变电所接地装置常见问题及处理

技术改造与改进　第２９卷２０１１年第２期（总第１５２期）　变电所接地装置常见问题及处理　谭宇海冯福庆曹明娟陈平　（鞍钢集团铁路运输设备制造公司　鞍山　１１４０４８）　摘要从腐蚀、降阻和均压等几个方面对变电所接地装置的常见问题进行了分析和研究，并且有针对性　地提出了相应的处理措施。　关键词　变电所接地装置　防腐剂　降阻剂　１概述　在电力系统中，为了保证人身安全和电气设　备的正常运行，必须设有接地装置。埋人地中并　直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地　极。连接于接地体与电气设备接地部分之间的金　属导线称为接地线，与接地体合称为接地装置。　接地装置的作用主要是防止人身遭受电击、　设备和线路遭受损坏，预防火灾、雷击、静电损害　和保障电力系统正常运行。　２变电所接地装置常见问题及原因　随着电力系统的不断发展和用电负荷的不断　增加，接地短路电流越来越大，接地装置出现的问　题也越来越突出，接地装置的问题往往造成事故　或使事故扩大。经对多座变电所的调查分析，接　地装置主要存在以下一些问题。　２．１接地装置的腐蚀问题　接地装置的腐蚀是一个普遍存在的问题，由　于其长期处在地下或潮湿的环境中，最容易发生　腐蚀。　２．１．１腐蚀环境　接地装置的腐蚀环境主要分为两种：大气腐　蚀和土壤腐蚀。大气腐蚀主要是接地引下线和电　缆沟内均压带的金属暴露在空气中发生的腐蚀，　是一种液膜下的电化学腐蚀。土壤腐蚀是指土壤　对埋入土壤中接地体的腐蚀，由于土壤中含有水　分、盐分和一些溶解气体，因此土壤腐蚀也是一种　电化学腐蚀…。　２．１．２容易发生腐蚀的部位及其原因　接地装置容易发生腐蚀的部位主要有设备接　地引下线及其连接螺栓、焊接头、电缆沟内的均压　带和水平接地体等部位。　接地体的腐蚀原因是多方面的，可大致归纳　为以下几个方面。　（１）土壤腐蚀性强，特别是在偏酸性的土壤、　风化石土壤和砂质土壤，最易发生析氢腐蚀和吸　氧腐蚀。　（２）接地体采用再生钢材，这样的钢材由于杂　质超标，在地下易发生电偶电池腐蚀。　（３）属于施工方面的原因有，①接地体埋深不　够，而上层土壤中氧的含量较多，加快了吸氧腐蚀。　②回填土未用细土，而用砂子、碎石和建筑垃圾。③　对焊接头和接地引下线没有进行防腐处理，并存在　虚焊、假焊现象，致使焊接头腐蚀造成接地网断裂。　２．２接地电阻超标问题　有效接地和低电阻接地系统中，变电所电气　装置保护接地的接地电阻应符合下列要求　１。　（１）一般情况下，接地装置的接地电阻应符合　下式：　Ｒ≤２０００　了　式中：尺——考虑到季节变化的最大接地电阻／Ｑ；　，—一流经接地装置的人地短路电流，Ａ。　公式中流经接地装置的入地短路电流，采用　在接地装置内、外短路时，经接地装置流人地中的　最大短路电流对称分量最大值，该电流应按５　１Ｏ　年发展后的系统最大运行方式确定，并应考虑系　统中各接地中性点间的短路电流分配以及避雷线　中分走的接地短路电流。　（２）当接地装置的接地电阻不符合上面公式　要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不　得大于５Ｑ。　在高土壤电阻率地区，当接地装置要求做到　规定的接地电阻在技术经济上不合理时，大接地　短路电流系统接地电阻允许达到５Ｑ，但应采取措　施，如验算接触电势、跨步电压等。　２－３接地网的均压问题　接地网不仅要求接地电阻足够小，以保证电　流快速地导人大地，还要求在地表形成均匀的电　—．４７。．　第２９卷２０１　１年第２期（总第１５２期）　位，以保证跨步电压和接触电压满足要求。当接　地电阻难以满足要求时，在地表形成均匀的电位　就显得更为重要了。　技术改造与改进　多土壤为弱酸性，ｐＨ值为６，故可减弱腐蚀作用。　降阻防腐剂内含有大量的金属氧化物，具有较好　的阴极保护作用。降阻防腐剂结构致密，氧含量　极少，使钢接地体基本上不与氧接触，防止了吸氧　腐蚀。降阻防腐剂中加入了无机缓蚀剂，加上膨　润土本身的钝化作用，在钢接地体表面生成一层　由于接地网的均压不好，在短路电流或冲击　电流入地时就会造成地网的局部电位升高，高压　向低压反击会烧坏微机控制设备或低压控制回　路。接触电压和跨步电压直接关系到人员和设备　钝化膜，保护了钢接地体。降阻防腐剂紧密地包　的安全　。　２．４水平接地体的埋深不够　一般在地表下０．１５～０．５ｍ处，是处于土壤干　湿交界的地方，接地导体易受腐蚀，因此规定埋深　不应小于０．６ｍ一　，并规定了接地网的引出线在地表　下０．６ｍ引至地面外的一段需作防腐处理，以延长　使用寿命。可是通过开挖检查发现许多水平接地　体埋深不足０．３ｍ，有的甚至浮在地表。　２．５接地装置的导体截面偏小　大部分变电所接地引下线及接地体的截面偏　小现象较为普遍。由于接地体或设备的接地引下　线不能满足短路电流热稳定的要求，在发生接地　短路时，接地引下线往往被烧断，使设备外壳上有　较高的过电压，有时会反击到低压二次回路，使事　故扩大。　２．６运行维护问题　一般情况下，应每年对变电所的接地装置检　查一次，同时进行接地电阻测量工作，对各种防雷　装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次。但是　由于接地装置被埋在地下，不便于检查，也很少受　到重视，即使试验也仅仅是定期测量接地电阻，这　样就使许多接地装置带故障运行，有时直到事故　发生后，才引起重视。　２．７其他问题　比如接地体所用材料问题、设备的接触电压　和微机控制系统的接地问题。这些问题也必须认　真对待，及时整改。　３改进措施　一旦发现变电所的接地装置有问题后，就要　进行改进。根据所要解决的问题，一般采取以下　改进措施。　３．１　防腐措施　（１）采用高效膨润土降阻防腐剂：高效膨润土　降阻防腐剂是采用特有的优质钙基膨润土作为基　料，加入一定比例的无机缓蚀剂和钝化剂而成的。　降阻防腐剂本身呈弱碱性，ｐＨ值为１０，而大　一４８一　围在接地体周围，在大冲击电流流过时，电火花不　在接地体上产生，避免了接地体的电火花腐蚀。　高效膨润土降阻防腐剂具有良好的防腐性能，试　验表明，它对钢接地体的平均年腐蚀率仅为　０．００４　９ｒａｍ　（２）阴极保护法：阴极保护就是在金属表面通　以足够大的阴极电流，使金属表面阴极极化，从而　防止表面发生电化学腐蚀。它具有保护效果好、　保护周期长、施工方便等优点。　阴极保护可以通过牺牲阳极法和外加电流法　两种方式实现。牺牲阳极法就是在要保护的接地　网上连接性质活泼容易腐蚀的金属或合金（如镁　合金和锌合金等）作为阳极，依靠阳极的腐蚀溶解　达到保护阴极的目的。外加电流法则是利用外加　直流电源，将被保护的金属与电源负极连接，使之　变成阴极而达到防止金属腐蚀的目的。两种保护　方式的选择应根据保护电流、土壤电阻率及现场　的具体情况决定。　（３）接地材料防腐措施：接地体涂防锈涂料，　接地体采用镀锌或热镀锌处理。腐蚀较严重的变　电站应选用铜材，腐蚀轻微的变电站宜选用钢　材。采用无腐蚀性或腐蚀性小的土壤回填，并避　免用施工残物回填，尽量减少导致腐蚀的因素。　接地引下线涂防锈漆或镀锌。在接地体周围，　尤其在拐弯处加适量的石灰提高ｐＨ值；或在其周　围包上碳素粉加热后形成复合钢体。另外，由于在　接地引下线地下距地面１０～２０ｃｍ处最容易被腐　蚀，可在此段套一段绝缘如塑料等，以防腐蚀。　（４）其他防腐措施：降低电缆沟的相对湿度，控　制在６５％以下，以消除电化学腐蚀的条件。改变接　地体周围的介质，对各焊点作特殊处理，如打磨焊　渣、涂沥青或用混凝土覆盖。这样处理可保证接地　钢材在４０年内不被腐蚀或仅有轻微腐蚀。　３．２接地装置降阻措施　（１）填充降阻剂改善土壤电阻率：降阻剂是由　导电性能良好的强电解质和水等几种材料配制而　成的。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网　技术改造与改进　状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不　致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好　的导电作用。降阻剂的主要作用是降低与地网接　触的局部土壤电阻率，即降低地网与土壤的接触电　阻，而不是降低地网本身的接地电阻。这是目前采　用的一种较新和已被推广的方法。降阻剂已有超　过二十年的使用历史，经过不断的实践和改进，现在　无论是陛能还是施工工艺都已经相当成熟。　（２）采用深井式接地极：当为埋有各类金属矿　第２９卷２０１１年第２期（总第１５２期）　用不等间距接地网，可以使导体散流均匀，接地网　上方电位均匀分布。如果土壤电阻率不均匀，可　以采取树枝状的接地网，也可以采取外延接地。　在土壤电阻率低的地方埋设树枝状地网，把电流　引到电阻率低的部位，有利于电流的快速泄放和　地表电位的均匀分布，外延接地就是这种思路。　此外尽可能地将建筑物的钢筋、埋于地下的金属　管道以及其他可利用的金属结构物等连成通路，　且与接地网可靠连接。这样不仅可将接地网内的　藏、石墨、煤等的土壤时，下层土壤的电阻率远远　小于上层土壤的电阻率，可把竖井打到下层土壤　内，充分利用下层较低电阻率的地质层来降阻。　为了充分利用下层较低电阻率的地层来降阻，应　多布置一些垂直接地极，并且接地极深入下层土　壤的深度要大一些，但深井接地极也有互相屏蔽　的问题，布局时要尽量减少屏蔽。　此外地面由于受面积或地形的限制无法外　延，只有向下发展时，可采用深井压力灌降阻剂的　方法建成立体接地网。　（３）扩网及设置水下接地网：如果条件许可的　话，扩大接地网面积和设置水下、水底、岸边接地　网是降低接地电阻最有效的常用方法。尤其是对　于山区变电所，土壤电阻率一般比较高，地方又狭　小，当没有办法用扩网来降低接地电阻时，应优先　在就近的水中（井水、池水、含盐量较大的河水）建　立水下接地网。特别指出的是，对于水下接地网，　当水域宽阔时，首先应尽可能增大占用水域的面　积，其次才向水域的长度方向发展。另外水下接　地网应与自然接地体保持足够的距离，以减少相　互屏蔽的影响。　（４）加长水平接地体：分析表明，当水平接地　体长度增大时，电感的影响随之增大，从而使冲击　系数增大，当接地体达到一定长度后，再增加其长　度，冲击接地电阻也不再下降。接地体的有效长　度如表ｌ所示。　表１　在不同土壤电阻率下的水平接地体有效长度　３．３均压措施　在接地网的设计上，如果土壤电阻率均匀，采　最大接触电势降低，还可营造一个均衡电位接地　系统，避免出现危险的电位差。　３．４其他措施　要想保证变电所安全稳定地运行，不但要在　技术方面采取有效的针对性措施，而且还要做好　变电所的运行管理工作，这样才能实现安全、可　靠、经济、合理供电。因此，变电所必须备有与现　场实际情况相符合的运行规章制度，并且严格遵　守执行，以确保安全生产。　４结束语　变电所在实际运行过程中，接地装置除了出现　以上几种问题外，还会有其他的新问题新情况发　生。变电所的接地装置的改进措施应结合实际情　况来进行，在具体的过程中应重点考虑地网的布置、　敷设深度、腐蚀及热稳定校验等方面。同时还应根　据具体的地形、地质情况，综合对比分析各种防腐、　降阻和均压措施在功能、成本以及运行维护等方面　的特点，从中选择最优方案，并灵活采取多种措施，　将接地电阻降至规程规定。这样才能确保人身及　设备的安全，才能保障变电所安全正常的运行。　参考文献　…万欣李景禄．接地装置的腐蚀及防腐蚀措施的研究．　电力系统装备２００４（５）．　【２】中华人民共和国电力工业部．ＤＬ／Ｔ　６２１—１９９７交流　电气装置的接地　【３】常涌．接地网的均压优化布置．科技创业，２００９（１Ｏ）　【４】中华人民共和国能源部．ＧＢ　５０１６９—９２电气装置　安装工程旋转电机施工及验收规范．　［５】杨道武，李景禄．发电厂变电所接地装置的腐蚀及防　腐措施＿电磁避雷器。２００４（２）．　ｆ６】彭敏放何怡刚俞东江高土壤电阻率地区接地网建　设中若干问题的探讨．华北电力：２００３（２）．　（２０１０－１２－２８收稿）　——４９—．