变电站接地装置的腐蚀危害及防腐措施.docx
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变电站接地装置的腐蚀危害及防腐措施
中国电力规划设计协会
供用电设计技术交流会资料
变电站接地装置的腐蚀、危害及防腐措施
郑州电力设计院
2009年11月
变电站接地装置的腐蚀、危害及防腐措施
张玉敏
郑州电力设计院450012
摘要:
接地装置在运行中起着非常关键的作用,是一次及二次设备的安全命脉,但因接地装置容易发生腐蚀,造成接地网局部断裂、接地线与接地网脱落,从而形成严重的接地隐患和构成事故。
若能解决好变电站接地装置腐蚀难题,满足高、低压电气设备长期、安全生产要求,保
障系统和设备的安全稳定运行,则能大大提高电网运行的经济效益和社会效益。
关键词:
电力系统;变电站;接地技术;接地装置;腐蚀;防腐;措施
1、前言
变电站的接地系统是维护电力系统安全可靠运行、保证运行人员和电气设备安全的根本保障和重要措施。
近年来,随着电力系统容量的迅速扩大,入地短路电流的大幅升高、先进监控设备抗干扰能力的减弱,我们更应该密切关注接地技术,接地技术也渐渐发展成为一门与电气工程、电气安全、电磁场理论、数值计算方法、地质勘探及测量技术等科学相关的交叉学科。
变电站的接地装置则在运行中起着非常关键的作用,是一次及二次设备的安全命脉,但因接地装置容易发生腐蚀,造成接地网局部断裂、接地线与接地网脱落,从而形成严重的接地隐患和构成事故。
目前,为了减少故障几率,均对变电站腐蚀情况采取了一系列的应对措施,若能解决好变电站接地装置腐蚀难题,满足高、低压电气设备长期、安全生产要求,保障系统和设备的安全稳定运行,则能大大提高电网运行的经济效益和社会效益。
2、腐蚀
我们仔细观察任何一种金属侵入电解液中都会发生如下现象:
金属晶格中的阳离子进入溶液中,留下负电荷,另一方面,溶解液中的阳离子也沉积到金属上,使金属的正电荷趋于过剩,总之,把金属侵入电解质溶液中,在金属和溶液中就会发生上述两种相反的作用。
当金属在电解液中,阳离子的溶液和沉析达到平衡后,都会形成一个稳定的电极电位,其大小取决于金属和电解液的特性、温度和浓度等因素,因此,不同金属在同一电解质溶液中的电极电位也不会相同,这就是金属的腐蚀及耐腐蚀性不同的原因,也表明不同的腐蚀介质、温度和浓度对金属的腐蚀速度均有影响。
我们常见的金属自然电位序列表为:
金>不锈钢>铜>标准氢电极>锡>铅>钢、铸铁>硬铝合金>铝>锌,我们可以知道金属是否容易受到腐蚀,即在自然电位序列中将不同位置的两种金属组合到一起时,将使贱金属成为阳极,贵金属成为阴极的电池,阳极将受到腐蚀。
如在钢制水槽旁附近若有铜棒或铜线的电极,则钢水槽首先受到腐蚀。
腐蚀可以从三方面定义:
i、由于材料与环境反应而引起的材料破坏和变质;
ii、除了单纯机械破坏以外的材料的一切破坏;
iii、冶金的逆过程
总之腐蚀是由于物质和环境反应而引起的损耗。
金属的腐蚀是金属表面与周围介质发生化学和电化学反应引起的破坏现象。
腐蚀过程是化学的、电化学的和物理的。
化学腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学反应而引起的腐蚀现象,其特点是腐蚀的过程中无电流产生;物理腐蚀是指单纯的物理溶解作用引起的破坏,如金属在高温溶盐、溶碱、液态金属相接触时就会出现这种腐蚀;电化学腐蚀时指金属表面与周围介质发生电化学反应而引起的腐蚀现象,其特点是腐蚀过程中有电流产生,金属在潮湿气体、海水、土壤及电解液溶液中的腐蚀过程绝大多数属于电化学腐蚀。
3、接地装置的腐蚀环境
接地装置的腐蚀环境主要分大气腐蚀和土壤腐蚀两种,在变电站中常见的这两种腐蚀是接地引下线和电缆沟内的均压带、各种垂直和水平接地体的腐蚀。
腐蚀的程度主要取决于用于保护构筑物和连接线埋在或浸没在腐蚀性环境中时会受到腐蚀的影响。
土壤中的含水量、电阻率、通气性和松紧度、土壤的PH值及土壤含盐量都对腐蚀有着直接的影响。
4、接地网腐蚀调查及相关危害
对一些变电站进行了开挖调查,发现均有不同程度的腐蚀,有的接地网的扁钢已被腐蚀掉80%且有多处断裂。
造成相关一次设备烧坏、二次设备被串入高压,严重威胁着设备和运行人员的安全。
郑州电力公司按照省公司《关于开展电力工程接地网接地装置普查的通知》(豫电〔2002〕402号)的要求,开展了认真细致的工作,对主设备接地检查的结果是:
所辖110KV变电站主设备接地存在的问题主要是常庄、孝义、马庄、卫星变电站的热稳定校核不符合要求,地网腐蚀严重,部分储油设备、主变中性点为单点接地,不满足两点接地的要求,龙门架是通过爬梯接地的,不符合要求。
对地网开挖检查36个变电站,除个别的腐蚀较严重其余的目前情况良好,符合要求。
其中对220kV金岱变电站进行的调查结果为:
i、敷设在电缆沟和经过电缆沟的接地线有一定腐蚀,原有40mm×4mm扁钢已不符合目前电力系统新提供的短路电流的要求,需更换为80mm×8mm热镀锌扁钢。
ii、运行的主接地网有一定腐蚀。
主接地网原有500mm2扁钢也已不符合目前电力系统新提供的短路电流的要求,需更换为800mm2镀锌扁钢。
iii、运行的避雷针地网有一定腐蚀。
总结:
腐蚀的原因是电缆沟内经常积水,比较潮湿,潮气在接地扁钢表面形成许多小水珠或一层水膜,氧气在水珠或水膜内的浓度不均匀,在水珠边缘和中心间形成氧浓差腐蚀电池,边缘部分为阴极,中心部分为阳极。
对110kV上街变电站进行的调查结果为:
主要设备接地引下线与地网导通情况的测试采用直流双臂电桥测量。
测量接线见图1:
测量结果:
地网.避雷针测试表:
测试地点
接地电阻
测试地点
接地电阻
避雷针
0.3
站用变(1#)
0.14
上2#主变
0.2
II窝上
0.13
10KV高压室
0.13
接地引下线导通情况测试表:
测试地点
参考地点
直流电阻
上1#主变
上2#主变
54
上1#主变
37
上1#主变
28
1#站用变
上1#站用变
28
10KV高压室柜
9999
整111汇控柜
II窝上2
20
滤波1
17
整112
21
I窝上2
15
上110KV东母南PT.上110KV西母PT
18
整113
19
上113
15
测试地点
参考地点
直流电阻
整114
14
上东110
16
上北110东母北PT
17
III窝上2
18
上112
18
上111
18
索上2
21
对110kV永安变电站进行的调查结果为:
地网.避雷针测试表:
测试地点
接地电阻
测试地点
接地电阻
永110西旁
0.3
永1#避雷针
0.4
永11表西
0.25
永2#避雷针
0.3
1#主变母线桥
0.28
永3#避雷针
0.5
永4#避雷针
0.5
接地引下线导通情况测试表:
测试地点
参考地点
直流电阻
II常永2
用110西旁刀闸
64
II常永2CT
56
II常永2甲
56
II常永2旁
78
II常永2A相抽压PT
88
永110CT
44
永110
33
I常永2OC
91
测试地点
参考地点
直流电阻
I常永2旁
62
I常永2甲
45
I常永CT
54
I常永开关
80
永通1开关
72
永通1CT
52
永通1甲刀
59
永通1旁刀
54
永通1A相抽压PT
73
35KV高压室
东南龙门架
102
10KV高压室
1#主变母线桥
98
永112甲
永11表西
62
永112CT
84
永112开关
54
永112东刀
63
II常永2东刀
60
永110东
52
永110联东
49
永110联西
41
永110西
54
永110KV西母PT
36
永110KV避雷器
50
2#主变
78
永112中地
84
1#主变
90
永111中地
102
永111甲
71
永111CT
56
永111开关
56
永111西
56
I常永2西
70
永通1西
57
由上述结果可知,接地引下线及地网均存在一定的腐蚀。
接地网损坏造成的危害有:
变电站接地网是防雷接地、保护接地、工作接地三者的统一;如果接地网损坏,雷电流就不能引入大地,雷电过电压对变电站设施及运行人员将造成危害;设备绝缘损害,危及人身安全,不能满足系统运行方式的需要,不能保证电气设备和二次系统在正常和事故状态下可靠工作。
5、腐蚀原因及相关建议
总结造成腐蚀的原因有如下几个方面:
i、接地网设计中没有充分重视按腐蚀条件合理选择导体的材料及截面积,譬如在腐蚀性较强的地区或重要变电站对接地装置使用功能和寿命要求较高的地区,应首先考虑选用铜材料。
优先采用圆棒性金属(铜或钢)作水平主接地极及接地引下线尽量避免使用扁钢。
对于选择接地线的截面如按公式Sg≥Ig√te/C,其中te取主保护动作时间tm、断路器失灵动作保护时间tf和断路器开断时间t0的算术和,如按te=0.5S选择接地截面则会偏小,应按te=2S选取较合适。
ii、对接地引线和接地网导体没有采取必要的防腐措施,这样随着时间的推移,导体的有效截面不断减小,以致不能满足热稳定和动稳定的要求,当工频接地短路电流或雷电流流经接地网时,可能因发热或电动力导致接地体和接地引线断裂,引起设备事故,造成巨大经济损失。
可以改变电缆沟的接地线的传统布置方式,可将电缆沟的接地线嵌于电缆沟混凝土两壁中,以降低防腐速度。
iii、施工方面的各种原因,如焊接有问题,还有不能保证接地体回填土的质量等。
6、防腐措施
接地体在土壤中的腐蚀主要原因是由于导体表面的物理化学的不均匀性,或是因为与不同材料的导体相邻近或相接触,和土壤中的电解质溶液构成原电池而引起的。
所以我们应该想办法消除形成腐蚀原电池的各种条件或尽量减缓极化反应速度。
现将目前常用的几种防腐措施进行分析。
i、正确选择导体材料
对接地体材料的选择应进行技术经济的全面分析比较。
目前普遍采用的接地网导体是铜和钢两种。
铜的抗腐蚀能力强,但与接地网连接或相邻的设备外壳、构架基础、电缆皮、水油气管道都是由钢铁或铅做成的,它们会与铜构成原电池,加速腐蚀。
考虑到未镀锌的钢铁在土壤中的腐蚀速率为铜的4~5倍,而镀锌钢的腐蚀速率一般为铜的1~2倍,我们目前采用的是镀锌钢为接地网导体材料。
但从长期运行的技术经济分析来说,采用铜接地体材料比钢接地体材料好。
ii、合理设计
设计中,在测量土壤电阻率的同时,测量该土壤对铜、钢、镀锌钢的腐蚀速率,并预期使用年限,考虑余度,考虑远期电网发展,计算按腐蚀要求所选导体截面与按热稳定要求所选导体截面相比较,取大者。
iii、采用阴极保护法
在变电站中埋入电位更负的活泼金属与被保护金属偶接,从而减缓或阻止腐蚀的作用。
根据提供保护电流方式的不同,阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流两种。
iv、合理施工
如为防止电偶腐蚀,缝隙腐蚀,应采用焊接,避免使用螺栓连接和压接。
焊接工艺中首推放热焊。
接地引下线由一般的防腐漆改为环氧沥青,也可考虑采用外包混凝土块的预制件作为接地引下线。
另外还有保证接地体回填土的质量等。
v、外层保护法
在导体表面用覆盖层是防止腐蚀最普遍的方法,覆盖层的作用在于使导体与外界隔离,以阻碍金属表面的微电池作用,覆盖分两类:
金属覆盖层和非金属覆盖;金属覆盖层如电镀铜钢导体,非金属覆盖层如油漆、沥青、塑料等。
电力系统中,土壤中普遍采用焦油沥青覆盖层,主要用于地下管道和地下引线的防腐。
采用金属覆盖层时,应注意覆盖层的完整性。
vi、采用缓蚀剂
缓蚀剂可以分为有机和无机两类。
缓蚀剂的作用是阻碍阳极反应或阴极反应或同时阻碍两种反应,其作用实质是阴极或阳极过程变缓慢。
vii、改变土壤环境
加强排水降低水位;埋设接地装置时回填腐蚀性小的土壤;往酸性土壤中接地装置的周围填充石灰石块。
viii、加强运行中的监测
按接地规程要求定期检测接地网的接地电阻,记录时间、温度和湿度,如接地电阻明显升高,应首先考虑网外的降阻剂是否失效,外引线是否腐蚀断裂,必要时开挖检查。
ix、接地网采用二重防腐措施
施工前,把镀锌扁钢(或圆钢)外再涂上一层导电防腐涂料,待涂完全干燥后埋入土壤中,可提高使用寿命,这就是大型接地网的二重防腐措施。
7、结论
总之,随着现代大电网向超高压、大容量和远距离方向的发展,对于电力系统安全、稳定及经济运行的要求越来越高,为了确保电网的安全稳定运行,提高供电的可靠性,必须配备一套与一次系统相适应的安全保护系统,因此需要一个良好的发电站接地装置,发电站的接地装置对于保证电力系统的安全运行起着至关重要的作用。
着力研究接地防腐措施势在必行!
让我们不断总结经验和教训,进一步提高防腐能力,为电力系统安全运行做出贡献。
8、地网开挖照片
上街变01上街变02
上街变03上街变04
永安变01永安变02
永安变03永安变04
参考文献
1李景禄变电站接地网运行中存在的问题及改进措施,高电压技术
2曾永林接地技术
3关根志超高压变电站一次线对二次线的干扰
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- 关 键 词:
- 变电站 接地装置 腐蚀 危害 防腐 措施