摘要：电力接地网的可靠性直接关系到电网的安全运行，是造成大面积停电的事故原因之一。目前普遍采用的普通碳钢构件存在腐蚀速率快、开挖修复周期短、可靠性差等问题。直接采用纯铜作为接地体材料，或加大接地体截面虽然可以大大延长接地网使用寿命，但成本过高。钢表面镀锌或采用阳极牺牲法等存在延寿有限和均匀性差等问题。钢表面高温镀铜和涂覆导电防腐涂料的方法在提高耐土壤腐蚀性能的同时也兼顾了成本，可明显延长接地网可靠使用寿命至30年以上，是今后接地体构件防腐技术的主要发展方向。
关键词：接地网 ；腐蚀；防护；耐腐蚀
电网的稳定运行主要取决于500kV变电站接地网的运行状态，而且在某些情况下，大面积停电的事故也是因500kV变电站接地网的故障而造成的。施工单位都在地下埋设接地网，受地理环境恶劣和地下土壤不同的影响，土壤腐蚀是造成接地网的首要危害。山西省电力公司检修公司负责运行维护全省的18座500kV变电站（开闭站），因其结构复杂不易于进行设备维护，我单位每隔五年要花费很多精力来开挖维护和翻修接地网。采用这种模式进行设备养护，不仅要注意现场运行情况，而且要盲目地做大量的工作，周期长、进度慢。鉴于此，我单位将接地网腐蚀的诊断和防护方案研究提上了议事日程，并在实践中着力改进接地网材料的耐腐蚀性能，延长接地网的服务期限，从而确保500kV电网设备保持良好的运行状态，节约运营成本。
1 接地网腐蚀机理
在我省500kV变电站中，水平接地体由圆钢或扁钢焊接而成，垂直接地体用角钢或钢管组成。整个系统的安全稳定运行就要依靠每个元件及其相互配合共同工作。若采用同等的接地装置，则接地电阻变大，土壤电阻率也将随之增大。在土壤内，特别是在接地引下线的地面和土壤交界处，金属与介质的电化学不均一，就会形成腐蚀原电池使接地网遭到电化学腐蚀，而碳钢则容易发生吸氧腐蚀。土壤内的氧被水溶解会加速扩散。土壤内电解质和氧的浓度、以及土壤的pH值可被土壤内厌氧微生物的新陈代谢产物改变，进而加速电化学腐蚀的阴极去极化过程，最终促进接地网更快的发生电化学腐蚀。接地网发生电化学腐蚀，除了土壤电解质被改变，阴、阳两极还会发生电极反应。下文具体说明了电极反应的过程。
1.1 阳极反应过程
实际上，土壤腐蚀的阳极反应过程就是金属材料的腐蚀过程，具体情况如下：
Fe→Fe2++2e
Fe2++2OH-→Fe（OH）2
4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3
Fe（OH）3→FeOOH+H2O
2Fe（OH）3→Fe2O3•3H2O→Fe2O3+3H2O
土壤中接地网被腐蚀的主要过程主要通过上式反映出来。铁在酸性土壤内以离子形式存在，而铁离子和氢氧根离子若在碱性土壤或中性土壤内发生反应，就会形成氢氧化亚铁，该物质又与土壤内的水、氧气发生反应生成氢氧化铁，并转化成氧化铁等腐蚀产物。
1.2 阴极反应过程
土壤内金属所发生的阴极反应实际是氧的还原作用。氧的还原作用就是氧与电子结合生成氢氧根离子，方程式如下：O2+2H2O+4e→4OH-
若土壤的酸性极强，则会发生吸氧反应：2H++2e→H2
一般来讲，阴极反应在接地网与土壤中发生电化学腐蚀的过程中起主导作用。
2 我省500kV变电站（开闭站）腐蚀现状
我省500kV变电站分布于全省11个地市，且大多处在海拔高、土壤环境恶劣的地区。在这种土壤环境中埋设接地网设备，由于土壤的电化学腐蚀及运行设备泄流等引起的杂散电流腐蚀，接地网在投入使用后的两到六年便可能出现故障，甚至断裂。山西省500kV变电站地网腐蚀情况统计如下：
2.1 主地网腐蚀。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆运行时间较长的变电站，整个接地体都已腐蚀，部分接地体地网变脆、起层、锈层松散易脱落，严重时生锈断裂。
2.2 接地引下线热容量不够，接地引下线多为Φ12mm或Φ8mm的圆钢，而且个别站同一电压等级设备的接地引下线规格不齐，并有多点焊接。
2.3 接地引下线与水平地线截面配合不当。如某个500kV变电站内220kV部分接地引下线截面Φ22mm圆钢，而接地引下线与地网干线相连的地线截面却为Φ12mm圆钢，35kV母线接地引下线为Φ10mm的圆钢，主网为40×4mm扁铁。
2.4 没有按照图纸施工，接地引下线连接不合理。部分设备接地引下线是经过操作机构再引到主网的，甚至有部分设备接地引下线直接引进电缆沟内扁铁上。
2.5 后期工程的接地引下线没有与一期工程的主地网相连接。
2.6 不同金属在土壤中腐蚀情况统计
3 接地网防腐蚀防护措施
3.1 接地网截面的选择 在接地网截面的选择上，要综合考虑施工情况、保护的可靠性等情况，确定短路电流作用的时间，保证选择要满足热稳定的要求。规程规定，应取主保护动作时间加上失灵保护动作时间作为有效接地系统接地装置的热稳定校验时间；消弧线圈接地系统接地装置热稳定校验时间，也就是第一后备保护动作时间应该取2s。
3.2 接地极截面的选择 从近年来山西省检修公司维护的500kV变电站（开闭站）的地网开挖检查结果来看，由于在相同的导电截面下，圆钢的表面积相比于扁钢更小，这使得在同样潮湿的土壤中，在与土壤接触的面积上，同样截面的圆钢要小于扁钢，因此圆钢受潮湿土壤的腐蚀程度要更小，因此，在变电站设计、施工中建议采用圆钢。
3.3 设备接地引下线截面与主网干线截面的配合 在老式的变电站设计中，相比主地网干线的截面，接地引下线截面更小，这容易造成短路故障的扩大。我省大部分地网事故中，往往就是接地引下线被短路电流烧断，进而带来更大的麻烦。其原因就在于，在发生短路故障时，流过接地引下线的故障电流是主接地网干线的2倍，接地引下线较小的截面很难承受全部的短路电流，因此会出现被烧断的现象，这也成为地网中的一个薄弱环节。因此，在变电站设计中，接地引下线截面不应小于地网干线截面。
3.4 设备接地引下线的连接 在实际中，很多设备的接地引下线接到了电缆沟内的扁铁上，这将带来很大的隐患。因为一旦发生短路故障，短路电流会通过仅有的几个电缆沟扁铁与主网连接的连接点流向主网，倘若故障点与主接地网干线连接点的距离较远，则会导致故障点的电位被抬高，从而威胁二次回路构成。除了要避免上述问题外，还要注意对大电流进行沿途分流，应增加电缆沟内的扁铁与地网主网的连接点，并且保证沟内电缆支架与接地网的可靠连接，避免电缆两端出现高电位差。
3.5 涂层防腐 涂层对于接地网防腐蚀防护也有很好的效果。在涂料的选择上，首先要具有良好的导电性，使主地网短路电流能够顺利通过地网安全导出。另外，还要注意涂料防腐性能必须优良。在对主网的保护上，可以采用热镀锌、热镀锡钢做防腐处理。除此之外，可以通过涂刷沥青等防腐涂料对引下线、电缆沟接地和地下部分的焊接头进行防腐保护。对地网进行防腐蚀防护的另一种办法，就是将涂层与阴极保护结合起来，其优点就在于既减少了阴极保护的电能消耗，又弥补了保护层的不足，从而加强了防腐的效果。
4 小结
电力接地网的可靠性直接关系到电网的安全运行，因此，接地网必须具有足够的热稳定性来承受强大的接地电流，并且能够保证长期抗耐土壤腐蚀。除此之外，要根据设计要求安排接地电阻，将地电位限制在允许范围内，并且保证接地网电位的均衡。选择合适的接地材料以满足这些接地网的要求，是确保防腐效果、增强可接地网靠性、延长接地网使用寿命的关键。
参考文献：
[1]高林蔚.接地装置腐蚀的原因分析和预防控制[J].电力建设，2002，23（12）545～547.
[2]邵建人，向洪兵.交流系统接地网的腐蚀与防护研究.电力设备网论坛.
[3]GB50169-92《接地装置施工及验收规范》中华人民共和国能源部.
[4]孟庆波，何金良.降低接地装置接地电阻的新方法[J].高电压技术，1996，22（2）66～69.
论文作者:张敏敏,李鹏飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/9/18
标签：土壤论文; 截面论文; 变电站论文; 圆钢论文; 地网论文; 电化学论文; 电流论文; 《基层建设》2018年第27期论文;