一起变电站接地网腐蚀故障的诊断与处理

黄成才

（国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司，江苏盐城 224000）

变电站接地网是保护防止过电压对站内设备造成损害的重要设施，也是设备保护功能的有效载体，对整个电力系统的安全稳定运行具有重要意义[1-2]。变电站的接地网由水平铺设的主接地网和辅助的设备引下线构成，用于降低站内接地电阻，从而起到快速散流、减少接触电压和跨步电压的作用。但是由于变电站接地网常年深埋于地下，受土壤腐蚀、物理移位、材质化学反应等作用必然导致其连接扁钢发生断点、锈蚀、接触不良等故障，从而使接地网的快速散流能力逐步退化甚至丧失，产生较大的局部电压差，若不及时发现并进行整改，随着腐蚀现象的不断加剧，必然会影响整站设备的安全稳定运行，尤其在雷雨季节工作人员的人身及站内设备的安全都难以得到保障[3-5]。

盐城市地处东部沿海地区，土壤含盐量较高，经过多年运行的站内接地网受土壤的腐蚀严重，有部分运行年限久远的变电站接地网扁钢甚至出现断裂的情况。35kV 楼王变是盐城市郊一所老旧的变电站，占地面积7.3 亩，于1988 年6 月建成并投运，在2001 年10 月进行无人值班改造，现有35kV 进出线2回，10kV 出线7 回，主变2 台。该站接地网至今已运行30 年，地下接地扁钢腐蚀情况恶劣，严重威胁站内设备的安全稳定运行。

试验人员在雷雨季节之前对35kV 楼王变接地网性能进行了测试，利用各设备接地引下线与主网的导通与否来判定接地网的运行性能，试验发现该站接地网多处导通不良，有的甚至严重影响主要设备的安全运行，随即在对该变电站的接地网进行的开挖工作中，也验证了接地网确实腐蚀严重。通过对该35kV 变电站接地网的试验调查、对站周边环境的分析，结合现场实际对该站进行了接地网的改造工作。改造后试验结果表明，各设备接地引下线通过主接地网接触良好，各项指标符合规程要求。文章深入分析了该站接地网导通故障的诊断与整改过程，对今后接地网改造工作具有一定指导意义。

1 接地网的性能测试

1.1 接地网导通试验原理

变电站主接地网是由一根根均压导体条相互焊接而成的接地电路网络，如图1 所示。由于构成接地网的金属导体条或扁钢的电阻率远小于土壤，所以在对接地网施加恒定直流电压时，可以完全忽略各条支路及土壤之间的电感、电容效应，即可把接地网看成一个纯阻性的多端口网络，如图2 所示。

接地网建造完工后，各支路的电阻初始值也随之确定。随着接地网运行时间的不断增加，局部支路的扁钢及连接导体可能腐蚀严重，导致该支路的绝缘电阻远远大于初始值。接地网某支路在受到严重腐蚀前后各支路的拓扑结构并没有发生变化，仅仅是某些支路的阻值较大，当以相同的直流电压激励腐蚀与否的两个接地网支路，可以得到完全不同的导通阻值[6]。接地网的导通试验就是基于这一原理对接地网性能进行检测的，在图2 的拓扑结构中，以任意一条接地引下线为参考点，对全站所有接地点进行接地网的导通试验，从而判定接地网的哪条支路存在腐蚀或导通不良问题。

图2 接地网的等效拓扑结构

1.2 试验方法及仪器

接地网导通试验是测量接地引下线与地网（或相邻设备）之间的直流电阻值来检查其连接情况，从而判断引下线与地网的导通状况是否良好，目前主要的试验方法有直流电桥法、直流电压电流法，本文采用的为直流电桥法，接线图如图3 所示。

图3 直流电桥法接线图

试验仪器采用FLUKE1625 型接地电阻测试仪，该仪器具有抗干扰能力强、测量精度高的优势。测试中采用四极（C1、P1、C2、P2） 测试的方法，测量结果稳定可靠。图4 给出了FLUKE1625 型接地电阻测试仪的实物图。

图4 FLUKE1625 型接地电阻测试仪

1.3 接地网设备引下线的导通标准

变电站接地网设备引下线之间的导通阻值能够准确反映设备引下线与主网的连接情况及接地网的某些支路的锈蚀情况，对检测接地网的性能具有重要意义。根据《国家电网公司变电检测管理规定（试行）》第44 分册《接地引下线导通测试细则》中规定[7]，可以得到设备引下线导通的标准如下：（1）状况良好的设备测试值应在50mΩ 以下；（2）50mΩ-200mΩ 的设备状况尚可，宜在以后例行测试中重点关注其变化，重要的设备宜在适当时候检查处理；（3）200mΩ-1Ω 的设备状况不佳，对重要的设备应尽快检查处理，其他设备宜在适当时候检查处理；（4）1Ω以上的设备与主地网未连接，应尽快检查处理；（5）独立避雷针的测试值应在500mΩ 以上；（6）测试中相对值明显高于其他设备，而绝对值又不大的，按状况尚可对待。

2 接地网导通故障实例分析

2.1 缺陷发现

35kV 楼王变是盐城市郊的一所老旧变电站，于1988 年6月建成并投运，该站接地网至今已运行近30 年。2020 年3 月，盐城地区电网春季检修工作正式开展，试验人员在对其接地网设备引下线进行例行导通试验时发现，35kV 楼王变存在多处设备引下线与主网接触不好甚至未连接故障，并随即对该站进行开挖检查，发现接地网扁钢腐蚀情况严重、多处有断裂点、接地网埋藏深度不够、接地扁钢宽度不足（仅25mm）等严重缺陷，见图5。

图5 腐蚀严重的接地扁钢

导通试验过程中，经反复切换基准点测量后，确认4 处设备接地引下线导通电阻明显偏大，甚至出现不导通现象，设备引下线导通阻值如表1 所示。

表1 接地引下线导通电阻明显异常位置及阻值

2.2 缺陷诊断

根据《国家电网公司变电检测管理规定（试行）》第44 分册《接地引下线导通测试细则》中规定，接地网设备引下线导通阻值在1Ω 以上的，设备与主地网未连接，应尽快检查处理。表1中的4 处接地引下线导通阻值都远远超过了1Ω，说明这四处及其对应接地网连接支路存在断点，接地不导通。

上述4 个设备中，1 号主变属于站内重要设备，其接地引下线与主接地网不导通将严重影响站内人身、设备的安全；1 号所变避雷器的接地引下线与主接地网导通与否直接关系到避雷器的保护效果，两处刀闸也直接影响供电可靠性，故应立即进行整改。

3 接地网的整改措施与效果

3.1 整改目标

根据35kV 楼王变接地网存在的严重腐蚀和部分设备引下线不导通问题的分析与诊断，结合相关电力规程要求，确定了该35kV 变电站接地网的整改目标如下：（1）对腐蚀严重的接地网扁钢进行重新铺设、焊接，并采用严格的防腐措施，保证新铺接地网的使用寿命达到25～35 年。（2）新铺设扁钢的截面积满足大短路电流的热稳定性要求。（3）对接地网进行实用性、合理性设计，使其具有良好的均压能力和快速的散流能力。

3.2 整改方案

针对35kV 楼王变接地网导通故障，对其进行整改，整改工作主要包括：（1）对于刀闸、避雷器等架设在电杆上的设备，工作人员沿着该设备的接地引下线向下挖至主接地网，再沿故障设备接地引下线布置一根截面积为60mm*8mm 的扁钢与主接地网焊接；（2）对于35kV 楼王变的1 号主变接地引下线，工作人员刨开1 号主变底座池鹅卵石，沿原接地引下线布置一根截面积为60mm*8mm 的扁钢，再沿扁钢在1 号主变周围布置一圈独立接地网，最后将独立接地网与主接地网可靠焊接；（3）进行站内接地网开挖，对腐蚀严重的接地网支路更换截面积为60mm*8mm 的扁钢进行连接；（4）新铺设的接地网扁钢利用降阻剂进行填盖。高效膨润土降阻防腐剂具有优越的吸水性和保水性，水土不易流失，能够起到消除接触电阻，稳定接地电阻、跨步电压等作用。

3.3 整改效果

3.3.1 设备引下线导通阻值

接地网整改后对原明显偏大的4 处接地引下线进行了复测工作，数据如表2 所示，各数值均符合《国家电网公司变电检测管理规定（试行）》第44 分册《接地引下线导通测试细则》中所规定的接地引下线导通阻值小于50mΩ 的要求。

表2 设备引下线导通阻值复测值

3.3.2 热稳定性校核

接地网接地扁钢的截面积应满足公式（1）的要求[8]：

式（1）中：Idmax为入地最大短路电流，取5000A；C 为接地网扁钢导体的比热，一般取70；td为保护动作时间，取2s 计算，则S≥101.1mm2。

35kV 楼王变的接地网整改采用的是截面积为60mm*8mm的扁钢，截面积明显大于101.1mm2，满足热稳定参数的要求，能够快速实现散流功能。

4 结论

通过对35kV 楼王变接地网导通故障的发现、诊断和整改工作，可以得出以下结论：（1）变电站接地网试验应按国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》周期试验，保证及时发现设备接地引下线与主接地网导通故障，防止设备发生失地运行。（2）利用站内设备接地引下线的导通试验能够准确迅速发现接地网故障，实现故障点的准确定位。（3）整改的扁钢截面积要足够大，以保证接地网的热稳定性和快速散流能力。（4）接地网的改造工作要尊重科学性，合理规划、切实实施、可靠操作。

本次35kV 楼王变接地网的整改工作是可靠有效的，对变电站接地网导通故障的整改工作具有一定的指导意义。当然，也存在一定的局限与不足，需要在以后的工作中进一步完善。