王海龍 朱天昱

摘? 要：文章分析了造成地網(wǎng)腐蝕和接地電阻偏高問(wèn)題的原因，并嘗試提出相應(yīng)的解決措施。對(duì)于地網(wǎng)腐蝕，我們可以采取改變土壤環(huán)境、用覆蓋層保護(hù)、選擇合適的地網(wǎng)材料以及陰極保護(hù)等方法，以防止地網(wǎng)受到土壤腐蝕。對(duì)于接地電阻偏高，我們可以采用外引式接地，對(duì)土壤進(jìn)行改良，深埋接地極，采用接地電阻降阻劑，以及擴(kuò)大接地網(wǎng)尺寸，從而改善接地電阻。

關(guān)鍵詞：變電站地網(wǎng);腐蝕;接地電阻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）27-0064-02

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.

Keywords： substation grounding grid; corrosion; grounding resistance

隨著我國(guó)電網(wǎng)逐漸向遠(yuǎn)距離、大容量、超高電壓方向的發(fā)展，社會(huì)公眾對(duì)于電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求愈來(lái)愈高， 為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行， 提高供電可靠性，就需要設(shè)置相適應(yīng)的安全保護(hù)系統(tǒng)，接地網(wǎng)工程建設(shè)的質(zhì)量在其中是關(guān)鍵因素。而從目前變電站地網(wǎng)施工情況來(lái)看，主要存在地網(wǎng)腐蝕和接地電阻偏高的問(wèn)題。本文分析了造成這兩種問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并嘗試提出相應(yīng)的解決措施，希望有助于促進(jìn)我國(guó)變電站地網(wǎng)施工質(zhì)量的提升。

1 地網(wǎng)腐蝕問(wèn)題及解決措施

1.1 地網(wǎng)腐蝕原因分析

變電站接地網(wǎng)腐蝕的原因通?？梢苑譃橐韵骂?lèi)型：土壤雜散電流腐蝕因素、細(xì)菌微生物腐蝕因素、電化學(xué)腐蝕因素。其中，第三種原因是最為常見(jiàn)的，又可以具體分為微電池腐蝕和宏電池腐蝕。

微電池腐蝕是由于金屬成分、結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)不均勻或表面薄膜不完整造成的。金屬表面的微觀不均勻性導(dǎo)致金屬表面不同部位的電位差，從而形成了許多的微陰極區(qū)陽(yáng)極區(qū)和微陰極區(qū)，在土壤中形成了腐蝕性微電池，從而導(dǎo)致了土壤對(duì)金屬的持續(xù)腐蝕。由于這一反應(yīng)并不能為人們所觀察到，而且微電池的反應(yīng)較弱，腐蝕均勻，在實(shí)踐中不會(huì)造成嚴(yán)重的危害。因此，在實(shí)踐中，人們主要關(guān)注的是宏電池腐蝕，這種腐蝕的危害更大。[1]

當(dāng)同一接地網(wǎng)在兩種不同的土壤中時(shí)，兩種土壤的金屬離子濃度存在差異，而且兩個(gè)位置的電極電位也各不相同，可能使不同部位的金屬成分產(chǎn)生一定的電位差，形成腐蝕電流，由此造成宏電池腐蝕的現(xiàn)象。這種腐蝕具有局部腐蝕的屬性，對(duì)地下接地網(wǎng)設(shè)施會(huì)產(chǎn)生危害，易造成腐蝕破壞。不同土壤交界處的接地網(wǎng)容易腐蝕，如接地網(wǎng)上線(xiàn)在靠近地面的位置往往腐蝕較為嚴(yán)重。

1.2 地網(wǎng)防腐蝕措施

第一，改變土壤環(huán)境。在地網(wǎng)工程施工設(shè)計(jì)前，技術(shù)人員就應(yīng)對(duì)接地網(wǎng)附近的土壤情況加以細(xì)致調(diào)查。土壤電阻率是表現(xiàn)土壤性質(zhì)的主要指標(biāo)之一，是我們挑選地網(wǎng)材料和采用防腐手段的重要前提。如果土壤電阻率超過(guò)要求，就可以應(yīng)用降阻劑或降阻模塊加以改善，使接地電阻減小，保障電流正常流動(dòng)，以符合電氣正常連接的要求。

第二，使用覆蓋層。應(yīng)用覆蓋層是防止金屬腐蝕最主要的方式。因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)具有放電能力，會(huì)過(guò)度降低接地網(wǎng)的電阻，因而不可采用絕緣材料。實(shí)踐中接地網(wǎng)往往使用鍍鋅層材料，但如果土壤腐蝕性較高，此種材料被腐蝕的速度很快，難以使用較長(zhǎng)的時(shí)間。而且，如果覆蓋層出現(xiàn)針孔、破裂等狀況，將形成陰極大、陽(yáng)極小的腐蝕電池，從而還會(huì)使得碳鋼產(chǎn)生局部腐蝕的現(xiàn)象，出現(xiàn)穿孔甚至斷裂。[2]因而，對(duì)于具有強(qiáng)腐蝕性的土壤，覆蓋層不易起到有效保護(hù)的作用。而對(duì)于電壓等級(jí)較高的變電站接地網(wǎng)，因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)短路電流較強(qiáng)，對(duì)覆蓋層的厚度和功能需求較高，采用這一方式加以保護(hù)比較常見(jiàn)。但如果沒(méi)有妥善使用，這一方式不僅難以發(fā)揮作用，有時(shí)候還會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。

第三，為地網(wǎng)選擇合理的材料。目前，在建設(shè)中，接地網(wǎng)材料往往應(yīng)用碳鋼材料，原因在于這種材料價(jià)格較低、施工便捷。但在普通土壤中，這種材料的年平均腐蝕速率達(dá)到0.2mm/a，若在酸性條件下，其腐蝕速率甚至?xí)_(dá)到普通土壤的七倍以上，如果污染狀況比較嚴(yán)重，這種材料的腐蝕速率有時(shí)會(huì)達(dá)到普通土壤的十余倍。為了解決這一問(wèn)題，施工中會(huì)以銅對(duì)這種材料加以替代。雖然銅在抗腐蝕方面的表現(xiàn)較好，但成本很高。目前，我國(guó)實(shí)踐中已經(jīng)開(kāi)始使用復(fù)合材料，效果較好。這種材料的優(yōu)勢(shì)在于可以按照土壤的特性和腐蝕介質(zhì)的狀況決定復(fù)合層，并使用多樣化的材料確定厚度，因而能夠具有較長(zhǎng)的使用壽命，接地效果也較好。

第四，陰極保護(hù)。這種方法屬于電化學(xué)保護(hù)，在被腐蝕的金屬結(jié)構(gòu)表層施加電流，之轉(zhuǎn)化為陰極，減少由于腐蝕所造成的電子遷移，從而起到保護(hù)作用。這種方法具體可以分為兩類(lèi)：外加電流法和犧牲陽(yáng)極法。前者是借助外接直流電源和輔助陽(yáng)極把電子由土壤里導(dǎo)入被保護(hù)金屬中，使其結(jié)構(gòu)電位比周邊更低，由此防止腐蝕。因?yàn)檩敵霰Ｗo(hù)電流可以調(diào)節(jié)，使用這種方法可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)電流密度的要求。而后者則是把具有更多負(fù)電位和鋅等的金屬電連接到受保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)上，并在同一電解質(zhì)中，通過(guò)不斷地溶解和消耗電負(fù)性金屬或合金，金屬上的電子被轉(zhuǎn)移到受保護(hù)的金屬上，并向受保護(hù)的金屬提供保護(hù)電流以使金屬接合，從而起到保護(hù)作用。

2 變電站地網(wǎng)接地電阻的降低

2.1 變電站地網(wǎng)接地電阻問(wèn)題

變電站接地是確保工作人員安全和電氣設(shè)備及過(guò)電壓保護(hù)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的主要技術(shù)手段之一。這一手段不僅為變電所中的設(shè)施設(shè)備提供了一個(gè)通用的參考場(chǎng)所，而且在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候可以立即釋放故障電流，由此防止變電所的接地電位升高，保證運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，以防止出現(xiàn)更為嚴(yán)重的事故。

在接地短路故障或其他大電流進(jìn)入電力系統(tǒng)接地的時(shí)候，若接地電阻值過(guò)大，接地網(wǎng)的局部電壓就會(huì)出現(xiàn)異常升高的情況。除了對(duì)工作人員的人身造成危害之后，二次設(shè)備的絕緣也會(huì)由于反擊而造成損壞。如果高壓串入控制室，對(duì)監(jiān)測(cè)或控制設(shè)施造成損害，就會(huì)造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。[3]而設(shè)備的損壞，不但會(huì)造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失，而且也會(huì)影響大眾的工作和生活。因而，接地網(wǎng)的接地電阻能夠符合技術(shù)規(guī)范的要求，與變電站的正常運(yùn)行密切相關(guān)。而接地電阻值則是評(píng)判接地系統(tǒng)能夠符合要求的重要指標(biāo)之一。在我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，而系統(tǒng)電壓水平也隨之提升，接地短路電流不斷增大。在這種情況下，科學(xué)合理的接地系統(tǒng)愈來(lái)愈關(guān)鍵。由于我國(guó)政策對(duì)農(nóng)田保護(hù)有具體的規(guī)定，應(yīng)盡可能減少農(nóng)田的使用，因而愈來(lái)愈多的變電站建設(shè)在丘陵地區(qū)。在這些地區(qū)，因?yàn)閹r石、沙子所產(chǎn)生的影響，土壤本征電阻率通常較高，難以實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)建設(shè)需求的接地電阻。

2.2 變電站地網(wǎng)接地電阻的改善

第一，使用外引式接地方式。若變電站周?chē)嬖谕寥离娮杪瘦^低的區(qū)域，我們就能夠在室外感應(yīng)接地，連接應(yīng)不少于兩條干線(xiàn)。在建設(shè)過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)考慮接地干線(xiàn)電阻的作用，因而外引線(xiàn)不應(yīng)超過(guò)一百米的長(zhǎng)度。實(shí)踐的效果說(shuō)明，當(dāng)水平接地體長(zhǎng)度得到增加的時(shí)候，電感的影響也隨之增大，沖擊系數(shù)增加。而當(dāng)接地體長(zhǎng)度增加到一定程度時(shí)，即使繼續(xù)延長(zhǎng)，亦不會(huì)改變沖擊接地電阻。

第二，對(duì)土壤加以改良。我們可以在接地體附近使用鹽、木炭、電石渣、石灰等物質(zhì)，改善土壤的導(dǎo)電性。比如，使用鹽以后，沙土的電阻率可降低三分之一至二分之一，多巖土的電阻率可降低百分之六十。而且，這一手段的成本不高，效果也較為顯著。但這一方法的缺點(diǎn)在于接地性能的穩(wěn)定性不強(qiáng)，接地體更加容易受到土壤的腐蝕，減少接地體的使用年限。另外，我們還可以直接替換接地體附近的土壤，以改善電阻率。

第三，接地電極深埋。如果土壤電阻率比較低或存在地下水的時(shí)候，埋深接地極能夠起到降低接地電阻的作用。這一方式在沙地土壤中能夠產(chǎn)生顯著的作用。按照現(xiàn)有資料，三米深土壤阻力系數(shù)為百分之百，四米深土壤阻力系數(shù)為百分之七十五，五米深土壤阻力系數(shù)為百分之六十，六點(diǎn)五米深土壤阻力系數(shù)為百分之五十。采用這一方式，我們可以忽略土壤凍干所造成的阻力系數(shù)的提高，但同時(shí)也會(huì)增加建設(shè)的難度，成本也隨之增加。

第四，采用接地電阻降阻劑。這種材料是由良好的電解質(zhì)和導(dǎo)電性強(qiáng)的水所構(gòu)成，能夠有效降低高土壤電阻率接地體電阻。電解質(zhì)和水杯網(wǎng)狀膠體所包圍，發(fā)生水解現(xiàn)象，充滿(mǎn)膠體，因而不會(huì)產(chǎn)生流失的情況，可以在比較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)具有較好的導(dǎo)電性。在接地體附近使用降阻劑之后，還應(yīng)擴(kuò)大接地極的尺寸，降低接地極與周?chē)拥亟橘|(zhì)的接觸電阻。

3 結(jié)束語(yǔ)

在變電站地網(wǎng)施工中，地網(wǎng)腐蝕和接地電阻偏高是我們應(yīng)當(dāng)重視的兩個(gè)問(wèn)題。對(duì)于前者，我們可以采取改變土壤環(huán)境、用覆蓋層保護(hù)、選擇合適的地網(wǎng)材料以及陰極保護(hù)等方法，以防止地網(wǎng)受到土壤腐蝕。對(duì)于后者，我們可以采用外引式接地，對(duì)土壤進(jìn)行改良，深埋接地極，采用接地電阻降阻劑，以及擴(kuò)大接地網(wǎng)尺寸，從而改善接地電阻。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘆保民.淺論變電站地網(wǎng)建設(shè)與改造質(zhì)量控制與改進(jìn)[J].電子世界，2014（1）.

[2]李耐心，李?lèi)?ài)民，尹偉.淺談變電站接地網(wǎng)施工中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].華北電力技術(shù)，2009（3）.

[3]韓濤.變電站地網(wǎng)存在的問(wèn)題及改造意見(jiàn)[J].河北電力技術(shù)，2002（8）.