某超高压变电站接地网腐蚀原因诊断研究

杨洁，李小娟，周志军，马超，孟欢、罗耘

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)

某超高压变电站接地网腐蚀原因诊断研究

杨洁，李小娟，周志军，马超，孟欢、罗耘

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050)

为找出新投运2年后的某750kV变电站接地网腐蚀严重的原因，通过现场埋片观测、土壤理化指标分析、接地网局部开挖检查、建设资料、运行状况分析等方法进行诊断研究，综合比较分析得出土壤腐蚀性在该变电站接地网腐蚀中占主导地位。根据该变电站的建设运行经验，对该类地区的电力接地网提出了针对性的腐蚀防护建议。

超高压变电站;接地网腐蚀;诊断研究;腐蚀防护

0 引言

接地网是维护变电站安全可靠运行，保证运行人员和电气设备安全的重要设施，接地网腐蚀后会严重影响电网的安全生产。

该超高压变电站2009年开始建设，2010年9月建成投入运行。变电站接地主网材质为铜绞线及铜包钢。2010年在相关研究中发现该变电站的土壤腐蚀性为强腐蚀;通过更深入的调查发现该变电站接地网在投运之前就有轻度腐蚀现象，带电投运后地网腐蚀出现加剧现象［1］。

基于以上原因，结合该变电站土壤地质及气候等特征，对该站的接地网腐蚀严重的原因进行诊断研究，最终提出荒漠戈壁土壤区电力接地网选材、建设、运行维护腐蚀防护意见。

1 某超高压变电站基本情况

某超高压变电站位于甘肃河西地区戈壁滩上。本站址地层为砾砂和角砾，厚度大于10m，站址上部为第四纪全新统(Q4)和上更新统(Q3)洪积物，厚度大于100m，主要由砾砂和角砾组成。

站址区域水文地质资料表明，站址区地下水类型为潜水，降雨稀少，气候干燥，以大气降水和山前基岩裂隙水补给为主，次为融雪水补给;主要以蒸发的方式排泄。

设计时地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋、钢结构按中腐蚀性考虑。地基土对混凝土结构有强腐蚀，对混凝土结构中钢筋、钢结构按中腐蚀考虑。该超高压变电站接地装置以水平接地体为主，并结合棒形垂直接地体为辅，由人工接地网组成，主接地网采用铜质接地网，户外水平接地体采用TJ－150铜绞线，垂直接地体采用Φ17.2，10m长和2.5m长的铜镀钢垂直接地极。户外设备支架及构支架接地采用－50×4的镀锡铜排，引下线采用－50×4铜排，户内接地体采用60×6的镀锌扁钢，有室内向外引出的接地干线采用铜绞线与户外接地网可靠焊接，室内向外引出接地干线采用的铜绞线与户内镀锌扁钢搭接处镀锡［2］。

2 筛查变电站接地网腐蚀主要因素

2.1 变电站内埋片腐蚀观测

2011年2月在该变电站与主网连接处埋设了五组不同材质的试片，材质分别为碳钢、镀锌碳钢、T2紫铜，于2011年6月和2014年3月分别开挖检查埋设3个月和3年试片的腐蚀情况，发现该变电站的腐蚀情况在同类电压等级、同时间段埋设的试片中，是比较严重。

相关研究表明，在有电流作用下，紫铜的稳定性能最好，镀锌试样次之，Q235钢试样的稳定性最差［3］。该变电站埋片表观观测紫铜耐腐蚀性最强，碳钢最差。镀锌碳钢对基体起到保护作用，但随着腐蚀的进行，锌层逐渐被腐蚀，当基体裸露面积增至一定范围，镀锌层不再起到阴极保护的作用［3］。

2.2 变电站分区与选点布置

变电站按设备区划分为330kV和750kV区，本文在两个设备区各选取2个点进行开挖工作和土壤样品采集工作。

2.3 变电站局部开挖及土壤取样

在选取的4个点位进行主网局部开挖，同时采集距地表0.3m至1m处不同深度的土壤样品进行理化指标分析。

根据兰州大学地理系副教授胡双熙编制的甘肃省土壤分区图可知该超高压变电站属于温带暖温带荒漠土壤区－走廊西部棕漠土风沙土亚区，在城市郊区，变电站整体土壤中砂石含量很高，较干燥，呈粉土状态，无可塑性。从变电站选点开挖情况可见:

(1)变电站内土壤水平均匀性较好，即便混有砂石，但整体水平分布均匀;垂直分布上，上层砂石含量较下层多，上层会混杂有角砾石和大粒径的鹅卵石，而在0.3m以下，土壤的垂直分布均匀。造成变电站回填土壤水平均匀、垂直不均匀的原因是施工回填土壤没有进行筛分。

(2)存在接地金属表面划伤、砸凹陷的情况，判断为施工过程中金属工具或角砾石与接地金属碰撞造成的。

(3)存在接地网实际埋设地点、深度与档案图纸不一致的现象。

2.4 变电站土壤理化试验结果分析

将多个取样点取回的土壤样品分别进行理化指标测定，土壤测试的指标主要包括壤pH、重碳酸根离子、水溶性硫酸根、酸溶性硫酸根、氯离子、含水量、易溶盐总量等［4］，测试结果见表1。经测试，该超高压变电站土壤的氧化还原电位为135.8mV，电阻率为32.7Ω·m。腐蚀速率以碳钢材质计，埋设时间为三个月，腐蚀速率与埋设试片周围土壤的密实程度有关。

表1 某超高压变电站土壤理化性能指标测试结果

从表1中的测试结果及开挖点位处土壤状况可见，该超高压变电站土壤含盐量较大，砂石含量大，土壤孔隙度大，腐蚀性的氯离子、硫酸根离子含量较高，变电站整体土壤的均一性较差，土壤对金属的腐蚀性较大。通过不同埋深处土壤的腐蚀速率测试数据可知，埋深越浅，腐蚀越严重，主要是埋深0.3m处的土壤混杂有角砾石和大粒径的鹅卵石，孔隙度较大，其土壤腐蚀性较埋深较深位置的土壤腐蚀性强。从土壤理化性能指标测试结果可以判断该变电站土壤腐蚀性较强，这与采用德国多项指标评价法［4］对该变电站的土壤评价结果相吻合，且该变电站土壤局部腐蚀严重。

2.5 变电站接地网局部开挖

通过开挖检查接地网，挖掘到的主网，金属表面呈不同深度的红棕色，为铜氧化物，即便在近地表位置的主网也没有出现腐蚀的现象;挖掘到的下引线，在水平铺设、弯头处出现绿色的铜腐蚀产物，为铜盐。埋设的试片没有连接到主网上，不受下泄电流的保护，距地表较近，受空气、地表降水的影响较大，即便是垂直埋设，其腐蚀程度仍然很严重。从理化性能试验结果看，该变电站的土壤腐蚀性强，且局部腐蚀严重，对金属的腐蚀占主导作用［2］。

通过对所选取的4个点位处的接地网主网进行局部开挖，根据现场接地网局部开挖检查发现:

(1)户外水平接地体采用TJ－150铜绞线受下泄电流及土壤中氧气的影响，表皮呈棕褐色，未发现铜腐蚀析出物，耐蚀性能较好，周围土壤没有发现铜污染;

(2)铜排在近地表水平弯头处，有腐蚀产物析出，表明地表降雨后，因土壤贮水性能较差，水分下渗，在水平铜排蓄积，加之土壤孔隙度大，氧气含量较多，造成铜排的腐蚀;

(3)镀锌扁钢的耐蚀性能较差，开挖中发现其腐蚀已较为严重。

铜镀钢垂直接地极因埋设过深，依靠人工开挖难度很大，一般情况下，铜镀钢在镀层满足要求时，其耐蚀特性较好。

2.6 变电站运行状况调查

该变电站自运行后，未出现设备故障造成的大电流接地，未出现极端天气现象。

3 原因分析

接地网的腐蚀是接地材料在土壤环境中的腐蚀问题，除了受接地材料本身的影响外，更多的是受土壤理化性质和其他一些因素的影响。各因素存在交互作用，并且随着时间变化［5－7］。

通过埋片观测、土壤理化性能试验和接地网局部开挖等方法对该超高压变电站接地网腐蚀原因进行筛选分析，可见造成其接地网腐蚀的主要原因为土壤的腐蚀性，该地区土壤含盐量高、腐蚀性离子含量大、有机质少、孔隙率大，含水量少。

该变电站所处的地区土壤砂石含量大，使土壤孔隙率较大，地表降水后，易渗透到埋设浅层的接地网，在含氧、含水的环境中造成腐蚀。

在施工过程中受到损伤的接地金属，易造成腐蚀加剧。

4 结论与建议

(1)针对已经投入运行的变电站接地网腐蚀，运维防腐蚀监控应着重加强电缆沟道、不同材质连接部位、易腐蚀材质等部位的检查，发现问题要及时进行更换和维修。

(2)变电站接地网施工建设时加强标准化施工规范，严格按照设计要求定点位、定深度安装，杜绝为施工方便改变接地网敷设位置的现象。施工中发现需要调整的地方，与建设方、设计方进行沟通可改进设计方案，必须出具设计变更，并做好档案管理工作，确保接地网安全稳定运行和后期运维检修开挖过程中能够准确查找。

(3)当土壤中砂石含量较多时，建议施工地网回填土方，应对土壤进行过筛和夯实处理。变电站地表应进行“三合土”夯实处理，降低土壤含水量，同时铺砾石防止扬尘。这些措施可有效降低地网的腐蚀，延长地网使用寿命。

(4)为满足接地网的安全及防腐蚀的要求，选择合适的材料是防止接地极腐蚀和控制接地网成本的关键。针对该地区的土壤特点，建议在今后的变电站建设时，合理选材，使用新型低污染、耐蚀导电性能高的材料。

［1］杨洁，李小娟，李炜.甘肃接地网腐蚀规律研究技术报告［R］.兰州:甘肃省电力公司电力科学研究院，2012.

［2］李小娟，杨洁.750kV敦煌变电站接地网腐蚀原因诊断研究技术报告［R］.兰州:国网甘肃省电力公司电力科学研究院.2014.

［3］阎爱军，陈沂，冯拉俊.几种接地网材料在土壤中的腐蚀特性研究［J］.腐蚀科学与防护技术，2010，22(3):197－199.

［4］宋光铃，曹楚南，林海潮，等.土壤腐蚀性评价方法综述［J］.腐蚀科学与防护技术，1993，5(4):268－277.

［5］陈坤汉，杨道武，喻林萍，等.电力接地网土壤腐蚀性的评价［J］.腐蚀与防护，2008，29(10):614－617.

［6］李月强，杜翠薇，冯皓，等.接地极的土壤腐蚀［J］.环境技术，2010(1):15－18.

［7］高世刚，姜梅，李炜，等.兰州市区地下电力电缆对环境的电磁影响分析［J］.电力科技与环保，2015，31(1):8－11.

Diagnostic studies on grounding grid corrosion reason in 750 kV Substation

ln order to find the reasons that a 750kV substation grounding grid were seriously corroded for 2 years running，it investigated by burying specimen observation，soil physical and chemical index analysis，grounding grid local excavation，building materials and operational state，etc.Through comprehensive comparative analysis，the results show that soil corrosion is the dominant effect in the corrosion of grounding grid in the substation，and providing suggestion of corrosion protection for grounding grid.

substation;grounding grid corrosion;diagnostic studies;corrosion protection

X591

B

1674－8069(2016)05－006－03

2016-02-26;

2016-03-09

杨洁(1968-)，女，河北昌黎人，高级工程师，主要从事水处理、腐蚀防护及环境保护等方面的研究。E－mail: 1072473363@qq.com

国网甘肃省电力公司2014年度科研项目“750kV敦煌变接地网腐蚀原因诊断分析研究”(5227221350BS)