地引下线和主地网中扁钢的锈蚀占接地系统腐蚀的 90%以上。因此,预防接地扁钢的锈蚀成了变电站安全运行亟待解决的现实问题。1 黄石地区接地网现状黄石供电公司变电运行中心现管辖 29 座变电站,运行年限超过 10 年的变电站 17 座,占总数的 59%,年限超过 30 年的变电站 10 座。2011 年黄石供电公司接地网专项检查情况如表1、表 2 所示。表 1 2011 年黄石地区接地网装设情况序号 铺设形式 变电站数目 规格(mm) 备注1 圆钢 1 四顾闸变 6kV 出线构架2 扁钢 3 40*4 王家坳、枫叶山、四顾闸变- 2 -3 扁钢 13 50*54 扁钢 11 60*6表 2 2011 年黄石地区变电站两点接地情况统计序号 设备类型总数(台)双扁钢接地(台) 单扁钢接地(台)1 变压器 53 53 02 主变中性点刀闸 67 67 03 断路器 242 242 04 电压互感器(不含组合设备) 230 138 925 电流互感器(不含组合设备) 668 562 1226 避雷器 445 217 228部分老旧变电站运行环境恶劣,接地网锈蚀严重,甚至存在锈断现象,随着运行年限增加已逐渐不能满足热稳定要求。2010 年四顾闸 110kV 变电站接地扁钢检查情况如下图 1 所示。- 3 -图 1 四顾闸变电站接地扁铁锈蚀情况2 接地网锈蚀原因分析2.1 主要锈蚀部位黄石地区变电站接地网锈蚀的主要部位有:1)接地引下线入地处,即空气与土壤交界处的土壤中部分。由于土壤的含氧量低于空气的含氧量,使接地引下线土壤中部分与地面上部分形成氧浓差电池,含氧量高的地面上部分为阴极,含氧量低的土壤中部分则为阳极,于是地面上部分腐蚀很小而土壤中部分腐蚀严重 [3];2)两种土壤的交界处。其主要原因是当接地体通过不同成分的土壤时,会形成腐蚀电偶;3)接地引下线在地中拐向主接地网的拐弯处以后的一段距离。主要原因一是垂直段与拐弯段之间存在氧浓差,二是拐弯处存在应力造成锈蚀 [4]。2.2 关键因素分析氧和水是土壤腐蚀的关键因素,开挖结果显示,不同土质的腐蚀程度也不同,排水性、通气性差而保持水分能力强的粘土和淤泥的细粒土壤比排水性和通气性良好的粗粒土壤(如石渣土)锈蚀严重 [5]。在偏酸性、含盐量高、风化石土壤和砂质土壤中,最易发生锈蚀,常见腐蚀部位如下图 2 所示。检查中还发现有很多设计施工方面的原因,如:接地体埋深不够,造成上层土壤含氧率较- 4 -高,吸氧腐蚀快 [6];用沙子、碎石和建筑垃圾作回填土;焊接不规范,焊接头存在虚焊、假焊现象,对焊接头未采取防腐措施;对接地引下线未采取过渡防腐措施,没有刷防腐漆等。图 2 接地网常见腐蚀部位3 接地网防锈措施3.1 常用防锈措施1)采取从地下与水平接地体连接处开始刷沥青漆或防锈漆的措施,直到地上与设备连接处,并定期进行维护 [6]。2)采用铜接地网替代钢接地网。国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》12.1.1.2 条明确规定:“对于 220kV 及以上重要变电站,当站址土壤和地下水条件会引起钢质材料严重腐蚀时,宜采用铜质材料的接地网。”3)在环境恶劣的变电站采用镀铜钢材料取代镀锌扁钢。IEEE80-2000 在导体的选择方面,明确指出:“铜材为最主要的水平接地导体材料,30%和 40%的镀铜钢材料也作为水平导体材料,垂直接地体的材料则主要为镀铜层不小于 0.25mm 厚度的镀铜钢接地棒” ,为保障接地系统40 年以上寿命,规定镀铜层厚度应不小于 0.254mm。4)在腐蚀性较强的土壤中采用钢接地网+金属涂敷层+ 牺牲阳极的阴极保护方式 [7]。5)采用热镀锌钢+ 纳米碳防腐导电涂料来减缓腐蚀速率 [8]。3.2 镀锌扁钢“双接地”方案- 5 -黄石地区变电站接地网开挖检查结果显示,接地网最易锈蚀的地方为接地引下线入地处和接地引下线在地中拐向主接地网的拐弯处以后的一段距离,如果在以上两个位置加焊一根扁钢,使该处的接地扁钢截面积增大一倍,将大大提高接地网的防腐蚀能力。镀锌扁钢“双接地”方案如下图 3 所示。土壤主接地网设备构架3 0 0300300300图 3 镀锌扁钢“双接地” 方案焊缝3006063 0 0单根镀锌扁钢图 4 扁钢“双接地” 焊接图由于“双接地” 在接地引下线入地处和拐弯处将两片镀锌扁钢叠焊在一起,减少了与土壤的接触面积。根据图 4 计算可知,与采用两根 60*6mm 的接地扁钢相比,采用接地引下线入地处上下 300mm 的“双接地” 扁钢可以减少与土壤的 45%接触面积,比采用两根独立的接地扁钢更科学合理。“双接地”较单根扁钢与土壤接触面积仅增加 1/10,但截面积却增加了一倍,因而使- 6 -用年限可延长约一倍的时间。在目前广泛使用的镀锌扁钢接地网的基础上,“双接地”只需在每处接地引下线处增加两根600mm 长的扁钢,容易实现,且一次性投资较省。3.3 方案对比以某 110kV 变电站(接地网面积 75*42m)为例,以上几种防腐方案对比如表 3 所示 [9]:表 3 几种防腐方案对比序号 材料类型 防腐性能 一次投资 使用时长 年费用 目前使用情况1 热镀锌钢 一般 25 万元 15 年 1.7 万元/年 广泛2 铜接地网 极佳 65 万元 30 年 2.2 万元/年 较少3 镀铜热镀锌钢的 2-3 倍45 万元随厚度而定,可达 40 年1.1 万元/年 推广中4热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料优良 30 万元 30-50 年 0.6-1.0 万元/年 推广中5钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极的阴极保护方式优良 34 万元随一次性投资和维护质量而定( 30-40 年)0.9-1.1 万元/年 推广中6 “双接地” 优良 27 万元 30 年 0.9 万元/年 无镀锌扁钢刷沥青漆或防锈漆的措施在一定程度上能够减缓接地网锈蚀,但不能从根本上解决锈蚀问题,且维护量大,年费用高。采用铜接地网一次投资费用高,目前在国内较少使用。采用镀铜钢接地一次性投资为镀锌扁钢的 1.8 倍左右,热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料和钢接地- 7 -网+金属涂敷层+ 牺牲阳极的阴极保护方式一次性投资为镀锌扁钢的 1.3 倍左右,其防腐效果还需实践验证。镀锌扁钢“双接地”方案从现场实际出发,从关键点入手,简单易行。其一次投资成本仅为传统热镀锌扁钢的 1.1 倍,使用年限却可延长一倍,经济效益显著,且实施简单,在目前广泛使用的镀锌扁钢接地网的基础上改造方便,具有现场可行性。3.4 预防接地网锈蚀的管理措施1)预防接地网锈蚀,应加强接地网施工过程的监管力度,保证施工工艺:①焊接牢固、无虚焊,焊接结束后去除残留焊药、表面除锈后作防腐处理。②镀锌钢材在锌层破坏处、切断面进行防腐处理。③110kV 变电站水平接地体采用 60*6mm 镀锌扁钢,220kV 变电站采用 80*8mm 镀锌扁钢,扁钢弯曲时,采用机械冷弯,避免热弯损坏锌层。④焊接位置及锌层破损处应防腐,接地扁钢埋深应足够,一般应大于 0.8m。2)加强接地网验收质量。在接地沟回填土前必须经过运行人员的验收,合格后方可进行回填工作。同时做好隐蔽工程的记录,拍摄照片存档。回填土内不得夹有石块和建筑垃圾,并避免施工残物回填,外取的土壤不得有较强的腐蚀性,回填土应分层夯实,保证土壤与接地装置的有效接触面积。3)提升接地网锈蚀的检测与评价水平①不断提高试验水平,将接地网导通试验作为常规试验方法定期进行检测,及时掌握接地系统的具体数据,为在运变电站确定接地网合理的检修周期,使接地网的状态检修成为可能。②定期对变电站土壤特性和接地网耐腐蚀性进行评价,预测接地装置的使用寿命,为变电站接地网设计提供可靠的依据,指导其正确选材 [10],并推广行之有效的防腐方案。4 结语综上所述,黄石地区变电站接地网防腐改造思路为:- 8 -1)从接地网历年开挖检查结果可知,采用圆钢接地的四顾闸变电站存在锈断现象,最小处截面不到原来的 1/3,建议将圆钢全部更换为镀锌扁钢。2)建议将王家坳、枫叶山、四顾闸 110kV 变电站的 40*4mm 接地扁钢全部更换为60*6mm 镀锌扁钢,以满足热稳定要求。2011 年 4 月铜录山变电站接地网全部改造更换完毕,取得了很好的成效。3)根据未来 5-10 年黄石地区变电站接地扁钢锈蚀情况逐步推广镀锌扁钢“ 双接地”改造方案,并论证其使用效果。同时根据其他防腐方案在国内外的实际效果,联合使用镀铜钢接地网、热镀锌钢+纳米碳防腐导电涂料接地网或钢接地网+金属涂敷层+牺牲阳极的阴极保护方式接地网。4)不断提高变电站接地网设计、施工、验收、试验和检修维护水平。- 9 -参考文献[1]谢广润.电力系统接地技术 [M].北京:中国电力出版社,1991[2]刘健,王树奇,李志忠等. 接地网腐蚀故障诊断的可测性研究[J].高电压技术,2008.34(1):64-69[3]陆培钧,黄松波,豆朋等. 佛山地区变电站接地网腐蚀状况分析[J].高电压技术,2008.34(9)1996-1998[4]肖鱼.发电厂及变电站接地系统腐蚀问题的防范[J].产业与科技论坛, 2012.11(7):68-69[5]吴向东.500kV 输电线路接地网腐蚀分析及防护措施[J]. 腐蚀与防护,2002.23(12)545-546[6]郭欣.变电站接地装置的腐蚀原因及防腐措施[J].青海电力, 2009.28(3)42-46[7]贝克曼 W V.阴极保护手册电化学保护的理论与实践[M]. 北京:化学工业出版社, 2005[8]李宁凯.滨海发电厂防腐蚀接地方法探讨[J].能源与节能, 2012(4)72-73[9]欧洲华.变电站接地装置的腐蚀机理及防腐措施研究[J].中国西部科技, 2009.8(19)4-5[10]郑敏聪,陈自年,李建华. 大型变电站接地装置腐蚀规律及防腐[J].华东电力,2009.37(9)1465-1467
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