淺談發(fā)電廠變電所接地裝置的腐蝕及防腐措施

1、淺談發(fā)電廠變電所接地裝置的腐蝕及防腐措施    1引言接地裝置如長(zhǎng)期處在地下或陰暗、潮濕的環(huán)境中,則最容易發(fā)生腐蝕。由于接地裝置的腐蝕會(huì)極大的影響裝置的使用壽命,造成接地網(wǎng)局部斷裂,接地線與接地網(wǎng)脫離,形成嚴(yán)重的接地隱患或構(gòu)成事故。筆者曾對(duì)河南省某地的6座110kV變電所和2座發(fā)電廠的設(shè)備接地進(jìn)行了檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有146處設(shè)備接地與地網(wǎng)不通1,其中最為嚴(yán)重的是某110kV變電所的110kV避雷器、互感器間隔和35kV的避雷器、互感器間隔與地網(wǎng)不通,還有一座發(fā)電廠的主變壓器與地網(wǎng)不通。另有一座110kV變電所接地網(wǎng)斷裂成若干小網(wǎng)。最后檢查原因是接地線因腐蝕

2、斷裂而造成的。另外還發(fā)現(xiàn)不少輸電線路桿塔接地引下線因腐蝕而發(fā)生開斷現(xiàn)象。因腐蝕斷裂造成一些設(shè)備“失地”,特別是一些主設(shè)備和防雷設(shè)備“失地”會(huì)造成嚴(yán)重后果,會(huì)使防雷設(shè)備失去作用,會(huì)在接地短路故障發(fā)生時(shí),使局部電位升高,高壓向低壓反擊,使事故擴(kuò)大。前述某變電所就曾因避雷器間隔“失地”而多次發(fā)生雷害事故。某電廠也曾因油開關(guān)的接地引線銹蝕開路,而在開關(guān)發(fā)生接地短路時(shí),高壓向低壓反擊,使電纜溝內(nèi)的控制電纜和保護(hù)電纜著火,發(fā)展成癱瘓性的事故。因而對(duì)接地裝置的腐蝕問題必須認(rèn)真對(duì)待,并采取切實(shí)可行的防腐措施進(jìn)行防護(hù)。2接地裝置腐蝕環(huán)境和腐蝕機(jī)理2.1接地裝置的腐蝕環(huán)境接地裝置的腐蝕環(huán)境主要分為兩種:(1)大氣

3、腐蝕;(2)土壤腐蝕。大氣腐蝕主要是接地引下線和電纜溝內(nèi)的均壓帶,土壤腐蝕主要是各種垂直和水平接地體。2.2接地裝置容易發(fā)生腐蝕的部位及其原因接地裝置容易發(fā)生腐蝕的部位主要有:設(shè)備接地引下線及其連接螺絲;各焊接頭;電纜溝內(nèi)的均壓帶;水平接地體。這些部位既有大氣腐蝕的環(huán)境,又有土壤腐蝕的環(huán)境,引起腐蝕的原因主要為電化學(xué)腐蝕,但以吸氧腐蝕為主,在一些工業(yè)污染嚴(yán)重的場(chǎng)所,如在有害氣體存在的場(chǎng)所,還存在化學(xué)腐蝕。據(jù)我們檢查,大多數(shù)設(shè)備與地網(wǎng)不通的原因都是接地引下線腐蝕斷裂。接地體的腐蝕原因是多方面的,大致歸納為以下幾個(gè)方面。土壤腐蝕性強(qiáng),特別是在偏酸性的土壤、風(fēng)化石土壤和砂質(zhì)土壤中,最易發(fā)生析氫腐蝕和

4、吸氧腐蝕。接地體采用再生鋼材,這樣的鋼材由于雜質(zhì)超標(biāo),在地下易發(fā)生電偶電池腐蝕。使用了腐蝕性較強(qiáng)的降阻劑,特別是一些化學(xué)降阻劑,由于含有大量的無機(jī)鹽類,加速了接地體的電化學(xué)腐蝕。一些固體降阻劑也由于膨脹系數(shù)與鋼接地體不一致,經(jīng)過一定的時(shí)間后與接地體產(chǎn)生縫隙,產(chǎn)生了腐蝕電位差,加速了接地體的腐蝕。屬于施工方面的原因有:a,接地體埋深不夠,上層土壤含氧率較高,吸氧腐蝕快;b,用砂子,碎石和建筑垃圾作回填土;c,焊接頭存在虛焊、假焊現(xiàn)象,對(duì)焊接頭沒有做防腐處理;d,對(duì)接地引下線沒采取過渡防腐措施,沒有刷防腐漆;e,擴(kuò)大地網(wǎng)時(shí),把新地網(wǎng)接到原地網(wǎng)的電纜溝,或把設(shè)備的接地接到電纜溝的均壓帶,而電纜溝的均

5、壓帶又不定期地進(jìn)行防腐處理,因焊接頭腐蝕斷開造成地網(wǎng)支解。3防止接地裝置腐蝕措施對(duì)接地裝置的防腐問題,筆者從1987年起進(jìn)行了大量的研究、試驗(yàn)和探索,現(xiàn)在對(duì)可埋入地中的水平和垂直接地體已研制出了GPF294降阻防腐劑,且已在大量的接地工程中得到了成功的應(yīng)用,有些工程經(jīng)過10年多的考驗(yàn),證明了其良好的防腐效果。3.1GPF-94高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑的防腐機(jī)理GPF294高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑的防腐機(jī)理,主要是利用鈣基膨潤(rùn)土本身的特性3,在研制時(shí)加入了一定比例的無機(jī)緩蝕劑、鈍化劑調(diào)整降阻劑的酸堿度為偏堿性,pH值為10左右,H 的濃度小,使析氫腐蝕無法存在;由于降阻劑的結(jié)構(gòu)密致,含氧量少,使鋼接地體

6、基本上不和氧接觸,防止了吸氧腐蝕;加入的無機(jī)緩蝕劑、鈍化劑和膨潤(rùn)土本身的作用在鋼接地體表面生成了一層鈍化膜,保護(hù)了接地體,降阻劑中含有的大量的鈣、鎂、鋁等金屬氧化物,它們的金屬離子都比鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位低,起到了一定的“陰極保護(hù)”作用;鐵的氫氧化物Fe(OH)3屬于堿性氫氧化物,僅能與酸反應(yīng),因此,鐵埋在具有弱堿性的降阻劑中受到了保護(hù);接地體添加高效膨潤(rùn)土降阻劑后,使接地體不直接與周圍土壤接觸,當(dāng)接地體通過大的工頻接地短路電流和沖擊電流時(shí),電火花發(fā)生在降阻劑與土壤之間,從而使接地體免遭電火花腐蝕。經(jīng)試驗(yàn),該降阻劑對(duì)鋼接地體的平均年腐蝕率010035mm?年。3.2工程應(yīng)用情況某微波站位于河南與湖

7、北兩省交界的山上,海拔700多米,微波站所處位置為風(fēng)化石土壤,土壤電阻率13008?m,微波站建成后接地裝置的接地電阻為188,由于山上為國(guó)家森林公園,土壤顯酸性,pH值為415,風(fēng)化石土壤透氣性好,含氧量高,因而對(duì)鋼接地體造成了嚴(yán)重的腐蝕。為了降低接地電阻,在1988年以前曾先后進(jìn)行了3次降阻改造,但改造效果都不穩(wěn)定,其主要的原因就是接地體的迅速腐蝕,一般<12mm的圓鋼,2年以后就腐蝕掉一半,3年后就曾因腐蝕造成斷裂,10kV充油鎧裝電纜的金屬鎧裝,不到3年,金屬鎧裝就全部腐蝕爛掉,由于腐蝕也造成了接地裝置的接地電阻迅速回升。1988年我們使用GPF294高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑進(jìn)行改造

8、,用降阻劑包圍在水平和垂直接地體的四周,使用降阻劑30t,接地裝置的接地電阻從178降到2168,3年以后逐漸下降到2128,最后穩(wěn)定到2108。這次改造的最大成功是徹底的解決了接地裝置的腐蝕問題,該接地裝置在1988年5月改造后,至今已經(jīng)過14年,經(jīng)開挖檢查,接地體沒發(fā)生任何腐蝕,至今完好如新,接地體表面還生成了一層白色的鈍化膜。某110kV變電所,位于一個(gè)小山包上,土壤結(jié)構(gòu)為風(fēng)化石片巖,土壤電阻率為24008?m,土壤pH值為612,這種土壤對(duì)鋼接地體的腐蝕率為:扁鋼(011012)毫米?年,圓鋼(013014)毫米?年。如不采取措施,40mm×4mm的扁鋼,10年以后將被完全腐

9、蝕掉。為了防止接地體腐蝕和有效降低工頻接地電阻,筆者采用GPF294高效膨潤(rùn)土降阻劑進(jìn)行處理,即在所有的水平和垂直接地體四周都加降阻劑進(jìn)行處理。接地裝置建成后工頻接地電阻為01358,該變電所1992年建成并投運(yùn),至今已有10年,接地體經(jīng)開挖檢查沒發(fā)生任何腐蝕,40mm×4mm的扁鋼至今完好如新,接地電阻穩(wěn)定在01308。某110kV變電所位于大別山腹地的一座推平的小山包上,土質(zhì)為響沙土壤,土壤電阻率為1300°m,1991年開挖檢查發(fā)現(xiàn)接地體銹蝕嚴(yán)重<8mm的圓鋼直徑已不足4mm,且有多處焊接頭腐蝕斷裂,使設(shè)備處于“失地”狀態(tài)。接地電阻為2.9,1991年我們使用G

10、PF294高效膨潤(rùn)土降阻劑進(jìn)行降阻防腐改造,在降低接地電阻和防腐方面都取得了成功,至今已有11年的時(shí)間,接地體到目前還完好如新,接地電阻穩(wěn)定在0.45。1991年前后我們還成功地解決了近10座發(fā)電廠、變電所接地裝置的降阻防腐問題。經(jīng)河南省電力局有關(guān)部門進(jìn)行開挖檢查其防腐效果都非常好。另外在安徽、江西、廣東、湖北、江蘇、浙江、四川、山東、河北等地接地裝置的降阻防腐問題上都得到成功的應(yīng)用23。3.3陰極保護(hù)法陰極保護(hù)是通過對(duì)被保護(hù)金屬(如接地網(wǎng)的普通碳鋼)進(jìn)行外加陰極極化來防止金屬腐蝕的方法。陰極保護(hù)可通過兩種方法實(shí)現(xiàn),一是犧牲陽(yáng)極法;二是外加電流法。犧牲陽(yáng)極法簡(jiǎn)單易行,無須維護(hù),它是在被保護(hù)的接

11、地網(wǎng)上連接電位更負(fù)、更容易腐蝕的金屬或合金(如鎂及鎂合金陽(yáng)極、鋅合金陽(yáng)極),使靠陽(yáng)極的腐蝕溶解達(dá)到保護(hù)陰極(接地網(wǎng))的目的。外加電流法(亦稱強(qiáng)制電流法)是利用外加直流電源,將被保護(hù)的接地網(wǎng)與電源負(fù)極連接,使接地網(wǎng)變成陰極而進(jìn)行陰極極化,從而達(dá)到防止金屬腐蝕的目的。兩種陰極保護(hù)方式各有特點(diǎn),它們?cè)诮拥鼐W(wǎng)的保護(hù)中都得到了成功的應(yīng)用。陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)是根據(jù)土壤特性(主要是土壤電阻率,其次是土壤pH值、含水率、透氣性)、接地網(wǎng)總表面積、總的保護(hù)電流決定的。但無論采用何種陰極保護(hù)方式,都應(yīng)使接地網(wǎng)的陰極電位-850mV(相對(duì)Cu?CuSO4飽和電極),或者使接地網(wǎng)的自然腐蝕電位負(fù)移(250300)mV不小

12、于100mV。只有接地網(wǎng)的陰極極化電位得到保證,才能有效地防止金屬的腐蝕。接地網(wǎng)的最小保護(hù)電流密度一般在10mA?m2100mA?m2之間。接地網(wǎng)實(shí)施陰極保護(hù)時(shí)整個(gè)地網(wǎng)不需要使用降阻劑,但埋設(shè)犧牲陽(yáng)極或輔助陽(yáng)極的地方需要化學(xué)填實(shí)包或碳素回填料,以降低陽(yáng)極的接地電阻。接地網(wǎng)防腐采用陰極保護(hù)后一般可以延長(zhǎng)使用壽命25年30年,在國(guó)內(nèi)有許多接地網(wǎng)采用陰極保護(hù),如鄭州東風(fēng)變、唐山遵化變、濱州北郊變、莘縣220kV變等45。3.4設(shè)備接地引下線的防腐措施設(shè)備接地引下線最容易發(fā)生的腐蝕部位是從地下與水平接地體連接處,直到地面上1m處,因?yàn)榇颂幗拥匾戮€經(jīng)過兩種不同的腐蝕環(huán)境,腐蝕電位不同,特別容易發(fā)生因腐蝕電位不同而引起的電化學(xué)腐蝕。筆者采取的措施是從地下與水平接地體連接處開始刷瀝清漆或防銹漆,直到地上與設(shè)備連接處,并定期進(jìn)行維護(hù)。3.5關(guān)于接地體用材、埋深和施工工藝為了防止接地體腐蝕,選用材料也是關(guān)鍵,一般不要使用再生鋼。接地體的埋深一定要達(dá)到016m以下,要用細(xì)土回填,并分層夯實(shí),不要用碎石和建筑垃圾回填,對(duì)焊接頭的焊口長(zhǎng)度,焊接質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān),不能有虛焊、假焊現(xiàn)象。對(duì)焊口要刷防銹漆進(jìn)行處理。施加降阻防腐劑要均勻施加,不得有脫節(jié)