关于强腐蚀场地的变电站主接地网设计

关于强腐蚀场地的变电站主接地网设计

卢世兴

广西泰能工程咨询有限公司

【摘要】随着国家综合实力的提升，人们对于电力方面的要求越来越高，国家对于电力方面的建设始终非常关注，2021年我国发电量83768亿千瓦时，增长9.8%，新能源年发电量首次突破1万亿千瓦时。但在开展变电站主接地网设计建设的过程中，会受到外界因素的影响导致网线被腐蚀的情况发生，对整个变电站的正常工作都会造成巨大影响。尤其是我国陆地面积辽阔，在建设设计变电站主接地网时，必然会碰到一些强腐蚀场地，这就要求相关人员充分考虑到各方面的影响因素，确保变电站的稳定、安全运行。

【关键词】强腐蚀场地；变电站；接地网；腐蚀诊断

在当前市场经济环境下，各大企业和个体对于电力方面的要求逐渐提升，要确保供电的稳定性和安全性。但由于变电站主接地网设计建设工作会在不同环境、不同地质、不同条件下进行，实际在开展设计建设前，要充分了解施工现场的土壤地质情况，对阴阳离子、pH、气象条件、空气容量等等因素进行深入研究。本文就以强腐蚀场地为研究对象，探讨了如何做好变电站主接地网设计工作。

一、腐蚀变电站主接地网的主要因素

（一）导体材料的影响

在日常工作中，出现变电站主接地网受锈蚀损坏的情况，一般是因为材料长时间与土壤接触产生的化学反应导致腐蚀的发生。因为材料本身的理化性质组织的结构，会受到电化学反应和物理化学反应，尤其是在焊接位置尤为严重。有相关研究显示，在变电站主接地网材料中，最先受到侵蚀的是镀锌材料，有研究表明，使用变电站主接地网耐腐蚀材料为合金钢，碳素结构满足要求，能够大大提高抗腐蚀能力。

（二）土壤的影响

对于变电站主接地网来说，土壤的复杂性会导致变电站主接地网材料逐渐被腐蚀，比如土壤中的固态液态物质、零星电流、微生物等等，这些都会在一定程度上对变电站主接地网材料造成侵蚀。在土壤中包含了丰富的氧气、水、有机物、无机物等，在变电站主接地网导体与土壤接触的过程中，长时间下来会让导体出现锈蚀。比如，在土壤中的不规则电流，该区域为阳极区，而变电站主接地网的导体为阴性区，两者接触会产生电化学反应，而且存在的不规则电流越多，对变电站主接地网造成的影响越大。对变电站主接地网导体腐蚀产生影响较大的还有土壤的含氧程度。如果变电站主接地网使用的材料容易受到氧化，会对接地网材料造成严重腐蚀，从而地表水和雨水的溶解，形成氧浓差电池，如果土壤比较干燥，氧气的含量渗透性能更高

（三）微生物腐蚀

土壤中的微生物比较多，在活动及生长的过程中会对接地网产生较大的影响。而且在污染度比较高的土壤中，微生物比较多，如SRB，如果与变电站主接地网长时间接触，就会导致片状腐蚀、多点腐蚀的出现，因此要加强对微生物的腐蚀防范工作。

二、强腐蚀场地土壤腐蚀性评价

（一）腐蚀性测试

对某变电站主接地网周边的土壤样品进行检测，遵循的是《土工试验规程》，检测的主要内容有极化电流、视电阻率、质量损失、氧化还原电位，详情见表1所示。

表1  某变电站主接地网周边土壤样品测试结果

（二）土壤腐蚀性评价

遵循《土工试验规程》中的相关规定要求，在上述评价指标中对土壤腐蚀进行评价，表2为详细的测试数据。通过数据可以发现，该变电站主接地网周边的土壤样品为强腐蚀性。

表2  某变电站主接地网周边土壤腐蚀性评价指标

三、强腐蚀场地的变电站主接地网设计

通过对该区域的土壤腐蚀性测试，得出本区域为强腐蚀场地，需要对其进行防腐蚀改造，使变电站主接地网设备能够安全运行。牺牲阳极阴极保护，这样不会对周边形成杂散电流，安装维护便捷，也不需要外部电源。一般情况下，阴极保护电流密度为10-50mA/m2，选择规格为θ200×500mm的镁忆合金防腐降阻模块，埋设深度为0.8m，填料电阻率为15Ω·m左右，质量为27.3kg。牺牲阳极据接地网的位置进行计算：

（一）埋入土壤表面积

S=2（a×b+a×c）

其中，a值为1200m；b值为0.06m；c值为0.008m。分别代表的是埋设接地网长、宽和高。计算得出：S=145.152m2。

（二）保护电流

IA=Ia×S

其中，IA值为50mA/m2；代表的是阴极保护电流密度，计算得出：IA=7.258A。

（三）单支阳极电阻

RH=ρ/（2πL）[1n（2L/D）+1n（L/2t）+（ρa/ρ）1n（D/d）]

式中，L值为0.545m，代表的是阳极长度；D值为0.35m，代表的是填包层直径；d代表的是阳极等效直径；t值为0.865m，代表的阳极中心至地面距离。ρ代表的是当地土壤；ρa代表的是填包料电阻率；值为128.02Ω·m，15Ω·m。

计算得出RH=1.266Ω。

（四）单支阳极输出电流

本次计算忽略了阴极过度电阻和回路电阻。

Ia=ΔE/RH

其中，ΔE值为0.65v，代表的是镁合金输出有效电位差。计算得出：Ia=0.513A。

（五）阳极数量及寿命计算

第一，数量计算。

N=

其中，f代表的是备用系数，计算得出N≈28。

第二，寿命计算。

T=0.85W/（ω·Ia）

其中，W值为27.3kg，代表的是阳极净质量；ω值为7.92kg/（A·a），代表的是阳极消耗率。计算得出：T≈6（年）。

牺牲阳极距接地网1.5-2.0m处水平埋设，使用电缆连接接地网和防腐降阻模块，对点位定期进行检测，确保保护效果达到使用要求。

（六）腐蚀检测方式

目前，在开展变电站主接地网腐蚀检测系统时，比较常见的有探测线圈的设计、前置缓冲陷波器的设计等。其中，前者是利用电磁感应的方法，对磁感应强度进行测量。而前置缓冲陷波器的设计，能够有效抑制信号邻近谐波的干扰，通过处理工频陷波，有效提取信号，对噪声等相关干扰进行抑制，确保检测系统的检测准确性。

四、结束语

综上所述，通过测试变电站主接地网周边的土壤，可以充分了解土壤的腐蚀性等级，对是否需要进行改造进行明确。本文通过某变电站主接地网土壤情况得出，该区域为强腐蚀场地，地网腐蚀严重，需要采取有效的保护措施，延长变电站使用寿命，减缓腐蚀。因为强腐蚀场地土壤中的硫酸盐和氯化物含量较高，使土壤腐蚀中的阳极过程得到促进，与金属产生化学反应，从而对金属造成严重腐蚀。因此，实际在开展腐蚀保护工作时，要落实好腐蚀改造保护工作，牺牲阳极阴极延长使用寿命，确保变电站的安全稳定运行。

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