防治变电站接地网锈蚀的研究与分析

陈东明

【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。并通过实践证明其可行性和经济性。

【关键词】变电站接地网 镀锌扁钢 锈蚀 双接地

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]。2008-2015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 接地网锈蚀原因分析

1.1 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]。

1.2 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。

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。

2 接地网防锈措施

2.1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]。

2.2 镀锌扁钢“双接地”方案

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；如图1所示。

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1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，每年维护费用也较低。通过在黄石110kV铜录山变电站接地网进行全站改造，其一次投资成本仅为27万，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 结语

综上所述，为不断提高黄石地区变电站接地网设计、施工、验收、试验和检修维护水平。结合未来5-10年黄石地区变电站接地扁钢锈蚀情况应逐步推广镀锌扁钢“双接地”改造方案，尤其可推广应用于线路接地网重点锈蚀部位的防治。

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WV.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.