变电站接地网接地故障原因与改造建议

编辑：万佳防雷

变电站的接地网是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全的重要措施。构成接地网的均压导体常因施工时焊接不良或漏焊、埋设深度不足、土壤的腐蚀、接地短路电流的电动力作用等原因 ,使地网均压导体之间或接地引线与均压导体之间存在电气连接不良故障点。若遇电力系统发生接地短路故障 ,将造成地网本身局部电位差和地网电位异常升高 ,除给运行人员的安全带来威胁外 ,还可能因反击或电缆皮环流使得二次设备的绝缘遭到破坏 ,高压窜入控制室 ,使监测或控制设备发生误动或拒动而扩大事故 ,带来巨大的经济损失和不良的社会影响。

一、原因分析

1、根据有关的开挖资料与地质资料调查情况，接地网腐蚀原因大致有以下特点：周围土壤盐碱化严重 , 导致接地体腐蚀程度高;地下水位高、土壤潮湿和容易积水使得接地体腐蚀严重 ; 接地引下线普遍在入地处和距地表面深100～400 mm 的地段腐蚀很严重; 接地体中水平敷设的扁钢因积水 ,腐蚀速度快 ,比与地面垂直敷设的钢管腐蚀严重; 厂址临近化工厂 , 大气质量恶劣 ,加重了其地网腐蚀程度影响接地体金属腐蚀的主要因素。

( 1)土壤的孔隙度较大 , 有利于氧和水分的保持 , 这是腐蚀发生的促进因素。当土壤含水量大于85 %时 , 氧的扩散渗透受到了阻碍 , 腐蚀减弱; 当土壤含水量小于 10 %时 ,由于水分的缺乏 ,阳极极性和土壤电阻比加大 ,腐蚀速度又急速降低。

(2) 土壤温度昼夜温差大 ,很容易在金属上凝结水分微粒 , 且因温差电池的形成 , 加快腐蚀, 这也是开挖地网中发现同埋一处的水平接地体比垂直方向的接地体容易腐蚀的原因。

(3) 通常土壤中含盐量约为 80～1 500 mg/ L ,地处沿海地区大部分土壤的p H 值在 8. 4～9. 5 之间 ,从而加快了土壤的腐蚀速度。

(4) 土壤中含有硫酸盐 , 在缺氧的情况下 , 硫酸盐还原细菌就会繁殖起

来 , 利用金属表面的氢把SO42 -还原 , 在铁的表面的腐蚀产物是黑色 FeS。在多数情况下土壤腐蚀性均用土壤电阻率来衡量。 而土壤电阻率直接受土壤孔隙度、 湿度、 温度、 酸度、含盐量和有机质的影响 , 因此土壤电阻率是反映土壤理化性质的一个综合指标。一般情况对于地网土壤电阻率为 30Ω·m ,腐蚀性质是非常强的。

2、据有关资料表明，在我国由于地网发生断裂、断点而引起的电力系统的事故时有发生,每次事故都带来了巨大的经济损失。总的归结发生断裂、断点的原因有：

（1）在接地网竣工之后, 没有认真执行验收手续，接地网的均压导体常因施工时焊接不良或漏焊。在投入运行后发生接地短路故障，而短路故障电流的电动力作用,使地网均压导体之间或接地引线与均压导体之间存在电气连接断裂、断点现象。

（2）焊接处防腐处理不当，加上土壤的腐蚀以及可能由于热稳定不足在部分接地网在相间短路时烧断。

由此可见 ,接地网的故障已是电力系统安全运行的心腹大患 ,我们不但要进行系统的原因分析，诊断出接地网的断点及地网的腐蚀情况，而且还要把它列入一项重大反事故措施，并进行切实有效的改造。过去一般都是在发现接地电阻不合格或出现事故后 ,通过简单的开挖查找地网的电气连接故障点或腐蚀段 ,这种方法带有盲目性、 工作量大、 速度慢 ,并且还受现场运行的限制。下面本人就变电站接地网的故障提出解决方法与改造建议：

一、解决地网腐蚀的方法 1、 加大接地体截面

近几年来 , 为了避免腐蚀引发事故扩大等不安全因素 ,设计部门对电力设备地网的设计采取逐年增大接地体截面的办法: 输电线路由初期的直径 6 mm 逐年增大到直径 10 mm 或 12 mm ,接地体钢材比早期增加 4倍。对变电所的接地体由早期 12mm× 4mm扁钢,增加到60mm× 6mm甚至80mm× 8mm ,比早期增加10倍(当中还有热稳定计算因素)。

2、采用铜或其它耐腐蚀的金属以美国为代表的许多国家用铜做接地体 , 虽然提高接地体寿命 1～2倍,但增加投资成本 5～6倍。原苏联也曾用不锈钢做接地体,比碳钢成本高 3倍。

3、 其它防腐蚀方法

常用镀锌法防腐 , 但锌在盐碱地很快会被氯离子腐蚀 ,有的地区用沥青防腐 ,但增大了接地体的接触电阻。

4、 刷导电防腐涂料

目前 SE - 88导电防腐涂料 ,具有对人无过敏反应、 附着力良好、 防腐性能优良、 施工简易方便、 实用价值高、 导电性能好等特点。 上述 3种方法都存在投资较大或增大了接地体接触电阻的问题。导电防腐涂料因具有价格及其它诸多优势 , 是我国目前解决接地网腐蚀的首选方法。

二、解决地网的断裂、断点的问题

接地体（线）的连接应采用焊接，焊接必须牢固无虚焊、假焊，接至电气设备上的接地线，应用镀锌螺栓连接；有色金属接地线不能焊接时，可用螺栓连接。螺栓连接处的接触面应按《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》的规定处理。接地体（线）的焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合下类规定：

1）扁钢为其宽度的2倍（且至少3个棱边焊接）。 2）圆钢为其直径的6倍。

3）圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。

4）扁钢与钢管、扁钢与角钢焊接时，为了连接可靠，除应在其接触部位两侧进行焊接外，并应焊以由钢带弯成的弧形（或直角形）卡子或直接由钢带本身弯成弧形（或直角形）与钢管（或角钢）焊接。

利用各种金属构件、金属管道等作为接地线时，应保证其全长为完好的电气通路。利用串联的金属构件、金属管道作接地线时，应在其串接部分焊接金属跨接线。

5）为了防止腐蚀，对各焊接口应刷防腐漆或沥青漆进行防腐处理。对设备的接地线，要从与设备连接处到与水平均压带连接处刷沥青漆或防锈漆和墨漆进行防腐处理。

三、接地网的改造建议

对于地网最基本的要求,首先是要有能承受一定接地短路电流的热稳定性;其次是地电位要限制在允许范围内, 即接地电阻满足设计要求; 第三是地网电位要

均衡。因此在新设计、 敷设接地网时 ,还应考虑地质状况和地网变电站地区的状况 ,建议如下:

1、 对于有通过大故障电流的设备 , 像变压器中性点、 断路器外壳、 开关构架和避雷器底座等 ,需用两根接地引下线与地网的不同部位直接相连接 , 使故障电流有更多的流通路径;电缆沟内屏蔽带 ,应刷导电防腐涂料 ,并使之与地网多处连接。 2、为了使接地网均压状况良好 , 新敷设地网应取正方形 ,边角采用圆弧形连接;为了改善地网的散流状况,应敷设垂直接地极,其长度为 3 m 较为合适,并与水平地网可靠连接,水平地网埋设深度应为 1 m。

3、地网各个连接点均应采用焊接方式连接 ,焊口长度大于扁钢宽度的 3倍 , 不能有汽泡、 假焊现象 ,焊口应缠麻 ,并刷导电防腐涂料。

4、适当加大接地引下线截面积。 现在普遍认为接地引下线的截面应不小于主网干线截面 ,通过热稳定校核公式并考虑到变电站10年发展规划 ,其接地线热稳定最小截面为 200 mm2, 设计中水平网应采用 50 mm ×5 mm 钢带 , 垂直接地极采用 50mm ×50 mm ×5 mm 角钢;所有接地体 ,包括接地引下线都应刷导电防腐涂料 ,以避免地网腐蚀。