電力工程接地用銅覆鋼使用導則-編制說明

電力工程接地用銅覆鋼使用導則（征求意見稿）編制說明

本標準是根據(jù)國家能源局下達的“2019年能源領域行業(yè)標準制（修）訂計劃及英文版翻譯出版計劃”（計劃編號：能源20190673）的通知中關于標準項目的制定任務安排，由國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學研究院，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司，國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學研究院，北京市金合益科技發(fā)展有限公司，成都諾嘉偉業(yè)科技有限公司等單位參與起草編寫本標準（征求意見稿）的。根據(jù)銅覆鋼材料的結(jié)構(gòu)特性，充分發(fā)揮銅覆鋼復合材料的優(yōu)異性能，保障接地裝置全壽命周期運行要求，有必要在銅覆鋼產(chǎn)品質(zhì)量進行有效規(guī)范的同時，制定電力工程接地用銅覆鋼使用導則，對銅覆鋼的設計選型、施工、運維等進行規(guī)范，保證銅覆鋼接地工程質(zhì)量。一、編制背景銅覆鋼復合金屬是一種優(yōu)異的接地材料，是資源節(jié)約型產(chǎn)品。近年來，已在電力接地工程中大面積推廣應用銅覆鋼接地材料，相關研究成果也列入了電力行業(yè)新成果推廣目錄，并在2013年頒布了DL/T1312《電力工程接地用銅覆鋼技術(shù)條件》標準進行產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范，經(jīng)過幾年的市場規(guī)范，銅覆鋼產(chǎn)品品質(zhì)已有很大的提高，銅覆鋼材料產(chǎn)業(yè)也有較大的發(fā)展。但是，從近十年的使用情況來看，設計選型和施工過程時缺乏規(guī)范指導，存在一些嚴重問題，主要包括：（1）未根據(jù)接地工程使用環(huán)境進行銅層厚度設計，一律選用0.25mm銅層厚度，存在一刀切設計選型問題。在腐蝕嚴重地區(qū)，銅層厚度不足導致使用壽命不滿足，存在接地網(wǎng)燒蝕或失效風險；（2）對熱穩(wěn)定系數(shù)的取值僅依靠經(jīng)驗，導致部分銅覆鋼接地設計截面和電氣性能不滿足全壽命周期運行要求；（3）缺乏對電力系統(tǒng)分類使用的規(guī)定，如輸電、發(fā)電和變電、配電等對銅覆鋼設計選型和使用；（4）缺乏銅覆鋼施工技術(shù)要求，如材料的進場檢驗、接地體的敷設、連接方式、銅覆鋼與異種金屬連接的腐蝕等；（5）缺乏銅覆鋼接地裝置工程驗收要求。本標準編制對規(guī)范銅覆鋼接地材料的科學應用，有效發(fā)揮銅覆鋼接地材料性能，引領行業(yè)規(guī)范發(fā)展，具有十分重要的意義。二、編制主要原則及思路1、根據(jù)國家能源局下達的“2019年能源領域行業(yè)標準制（修）訂計劃及英文版翻譯出版計劃”（計劃編號：能源20190673）的通知中關于標準項目的制定任務安排，在制定過程中，編寫組經(jīng)過調(diào)查研究，廣為調(diào)研近年來銅覆鋼接地材料設計和在接地工程中應用狀態(tài)，以及收集相關科研和工程的實踐經(jīng)驗資料，參考相關技術(shù)規(guī)范，編制了本標準（征求意見稿）。2、作為電力行業(yè)標準，緊跟國家“雙碳”戰(zhàn)略目標，為保證本標準在電力工程建設領域保持領先水平，本標準參考了國內(nèi)外最新標準和文獻論述，并結(jié)合接地裝置全壽命周期要求和接地網(wǎng)免維護要求進行了征求意見稿編制。3、本標準（征求意見稿）體現(xiàn)了創(chuàng)新性和傳承性的統(tǒng)一，具有較強的針對性和可操作性。4、本標準（征求意見稿）圍繞設計選用、進場施工、驗收、運行與維護進行編制，包括有8章正文和7章附錄，具體說明見第四章。三、與其他標準的關系及涉及專利情況1、引用了《磁性基體上非磁性覆蓋層覆蓋層厚度測量磁性法》GB/T4956、《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》GB/T50065、《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》GB50169、《接地裝置特性參數(shù)測量導則》DL/T475、《電力工程接地用銅覆鋼技術(shù)條件》DL/T1312、《電氣接地工程用材料及連接件》DL/T1342、《接地網(wǎng)土壤腐蝕性評價導則》DL/T1554、《大型接地網(wǎng)狀態(tài)評估技術(shù)導則》DL/T1680、《電力建設安全工作規(guī)程第1部分：火力發(fā)電》DL5009.1、《電力建設安全工作規(guī)程第2部分：電力線路》DL5009.2、《電力建設安全工作規(guī)程第3部分：變電站》DL5009.3等標準的有關規(guī)定。2、參考了國際標準《GuideforSafetyinACSubstationGrounding》IEEE80Std80-2013，以及相關標準《交流電力工程接地防腐蝕技術(shù)規(guī)范》DL/T2094和《電力工程接地材料防腐技術(shù)規(guī)范》QGDW12015-2020。四、主要工作過程1、2020年1～2月，構(gòu)建標準編寫組織機構(gòu)，確立編研工作總體目標，確定參編單位及其人員，開展課題前期研究工作。2、2020年3～9月，開始全面開展調(diào)研、收集資料；與建設、運行、施工、監(jiān)理等單位進行技術(shù)交流；赴科研機構(gòu)、設計單位開展調(diào)研和技術(shù)交流；請設計和運維管理單位介紹接地材料設計和運行維護現(xiàn)狀。3、2020年10~11月，開展集中編研。在廣泛調(diào)研收資和技術(shù)交流的基礎上，編寫組擬定了標準體系框架并形成初稿。于當年的11月5日由能源行業(yè)電力接地技術(shù)標準化技術(shù)委員會在江蘇鹽城市主持召開了編制大綱+初稿的審定會，確定了標準編制框架和主要內(nèi)容。4、2021年1月～2021年3月，根據(jù)大綱+初稿審查會的意見，編寫組進行了針對性的調(diào)研，并收集并分析了數(shù)十個電力系統(tǒng)接地材料設計應用工程案例。5、2021年4月，開展第二次次集中編研，對標準文本的章、節(jié)、條、款內(nèi)容進行了全面深化、修改、完善，編制形成了征求意見稿（討論稿）。能源行業(yè)電力接地技術(shù)標準化委員會于2021年4月22日在四川成都市主持召開了電力行業(yè)標準《電力工程接地用銅覆鋼技術(shù)條件》征求意見稿審查會。6、2021年5~8月，標準編寫組對審查意見進行了認真的研究，并進行了部分現(xiàn)場試驗，提出了相應的修改內(nèi)容，8月底標準編制組完成了標準征求意見稿正式稿。擬在9月發(fā)出向社會和行業(yè)征求意見。五、標準結(jié)構(gòu)和內(nèi)容本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)則起草。標準的主要結(jié)構(gòu)包括：310521范圍、316712規(guī)范性引用文件、90533術(shù)語和定義、42614一般原則、23845銅覆鋼的選型設計、220706銅覆鋼進場施工、85797驗收、260008運行與維護、12227附錄A（規(guī)范性）銅覆鋼的選型設計流程、14296附錄B（規(guī)范性）銅覆鋼熱穩(wěn)定系數(shù)的計算、19651附錄C（規(guī)范性）銅覆鋼在土壤中的腐蝕速率、3138附錄D（資料性）銅覆鋼銅層厚度的計算、10927附錄E（規(guī)范性）銅覆鋼進場施工流程、1345附錄F（規(guī)范性）銅覆鋼工頻試驗電流計算、649附錄G（資料性）銅覆鋼接地裝置施工記錄和中間驗收。本標準主要條文說明如下：3術(shù)語和定義3.3是根據(jù)《電力工程接地裝置用放熱焊劑技術(shù)條件》DL/T1315-2013中3.1定義內(nèi)容的補充。4一般原則4.1標準《電力工程接地用銅覆鋼技術(shù)條件》DL/T1312是規(guī)范銅覆鋼材料的技術(shù)要求、檢測方法及檢驗規(guī)則。供貨方需提供符合該標準要求的第三方型式試驗報告。4.4銅覆鋼的銅層具有提高接地體抗腐蝕性和導電性的特性，按全壽命周期要求設計時需考慮兩者對銅層厚度的需求。4.5銅覆鋼由于銅層的低導磁性，在工況下對泄放電流具有趨膚效應。相同情況，通過相關算法可以比較出，銅覆鋼比高導磁性材料具有低內(nèi)阻抗，從而降低接地網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)電位差和增大通流能力，能有效保障設備接地的安全性和提高接地材料的利用率。4.6連接點始終是導體連接的薄弱環(huán)節(jié)。現(xiàn)有成熟工藝，能提供銅覆鋼接地線單根長度100米以上，能滿足降低連接點的需要。5銅覆鋼的選型設計本標準不推薦用銅覆鋼絞線作為接地體，是基于近年來市場應用出現(xiàn)的嚴重腐蝕問題確定的（見下圖），加之銅覆鋼絞線的制造工藝是覆銅后進行多次機械拉拔成型，加工過程中由于應力、拉痕、延展等因素導致銅層出現(xiàn)微觀裂紋，產(chǎn)生腐蝕隱患；另一個因素是，在變電站和發(fā)電廠應用中，由于絞線與土壤接地面大，導致銅層腐蝕量也偏低，電氣性能變化明顯，穩(wěn)定性差（見下圖）。圖銅覆鋼絞線腐蝕圖圖銅覆鋼絞線電氣性能穩(wěn)定性變化圖5.3.1.1發(fā)電廠、變電站，以及配電臺站接地裝置需承受系統(tǒng)短路時的工頻大電流，因此需要校核接地材料的熱穩(wěn)定性，其截面可通過熱穩(wěn)定校核公式計算。5.3.1.2（1）銅層厚度的選取包括導電率要求（熱穩(wěn)定性要求）的厚度和抗腐蝕要求的銅層厚度之和，確保滿足接地裝置全壽命周期的要求。（2）銅層厚度選取時，銅覆鋼熱穩(wěn)定系數(shù)取值為116和134，分別對應的導電率是15%和20%。通過公式計算（附錄D）可以看出，若選用導電率為25%時，設計壽命20年時的銅層厚度就超過了1.0mm，不具有經(jīng)濟性。（3）根據(jù)標準DL/T2094《交流電力工程接地防腐蝕技術(shù)規(guī)范》中對銅覆鋼銅層厚度最小值規(guī)格劃分為0.25mm、0.60mm、0.8mm；本標準增加了“極強”腐蝕性土壤環(huán)境，故增加“1.00mm”銅層最小值規(guī)格。5.3.2規(guī)定了輸電線路桿塔銅覆鋼接地裝置的選型設計，此時，只需考慮土壤腐蝕情況下的銅層厚度。若需做熱穩(wěn)定校驗，C值選取鋼材質(zhì)的熱穩(wěn)定系數(shù)。輸電線路桿塔接地熱浸鍍鋅圓鋼通常尺寸是Ф10和Ф12，熱浸鍍鋅扁鋼是40×4，銅覆鋼的抗腐蝕性是優(yōu)于熱浸鍍鋅鋼（腐蝕率是鋼的1/6）。因此，銅覆鋼的最小尺寸是參考GB/T50065-2011中的規(guī)定。6銅覆鋼進場施工6.1.2規(guī)定在發(fā)電廠和變電站接地用銅覆鋼需要進行工頻大電流驗收試驗，是考慮有入地故障短路大電流情況，是符合工況運行特征的。其他電力工程故障電流較小，應根據(jù)系統(tǒng)工況運行確定是否進行該項試驗。6.2.2.3銅層厚度是銅覆鋼各項性能的保障，所以本條要求進場銅覆鋼全檢。6.3.1施工方案應包括人員組織分工、技術(shù)培訓、安全教育、進度安排，施工用設備、器具，各區(qū)域用接地材料規(guī)格、數(shù)量，施工記錄要求等；工器具包括施工設備、施工工具、測量儀器等，安全防護用品指的是人員用的安全帽、反光背心、絕緣手套等，和施工過程用防護用品。6.3.2a）銅覆鋼水平接地體抗拉強度通常在400MPa左右，截面大的（如110kV變電站及以上和發(fā)電廠，直徑大于14mm）銅覆鋼強度很大，成卷后采用人工展開較為困難，可以向供貨商要求提供矯直設備，設備分為兩種：電動矯直和人工矯直。6.3.2b）本條中銅覆鋼垂直接地體可采用錘擊方式安裝，但在地質(zhì)較硬的環(huán)境不宜采用錘擊方式，以免損壞銅層。如巖石、半風化頁巖、硬質(zhì)石谷等。銅覆鋼垂直接地體連接器銅層選用一定牌號的黃銅或青銅，選擇時確保足夠的機械強度和良好的抗腐蝕性。連接時銅覆鋼接地體在連接器內(nèi)部應接觸，連接后銅覆鋼接地體沒有外露螺紋。符合IEC62561-2Edition.2.0-2018-01的規(guī)定。6.3.3a）放熱銅焊的來自標準《電力工程接地裝置用放熱焊劑技術(shù)條件》DL/T1315-2013中4.3條的分類和規(guī)定。附錄A（規(guī)范性）銅覆鋼的選型設計流程規(guī)定銅覆鋼在規(guī)格選取過程中需要定量考慮的電氣因素和腐蝕因素。以往更多的是定量計算電氣因素的影響（熱穩(wěn)定校核），腐蝕往往采用統(tǒng)一的經(jīng)驗值，造成銅覆鋼接地裝置規(guī)格設計不足或設計富裕，帶來運行和投資上的損害。附錄B（規(guī)范性）銅覆鋼熱穩(wěn)定系數(shù)的計算附錄B的計算公式是引自DL/T1312-2013中的“附錄A”內(nèi)容，其參數(shù)取值為IEEE80-2013《IEEEGuideforSafetyinACSubstationGrounding》中“Table1Materialconstant”的規(guī)定。本標準將Tm統(tǒng)一規(guī)定為1084℃，其因如下：經(jīng)查閱，Tm取值在標準GB/T50065-2011附錄E中E.0.2條描述“和銅覆鋼材采用放熱焊接方式時的最大允許溫度，應根據(jù)土壤腐蝕的嚴重程度經(jīng)驗算分別取700℃、800℃、900℃”，意思是土壤腐蝕性是通過Tm的取值來考慮裕量的。其出處為BS7430:1988中的描述，按相關公式進行計算Ф14.2mm銅覆鋼運行30a不同腐蝕程度后的溫度值(銅層厚度0.25mm,相對導電率16%，Tm=700℃)，如下表所示。腐蝕率mm/a0.0020.0030.0040.006溫度℃900103412441741顯然，腐蝕率0.04mm/a時30年后銅層已超過熔化溫度了。因此，根據(jù)Tm的不同溫度來估算土壤腐蝕的銅層裕量是不科學的，也不能更好的指導設計和工程實施。本標準是充分考慮了土壤腐蝕后的電氣性能，不存在銅層的腐蝕設計裕量，所以本標準的Tm按銅的熔化溫度取值是科學的。附錄C（規(guī)范性）銅覆鋼在土壤中的腐蝕速率附錄C是規(guī)定了典型土壤類型和不同土壤腐蝕性等級下的銅層腐蝕率的取值，涉及到銅覆鋼全壽命周期運行可靠性，因此，本章為規(guī)范性附錄，作為強制規(guī)定。應選取土壤類型和土壤腐蝕性等級對應的土壤腐蝕性速率的最大值作為腐蝕裕量的取值。附錄D（資料性）銅覆鋼銅層厚度的計算附錄D規(guī)定銅覆鋼導電率要求的銅層厚度計算過程和土壤腐蝕要求的銅層厚度計算過程，并羅列了相對導電率15%、20%和25%的銅覆鋼銅層厚度值計算例。本附錄是為標準正文中的表1和表2的規(guī)定做數(shù)據(jù)支撐。附錄E（規(guī)范性）銅覆鋼進場施工流程規(guī)定了銅覆鋼接地材料進場檢驗及施工流程，并規(guī)范了中間工序的驗收。特殊連接處的防腐處理，主要是指異種金屬連接處的防腐蝕措施。附錄F（規(guī)范性）銅覆鋼工頻試驗電流計算附錄F是規(guī)定銅覆鋼工頻大電流試驗中的試驗電流計算方法。引自標準DL/T1312-2013中的規(guī)定。附錄G（資料性）銅覆鋼接地裝置施工記錄和中間驗收根據(jù)電力工程的特點，本附錄對銅覆鋼的施工過程記錄進行了分類編制，并對中間驗收項進行了列表。其他行業(yè)根據(jù)接地區(qū)域特點也可以進行參照執(zhí)行，如通信基塔接地、雷達站接地、鐵路接觸網(wǎng)支架接地、石化的升壓站接地等可參考本附錄的輸電線路銅覆鋼接地裝置施工記錄表。目次TOC\o"1-3"\h\u26078一、編制背景 316206二、編制主要原則及思路 321155三、與