變電站地網(wǎng)施工所遇到的問題探討

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題的原因，并嘗試提出相應(yīng)的解決措施。對于地網(wǎng)腐蝕，我們可以采取改變土壤環(huán)境、用覆蓋層保護、選擇合適的地網(wǎng)材料以及陰極保護等方法，以防止地網(wǎng)受到土壤腐蝕。對于接地電阻偏高，我們可以采用外引式接地，對土壤進行改良，深埋接地極，采用接地電阻降阻劑，以及擴大接地網(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

中圖分類號：TM862? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著我國電網(wǎng)逐漸向遠距離、大容量、超高電壓方向的發(fā)展，社會公眾對于電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的要求愈來愈高， 為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行， 提高供電可靠性，就需要設(shè)置相適應(yīng)的安全保護系統(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)施工情況來看，主要存在地網(wǎng)腐蝕和接地電阻偏高的問題。本文分析了造成這兩種問題產(chǎn)生的原因，并嘗試提出相應(yīng)的解決措施，希望有助于促進我國變電站地網(wǎng)施工質(zhì)量的提升。

1 地網(wǎng)腐蝕問題及解決措施

1.1 地網(wǎng)腐蝕原因分析

變電站接地網(wǎng)腐蝕的原因通?？梢苑譃橐韵骂愋停和寥离s散電流腐蝕因素、細菌微生物腐蝕因素、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，在實踐中不會造成嚴重的危害。因此，在實踐中，人們主要關(guān)注的是宏電池腐蝕，這種腐蝕的危害更大。[1]

當同一接地網(wǎng)在兩種不同的土壤中時，兩種土壤的金屬離子濃度存在差異，而且兩個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，對地下接地網(wǎng)設(shè)施會產(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)上線在靠近地面的位置往往腐蝕較為嚴重。

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)計前，技術(shù)人員就應(yīng)對接地網(wǎng)附近的土壤情況加以細致調(diào)查。土壤電阻率是表現(xiàn)土壤性質(zhì)的主要指標之一，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，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。因為接地網(wǎng)具有放電能力，會過度降低接地網(wǎng)的電阻，因而不可采用絕緣材料。實踐中接地網(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，難以使用較長的時間。而且，如果覆蓋層出現(xiàn)針孔、破裂等狀況，將形成陰極大、陽極小的腐蝕電池，從而還會使得碳鋼產(chǎn)生局部腐蝕的現(xiàn)象，出現(xiàn)穿孔甚至斷裂。[2]因而，對于具有強腐蝕性的土壤，覆蓋層不易起到有效保護的作用。而對于電壓等級較高的變電站接地網(wǎng)，因為接地網(wǎng)短路電流較強，對覆蓋層的厚度和功能需求較高，采用這一方式加以保護比較常見。但如果沒有妥善使用，這一方式不僅難以發(fā)揮作用，有時候還會產(chǎn)生更為嚴重的腐蝕問題。

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到0.2mm/a，若在酸性條件下，其腐蝕速率甚至?xí)_到普通土壤的七倍以上，如果污染狀況比較嚴重，這種材料的腐蝕速率有時會達到普通土壤的十余倍。為了解決這一問題，施工中會以銅對這種材料加以替代。雖然銅在抗腐蝕方面的表現(xiàn)較好，但成本很高。目前，我國實踐中已經(jīng)開始使用復(fù)合材料，效果較好。這種材料的優(yōu)勢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，因而能夠具有較長的使用壽命，接地效果也較好。

第四，陰極保護。這種方法屬于電化學(xué)保護，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，從而起到保護作用。這種方法具體可以分為兩類：外加電流法和犧牲陽極法。前者是借助外接直流電源和輔助陽極把電子由土壤里導(dǎo)入被保護金屬中，使其結(jié)構(gòu)電位比周邊更低，由此防止腐蝕。因為輸出保護電流可以調(diào)節(jié)，使用這種方法可以實現(xiàn)保護電流密度的要求。而后者則是把具有更多負電位和鋅等的金屬電連接到受保護的金屬結(jié)構(gòu)上，并在同一電解質(zhì)中，通過不斷地溶解和消耗電負性金屬或合金，金屬上的電子被轉(zhuǎn)移到受保護的金屬上，并向受保護的金屬提供保護電流以使金屬接合，從而起到保護作用。

2 變電站地網(wǎng)接地電阻的降低

2.1 變電站地網(wǎng)接地電阻問題

變電站接地是確保工作人員安全和電氣設(shè)備及過電壓保護裝置穩(wěn)定運行的主要技術(shù)手段之一。這一手段不僅為變電所中的設(shè)施設(shè)備提供了一個通用的參考場所，而且在系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題的時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，保證運行的穩(wěn)定和安全，以防止出現(xiàn)更為嚴重的事故。

在接地短路故障或其他大電流進入電力系統(tǒng)接地的時候，若接地電阻值過大，接地網(wǎng)的局部電壓就會出現(xiàn)異常升高的情況。除了對工作人員的人身造成危害之后，二次設(shè)備的絕緣也會由于反擊而造成損壞。如果高壓串入控制室，對監(jiān)測或控制設(shè)施造成損害，就會造成嚴重的財產(chǎn)損失。[3]而設(shè)備的損壞，不但會造成巨額的經(jīng)濟損失，而且也會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，與變電站的正常運行密切相關(guān)。而接地電阻值則是評判接地系統(tǒng)能夠符合要求的重要指標之一。在我國電力工業(yè)發(fā)展過程中，電網(wǎng)規(guī)模日益擴大，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)愈來愈關(guān)鍵。由于我國政策對農(nóng)田保護有具體的規(guī)定，應(yīng)盡可能減少農(nóng)田的使用，因而愈來愈多的變電站建設(shè)在丘陵地區(qū)。在這些地區(qū)，因為巖石、沙子所產(chǎn)生的影響，土壤本征電阻率通常較高，難以實現(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。若變電站周圍存在土壤電阻率較低的區(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。在建設(shè)過程中，我們應(yīng)當考慮接地干線電阻的作用，因而外引線不應(yīng)超過一百米的長度。實踐的效果說明，當水平接地體長度得到增加的時候，電感的影響也隨之增大，沖擊系數(shù)增加。而當接地體長度增加到一定程度時，即使繼續(xù)延長，亦不會改變沖擊接地電阻。

第二，對土壤加以改良。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。但這一方法的缺點在于接地性能的穩(wěn)定性不強，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，但同時也會增加建設(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，充滿膠體，因而不會產(chǎn)生流失的情況，可以在比較長的時間內(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)擴大接地極的尺寸，降低接地極與周圍接地介質(zhì)的接觸電阻。

3 結(jié)束語

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)當重視的兩個問題。對于前者，我們可以采取改變土壤環(huán)境、用覆蓋層保護、選擇合適的地網(wǎng)材料以及陰極保護等方法，以防止地網(wǎng)受到土壤腐蝕。對于后者，我們可以采用外引式接地，對土壤進行改良，深埋接地極，采用接地電阻降阻劑，以及擴大接地網(wǎng)尺寸，從而改善接地電阻。

參考文獻：

[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[J].電子世界，2014（1）.

[2]李耐心，李愛民，尹偉.淺談變電站接地網(wǎng)施工中應(yīng)注意的問題[J].華北電力技術(shù)，2009（3）.

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