發(fā)電廠接地材料的選擇

李世偉

(上海華電閔行能源有限公司，上海 201108)

1 接地系統(tǒng)概述

1．1 合格接地的2個必要條件

(1)對地接地電阻阻值要小。接地電阻阻值越小，雷電流、浪涌電流和故障電流就可安全、快速地通過接地系統(tǒng)流入大地，保護設(shè)備、人員安全。

(2)接地材料應(yīng)有良好的防腐蝕性能，接地系統(tǒng)的壽命應(yīng)大于地面主要設(shè)備的壽命，一般要求壽命在30年以上。長期、可靠、穩(wěn)定的接地系統(tǒng)是維持設(shè)備安全運行、人員安全的基礎(chǔ)。

接地系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵在于正確選擇合適的接地材料。

1．2 我國接地系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，我國電廠接地網(wǎng)材料普遍采用鍍鋅扁鋼。主要原因是我國早期的電力系統(tǒng)設(shè)計多借鑒前蘇聯(lián)的技術(shù);另外，我國的銅材較短缺，沒有新型替代材料，所以一度大量選用鍍鋅扁鋼。而國外以銅作為主要接地材料已有超過100年的歷史，而且被相關(guān)的國際標準(如IEEE和IEC)推薦為主要的接地材料。

長期的實踐證明，鍍鋅扁鋼并不能很好地提高接地裝置的抗腐蝕性能。望亭發(fā)電廠220 kV升壓站投運10年后接地電阻逐年上升，開挖檢查發(fā)現(xiàn)接地材料(鍍鋅扁鋼)腐蝕嚴重，有的甚至已被腐蝕斷，不得不重新敷設(shè)新的接地網(wǎng)。我國解放前曾大量采用銅質(zhì)材料作為接地材料，如上海楊樹浦電廠等，其接地裝置至今仍然合格，仍可使用。

如今，隨著電力系統(tǒng)投入的加大和新型材料的出現(xiàn)，國家防雷接地規(guī)范也做出了修改。在變電站和許多對接地要求較高的項目基建施工過程中采用了純銅和鍍銅材料作為接地系統(tǒng)的主要用材，而電廠在進行接地網(wǎng)建設(shè)時還在大量使用鍍鋅扁鋼。

2 性能比較

分別從熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、接地效果等方面比較銅接地體與鍍鋅扁鋼接地體的差異。

2．1 熱穩(wěn)定性

銅的熔點為1 084℃，短路時最高允許溫度為450℃;而鋼的熔點為1510℃，短路時最高允許溫度為400℃。因此，當(dāng)接地材料截面積相同時，銅材熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于鋼材。當(dāng)熱穩(wěn)定性能相當(dāng)時，用鋼作為接地體所需的截面積為銅材的3．0倍，是鍍銅鋼的2．8 倍。

2．2 耐腐蝕性

安裝在地下的接地體的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕2種，許多情況下這2種腐蝕同時存在。銅在土壤中的耐腐蝕能力遠遠大于鋼材，是鍍鋅扁鋼耐腐蝕性的3倍以上。而且銅的表面會產(chǎn)生致密的銅綠，能夠阻斷腐蝕的進一步擴展，對內(nèi)部的銅起到較好的保護作用。當(dāng)銅接地網(wǎng)與其他金屬管道、構(gòu)架共存于地下時，銅作為陰極不會受腐蝕，腐蝕的是后者。鍍鋅鋼材的鍍鋅層雖然具有一定的抗腐蝕性，但施工過程中的高溫電焊加工會破壞這一保護層，一般最多只能使用10年。而銅接地體不存在點蝕情況，壽命顯著增加。

一般情況下，接地網(wǎng)作為隱蔽工程不能通過定期的檢查維護來發(fā)現(xiàn)和解決接地系統(tǒng)中存在的問題。就算定期測量接地電阻，也很難發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)的腐蝕情況。由于腐蝕造成接地體的截面變小，一旦通過大的故障電流，容易過熱熔斷，從而導(dǎo)致故障電流不能快速通過接地網(wǎng)流入大地，地電位升高，出現(xiàn)“反擊”現(xiàn)象，造成電氣二次設(shè)備、低壓系統(tǒng)乃至變壓器等重要設(shè)備的故障和損壞，嚴重時可能危及人身安全。而銅材接地網(wǎng)相對鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)在這方面有明顯優(yōu)勢。

2．3 接地效果

對接地系統(tǒng)的基本要求是滿足接地電阻的指標。接地電阻實質(zhì)上包含3個部分:接地導(dǎo)體本身電阻、接地導(dǎo)體和土壤的接觸電阻以及土壤本身的散流電阻。這3個部分中，土壤的散流電阻起決定作用，它決定了接地電阻阻值的大小，土壤的散流電阻由土壤的電阻率決定。

綜上所述，銅接地體與鍍鋅扁鋼接地體相比，在熱穩(wěn)定性能、耐腐蝕性、接地效果方面有明顯的優(yōu)越性。

3 不同接地材料經(jīng)濟性對比

根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求(見表1)，對鍍鋅扁鋼和外表面鍍銅圓鋼做經(jīng)濟性分析(以整體項目占地7．7萬m2計算)。

水平接地體截面積經(jīng)過熱穩(wěn)定性校核后，由于表面鍍銅圓鋼不用考慮腐蝕，因此選擇R=13mm的鍍銅圓鋼;鍍鋅扁鋼需要考慮腐蝕，所選扁鋼的規(guī)格為80mm×10mm。

工時對比見表2。預(yù)計使用熱鍍鋅鋼材料的施工費用為125萬元，使用鍍銅圓鋼材料的施工費用為55萬元。

通過以上2項分析，可以得出經(jīng)濟性對比結(jié)果(見表3)。

表1 材料規(guī)格及用量

表3 經(jīng)濟性對比

從以上分析可以看出:鍍鋅扁鋼在材料費用上優(yōu)勢明顯，鍍銅圓鋼由于施工簡單節(jié)約了人工費用，兩者相比總費用相差不大。鍍銅圓鋼在使用年限上優(yōu)勢明顯。

4 結(jié)束語

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，鍍銅圓鋼相對于純銅及鍍鋅扁鋼都有很好的經(jīng)濟效益，非常適合在電力系統(tǒng)中大規(guī)模使用，可徹底解決接地導(dǎo)體的腐蝕問題。鍍銅鋼棒接地系統(tǒng)雖然一次性投入比使用傳統(tǒng)材料的接地系統(tǒng)大，但它的使用壽命長、性能穩(wěn)定、免維護的優(yōu)勢是傳統(tǒng)接地方式無法比擬的。

［1］GB 50057—2010，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］張小玲，黃青楊．電力系統(tǒng)接地網(wǎng)故障診斷［J］．電氣系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2002，14(1):48 －51．

［3］劉芳．一起定子接地保護故障分析［J］．華電技術(shù)，2010，32(6):70－71．