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变电站地网腐蚀和接地电阻偏高问题分析

时间:2019-10-06 10:07作者:王海龙 朱天昱
本文导读:这是一篇关于变电站地网腐蚀和接地电阻偏高问题分析的文章,在变电站地网施工中,地网腐蚀和接地电阻偏高是我们应当重视的两个问题。对于前者,我们可以采取改变土壤环境、用覆盖层保护、选择合适的地网材料以及阴极保护等方法,以防止地网受到土壤腐蚀。

  摘要:文章分析了造成地网腐蚀和接地电阻偏高问题的原因,并尝试提出相应的解决措施。对于地网腐蚀,我们可以采取改变土壤环境、用覆盖层保护、选择合适的地网材料以及阴极保护等方法,以防止地网受到土壤腐蚀。对于接地电阻偏高,我们可以采用外引式接地,对土壤进行改良,深埋接地极,采用接地电阻降阻剂,以及扩大接地网尺寸,从而改善接地电阻。

  关键词:变电站地网; 腐蚀; 接地电阻;

  作者简介:  王海龙(1980, 01-),男,汉族,甘肃正宁人,本科,助理工程师,研究方向:变电站电气安装施工;;  朱天昱(1989, 03-),男,汉族,湖南湘乡人,本科,助理工程师,研究方向:变电站电气安装施工。;

  Abstract:This paper analyzes the causes of the corrosion of the ground grid and the high grounding resistance, and tries to put forward the corresponding solutions. For the ground grid corrosion, we can change the soil environment, use the cover layer to protect, select the suitable ground grid material and cathodic protection and so on, in order to prevent the ground grid from being corroded by soil. For the high grounding resistance, we can use external grounding, improve the soil, deeply buried grounding electrode, use grounding resistance reducing agent, and expand the size of the grounding grid, so as to improve the grounding resistance.

  Keyword:substation grounding grid; corrosion; grounding resistance;

  随着我国电网逐渐向远距离、大容量、超高电压方向的发展,社会公众对于电力系统安全、稳定运行的要求愈来愈高,为了确保电网的安全稳定运行,提高供电可靠性,就需要设置相适应的安全保护系统,接地网工程建设的质量在其中是关键因素。而从目前变电站地网施工情况来看,主要存在地网腐蚀和接地电阻偏高的问题。本文分析了造成这两种问题产生的原因,并尝试提出相应的解决措施,希望有助于促进我国变电站地网施工质量的提升。

  1、地网腐蚀问题及解决措施

  1.1 地网腐蚀原因分析

  变电站接地网腐蚀的原因通常可以分为以下类型:土壤杂散电流腐蚀因素、细菌微生物腐蚀因素、电化学腐蚀因素。其中,第三种原因是最为常见的,又可以具体分为微电池腐蚀和宏电池腐蚀。

  微电池腐蚀是由于金属成分、结构和物理状态不均匀或表面薄膜不完整造成的。金属表面的微观不均匀性导致金属表面不同部位的电位差,从而形成了许多的微阴极区阳极区和微阴极区,在土壤中形成了腐蚀性微电池,从而导致了土壤对金属的持续腐蚀。由于这一反应并不能为人们所观察到,而且微电池的反应较弱,腐蚀均匀,在实践中不会造成严重的危害。因此,在实践中,人们主要关注的是宏电池腐蚀,这种腐蚀的危害更大。[1]

  当同一接地网在两种不同的土壤中时,两种土壤的金属离子浓度存在差异,而且两个位置的电极电位也各不相同,可能使不同部位的金属成分产生一定的电位差,形成腐蚀电流,由此造成宏电池腐蚀的现象。这种腐蚀具有局部腐蚀的属性,对地下接地网设施会产生危害,易造成腐蚀破坏。不同土壤交界处的接地网容易腐蚀,如接地网上线在靠近地面的位置往往腐蚀较为严重。

  1.2 地网防腐蚀措施

  第一,改变土壤环境。在地网工程施工设计前,技术人员就应对接地网附近的土壤情况加以细致调查。土壤电阻率是表现土壤性质的主要指标之一,是我们挑选地网材料和采用防腐手段的重要前提。如果土壤电阻率超过要求,就可以应用降阻剂或降阻模块加以改善,使接地电阻减小,保障电流正常流动,以符合电气正常连接的要求。

  第二,使用覆盖层。应用覆盖层是防止金属腐蚀最主要的方式。因为接地网具有放电能力,会过度降低接地网的电阻,因而不可采用绝缘材料。实践中接地网往往使用镀锌层材料,但如果土壤腐蚀性较高,此种材料被腐蚀的速度很快,难以使用较长的时间。而且,如果覆盖层出现针孔、破裂等状况,将形成阴极大、阳极小的腐蚀电池,从而还会使得碳钢产生局部腐蚀的现象,出现穿孔甚至断裂。[2]因而,对于具有强腐蚀性的土壤,覆盖层不易起到有效保护的作用。而对于电压等级较高的变电站接地网,因为接地网短路电流较强,对覆盖层的厚度和功能需求较高,采用这一方式加以保护比较常见。但如果没有妥善使用,这一方式不仅难以发挥作用,有时候还会产生更为严重的腐蚀问题。

  第三,为地网选择合理的材料。目前,在建设中,接地网材料往往应用碳钢材料,原因在于这种材料价格较低、施工便捷。但在普通土壤中,这种材料的年平均腐蚀速率达到0.2mm/a,若在酸性条件下,其腐蚀速率甚至会达到普通土壤的七倍以上,如果污染状况比较严重,这种材料的腐蚀速率有时会达到普通土壤的十余倍。为了解决这一问题,施工中会以铜对这种材料加以替代。虽然铜在抗腐蚀方面的表现较好,但成本很高。目前,我国实践中已经开始使用复合材料,效果较好。这种材料的优势在于可以按照土壤的特性和腐蚀介质的状况决定复合层,并使用多样化的材料确定厚度,因而能够具有较长的使用寿命,接地效果也较好。

  第四,阴极保护。这种方法属于电化学保护,在被腐蚀的金属结构表层施加电流,之转化为阴极,减少由于腐蚀所造成的电子迁移,从而起到保护作用。这种方法具体可以分为两类:外加电流法和牺牲阳极法。前者是借助外接直流电源和辅助阳极把电子由土壤里导入被保护金属中,使其结构电位比周边更低,由此防止腐蚀。因为输出保护电流可以调节,使用这种方法可以实现保护电流密度的要求。而后者则是把具有更多负电位和锌等的金属电连接到受保护的金属结构上,并在同一电解质中,通过不断地溶解和消耗电负性金属或合金,金属上的电子被转移到受保护的金属上,并向受保护的金属提供保护电流以使金属接合,从而起到保护作用。

变电站

  2、变电站地网接地电阻的降低

  2.1 变电站地网接地电阻问题

  变电站接地是确保工作人员安全和电气设备及过电压保护装置稳定运行的主要技术手段之一。这一手段不仅为变电所中的设施设备提供了一个通用的参考场所,而且在系统运行出现问题的时候可以立即释放故障电流,由此防止变电所的接地电位升高,保证运行的稳定和安全,以防止出现更为严重的事故。

  在接地短路故障或其他大电流进入电力系统接地的时候,若接地电阻值过大,接地网的局部电压就会出现异常升高的情况。除了对工作人员的人身造成危害之后,二次设备的绝缘也会由于反击而造成损坏。如果高压串入控制室,对监测或控制设施造成损害,就会造成严重的财产损失。[3]而设备的损坏,不但会造成巨额的经济损失,而且也会影响大众的工作和生活。因而,接地网的接地电阻能够符合技术规范的要求,与变电站的正常运行密切相关。而接地电阻值则是评判接地系统能够符合要求的重要指标之一。在我国电力工业发展过程中,电网规模日益扩大,而系统电压水平也随之提升,接地短路电流不断增大。在这种情况下,科学合理的接地系统愈来愈关键。由于我国政策对农田保护有具体的规定,应尽可能减少农田的使用,因而愈来愈多的变电站建设在丘陵地区。在这些地区,因为岩石、沙子所产生的影响,土壤本征电阻率通常较高,难以实现接地网建设需求的接地电阻。

  2.2 变电站地网接地电阻的改善

  第一,使用外引式接地方式。若变电站周围存在土壤电阻率较低的区域,我们就能够在室外感应接地,连接应不少于两条干线。在建设过程中,我们应当考虑接地干线电阻的作用,因而外引线不应超过一百米的长度。实践的效果说明,当水平接地体长度得到增加的时候,电感的影响也随之增大,冲击系数增加。而当接地体长度增加到一定程度时,即使继续延长,亦不会改变冲击接地电阻。

  第二,对土壤加以改良。我们可以在接地体附近使用盐、木炭、电石渣、石灰等物质,改善土壤的导电性。比如,使用盐以后,沙土的电阻率可降低三分之一至二分之一,多岩土的电阻率可降低百分之六十。而且,这一手段的成本不高,效果也较为显着。但这一方法的缺点在于接地性能的稳定性不强,接地体更加容易受到土壤的腐蚀,减少接地体的使用年限。另外,我们还可以直接替换接地体附近的土壤,以改善电阻率。

  第三,接地电极深埋。如果土壤电阻率比较低或存在地下水的时候,埋深接地极能够起到降低接地电阻的作用。这一方式在沙地土壤中能够产生显着的作用。按照现有资料,三米深土壤阻力系数为百分之百,四米深土壤阻力系数为百分之七十五,五米深土壤阻力系数为百分之六十,六点五米深土壤阻力系数为百分之五十。采用这一方式,我们可以忽略土壤冻干所造成的阻力系数的提高,但同时也会增加建设的难度,成本也随之增加。

  第四,采用接地电阻降阻剂。这种材料是由良好的电解质和导电性强的水所构成,能够有效降低高土壤电阻率接地体电阻。电解质和水杯网状胶体所包围,发生水解现象,充满胶体,因而不会产生流失的情况,可以在比较长的时间内具有较好的导电性。在接地体附近使用降阻剂之后,还应扩大接地极的尺寸,降低接地极与周围接地介质的接触电阻。

  3、结束语

  在变电站地网施工中,地网腐蚀和接地电阻偏高是我们应当重视的两个问题。对于前者,我们可以采取改变土壤环境、用覆盖层保护、选择合适的地网材料以及阴极保护等方法,以防止地网受到土壤腐蚀。对于后者,我们可以采用外引式接地,对土壤进行改良,深埋接地极,采用接地电阻降阻剂,以及扩大接地网尺寸,从而改善接地电阻。

  参考文献

  [1]芦保民。浅论变电站地网建设与改造质量控制与改进[J].电子世界,2014 (1) .
  [2] 李耐心,李爱民,尹伟。浅谈变电站接地网施工中应注意的问题[J].华北电力技术,2009 (3) .
  [3]韩涛。变电站地网存在的问题及改造意见[J].河北电力技术,2002 (8) .

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