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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(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、保障運(yùn)行人員和電氣設(shè)備安全的重要措施。構(gòu)成接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體常因施工時(shí)焊接不良或漏焊、埋設(shè)深度不足、土壤的腐蝕、接地短路電流的電動(dòng)力作用等原因 ,使地網(wǎng)均壓導(dǎo)體之間或接地引線與均壓導(dǎo)體之間存在電氣連接不良故障點(diǎn)。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(yùn)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(shè)備的絕緣遭到破壞 ,高壓竄入控制室 ,使監(jiān)測(cè)或控制設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)而擴(kuò)大事故 ,帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。
一、原因分析
1、根據(jù)有關(guān)的開挖資料與地質(zhì)資料調(diào)查情況，接地網(wǎng)腐蝕原因大致有以下特點(diǎn)：周圍土壤鹽堿化嚴(yán)重 , 導(dǎo)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(yán)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(yán)重; 接地體中水平敷設(shè)的扁鋼因積水 ,腐蝕速度快 ,比與地面垂直敷設(shè)的鋼管腐蝕嚴(yán)重; 廠址臨近化工廠 , 大氣質(zhì)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(jìn)因素。當(dāng)土壤含水量大于85 %時(shí) , 氧的擴(kuò)散滲透受到了阻礙 , 腐蝕減弱; 當(dāng)土壤含水量小于 10 %時(shí) ,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(jié)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(xì)菌就會(huì)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(jī)質(zhì)的影響 , 因此土壤電阻率是反映土壤理化性質(zhì)的一個(gè)綜合指標(biāo)。一般情況對(duì)于地網(wǎng)土壤電阻率為 30Ω·m ,腐蝕性質(zhì)是非常強(qiáng)的。
2、據(jù)有關(guān)資料表明，在我國(guó)由于地網(wǎng)發(fā)生斷裂、斷點(diǎn)而引起的電力系統(tǒng)的事故時(shí)有發(fā)生 ,每次事故都帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失?？偟臍w結(jié)發(fā)生斷裂、斷點(diǎn)的原因有：
（1）在接地網(wǎng)竣工之后, 沒有認(rèn)真執(zhí)行驗(yàn)收手續(xù)，接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體常因施工時(shí)焊接不良或漏焊。在投入運(yùn)行后發(fā)生接地短路故障，而短路故障電流的電動(dòng)力作用,使地網(wǎng)均壓導(dǎo)體之間或接地引線與均壓導(dǎo)體之間存在電氣連接斷裂、斷點(diǎn)現(xiàn)象。
（2）焊接處防腐處理不當(dāng)，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(shí)燒斷。
由此可見 ,接地網(wǎng)的故障已是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的心腹大患 ,我們不但要進(jìn)行系統(tǒng)的原因分析，診斷出接地網(wǎng)的斷點(diǎn)及地網(wǎng)的腐蝕情況，而且還要把它列入一項(xiàng)重大反事故措施，并進(jìn)行切實(shí)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(jiǎn)單的開挖查找地網(wǎng)的電氣連接故障點(diǎn)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(chǎng)運(yùn)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(kuò)大等不安全因素 ,設(shè)計(jì)部門對(duì)電力設(shè)備地網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(duì)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(dāng)中還有熱穩(wěn)定計(jì)算因素)。
2、采用銅或其它耐腐蝕的金屬以美國(guó)為代表的許多國(guó)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(huì)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(dǎo)電防腐涂料
目前 SE - 88導(dǎo)電防腐涂料 ,具有對(duì)人無過敏反應(yīng)、 附著力良好、 防腐性能優(yōu)良、 施工簡(jiǎn)易方便、 實(shí)用價(jià)值高、 導(dǎo)電性能好等特點(diǎn)。 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(dǎo)電防腐涂料因具有價(jià)格及其它諸多優(yōu)勢(shì) , 是我國(guó)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(diǎn)的問題
接地體（線）的連接應(yīng)采用焊接，焊接必須牢固無虛焊、假焊，接至電氣設(shè)備上的接地線，應(yīng)用鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能焊接時(shí)，可用螺栓連接。螺栓連接處的接觸面應(yīng)按《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定處理。接地體（線）的焊接應(yīng)采用搭接焊，其搭接長(zhǎng)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(gè)棱邊焊接）。
2）圓鋼為其直徑的6倍。
3）圓鋼與扁鋼連接時(shí)，其長(zhǎng)度為圓鋼直徑的6倍。
4）扁鋼與鋼管、扁鋼與角鋼焊接時(shí)，為了連接可靠，除應(yīng)在其接觸部位兩側(cè)進(jìn)行焊接外，并應(yīng)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(gòu)件、金屬管道等作為接地線時(shí)，應(yīng)保證其全長(zhǎng)為完好的電氣通路。利用串聯(lián)的金屬構(gòu)件、金屬管道作接地線時(shí)，應(yīng)在其串接部分焊接金屬跨接線。
5）為了防止腐蝕，對(duì)各焊接口應(yīng)刷防腐漆或?yàn)r青漆進(jìn)行防腐處理。對(duì)設(shè)備的接地線，要從與設(shè)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(jìn)行防腐處理。
三、接地網(wǎng)的改造建議
對(duì)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(nèi), 即接地電阻滿足設(shè)計(jì)要求; 第三是地網(wǎng)電位要均衡。因此在新設(shè)計(jì)、 敷設(shè)接地網(wǎng)時(shí) ,還應(yīng)考慮地質(zhì)狀況和地網(wǎng)變電站地區(qū)的狀況 ,建議如下:
1、對(duì)于有通過大故障電流的設(shè)備 , 像變壓器中性點(diǎn)、 斷路器外殼、 開關(guān)構(gòu)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(nèi)屏蔽帶 ,應(yīng)刷導(dǎo)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(shè)地網(wǎng)應(yīng)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(yīng)敷設(shè)垂直接地極,其長(zhǎng)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(shè)深度應(yīng)為1m。
3、地網(wǎng)各個(gè)連接點(diǎn)均應(yīng)采用焊接方式連接 ,焊口長(zhǎng)度大于扁鋼寬度的 3倍 , 不能有汽泡、 假焊現(xiàn)象 ,焊口應(yīng)纏麻 ,并刷導(dǎo)電防腐涂料。
4、適當(dāng)加大接地引下線截面積。 現(xiàn)在普遍認(rèn)為接地引下線的截面應(yīng)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(shè)計(jì)中水平網(wǎng)應(yīng)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(yīng)刷導(dǎo)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(yáng)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(guān)的開挖資料與地質(zhì)資料調(diào)查情況，接地網(wǎng)腐蝕原因大致有以下特點(diǎn)：周圍土壤鹽堿化嚴(yán)重 , 導(dǎo)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(yán)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(yán)重; 接地體中水平敷設(shè)的扁鋼因積水 ,腐蝕速度快 ,比與地面垂直敷設(shè)的鋼管腐蝕嚴(yán)重; 廠址臨近化工廠 , 大氣質(zhì)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(jìn)因素。當(dāng)土壤含水量大于85 %時(shí) , 氧的擴(kuò)散滲透受到了阻礙 , 腐蝕減弱; 當(dāng)土壤含水量小于 10 %時(shí) ,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(jié)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(xì)菌就會(huì)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(jī)質(zhì)的影響 , 因此土壤電阻率是反映土壤理化性質(zhì)的一個(gè)綜合指標(biāo)。一般情況對(duì)于地網(wǎng)土壤電阻率為 30Ω·m ,腐蝕性質(zhì)是非常強(qiáng)的。
2、據(jù)有關(guān)資料表明，在我國(guó)由于地網(wǎng)發(fā)生斷裂、斷點(diǎn)而引起的電力系統(tǒng)的事故時(shí)有發(fā)生 ,每次事故都帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失?？偟臍w結(jié)發(fā)生斷裂、斷點(diǎn)的原因有：
（1）在接地網(wǎng)竣工之后, 沒有認(rèn)真執(zhí)行驗(yàn)收手續(xù)，接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體常因施工時(shí)焊接不良或漏焊。在投入運(yùn)行后發(fā)生接地短路故障，而短路故障電流的電動(dòng)力作用,使地網(wǎng)均壓導(dǎo)體之間或接地引線與均壓導(dǎo)體之間存在電氣連接斷裂、斷點(diǎn)現(xiàn)象。
（2）焊接處防腐處理不當(dāng)，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(shí)燒斷。
由此可見 ,接地網(wǎng)的故障已是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的心腹大患 ,我們不但要進(jìn)行系統(tǒng)的原因分析，診斷出接地網(wǎng)的斷點(diǎn)及地網(wǎng)的腐蝕情況，而且還要把它列入一項(xiàng)重大反事故措施，并進(jìn)行切實(shí)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(jiǎn)單的開挖查找地網(wǎng)的電氣連接故障點(diǎn)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(chǎng)運(yùn)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(kuò)大等不安全因素 ,設(shè)計(jì)部門對(duì)電力設(shè)備地網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(duì)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(dāng)中還有熱穩(wěn)定計(jì)算因素)。
2、采用銅或其它耐腐蝕的金屬以美國(guó)為代表的許多國(guó)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(huì)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(dǎo)電防腐涂料
目前 SE - 88導(dǎo)電防腐涂料 ,具有對(duì)人無過敏反應(yīng)、 附著力良好、 防腐性能優(yōu)良、 施工簡(jiǎn)易方便、 實(shí)用價(jià)值高、 導(dǎo)電性能好等特點(diǎn)。 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(dǎo)電防腐涂料因具有價(jià)格及其它諸多優(yōu)勢(shì) , 是我國(guó)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(diǎn)的問題
接地體（線）的連接應(yīng)采用焊接，焊接必須牢固無虛焊、假焊，接至電氣設(shè)備上的接地線，應(yīng)用鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能焊接時(shí)，可用螺栓連接。螺栓連接處的接觸面應(yīng)按《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定處理。接地體（線）的焊接應(yīng)采用搭接焊，其搭接長(zhǎng)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(gè)棱邊焊接）。
2）圓鋼為其直徑的6倍。
3）圓鋼與扁鋼連接時(shí)，其長(zhǎng)度為圓鋼直徑的6倍。
4）扁鋼與鋼管、扁鋼與角鋼焊接時(shí)，為了連接可靠，除應(yīng)在其接觸部位兩側(cè)進(jìn)行焊接外，并應(yīng)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(gòu)件、金屬管道等作為接地線時(shí)，應(yīng)保證其全長(zhǎng)為完好的電氣通路。利用串聯(lián)的金屬構(gòu)件、金屬管道作接地線時(shí)，應(yīng)在其串接部分焊接金屬跨接線。
5）為了防止腐蝕，對(duì)各焊接口應(yīng)刷防腐漆或?yàn)r青漆進(jìn)行防腐處理。對(duì)設(shè)備的接地線，要從與設(shè)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(jìn)行防腐處理。
三、接地網(wǎng)的改造建議
對(duì)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(nèi), 即接地電阻滿足設(shè)計(jì)要求; 第三是地網(wǎng)電位要均衡。因此在新設(shè)計(jì)、 敷設(shè)接地網(wǎng)時(shí) ,還應(yīng)考慮地質(zhì)狀況和地網(wǎng)變電站地區(qū)的狀況 ,建議如下:
1、對(duì)于有通過大故障電流的設(shè)備 , 像變壓器中性點(diǎn)、 斷路器外殼、 開關(guān)構(gòu)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(nèi)屏蔽帶 ,應(yīng)刷導(dǎo)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(shè)地網(wǎng)應(yīng)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(yīng)敷設(shè)垂直接地極,其長(zhǎng)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(shè)深度應(yīng)為1m。
3、地網(wǎng)各個(gè)連接點(diǎn)均應(yīng)采用焊接方式連接 ,焊口長(zhǎng)度大于扁鋼寬度的 3倍 , 不能有汽泡、 假焊現(xiàn)象 ,焊口應(yīng)纏麻 ,并刷導(dǎo)電防腐涂料。
4、適當(dāng)加大接地引下線截面積。 現(xiàn)在普遍認(rèn)為接地引下線的截面應(yīng)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(shè)計(jì)中水平網(wǎng)應(yīng)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(yīng)刷導(dǎo)電防腐涂料 ,以避免地網(wǎng)腐蝕。
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