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1輸變電系統(tǒng)接地網(wǎng)需要防蝕保護(hù)
隨著對電力輸變電系統(tǒng)的安全性要求的提高,對接地網(wǎng)的性能和安全運(yùn)行的要求也越來越嚴(yán)格,對接地體材料的耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性的要求也越來越高。由于資源和經(jīng)濟(jì)等原因,我國接地網(wǎng)所用材料主要為碳鋼。接地網(wǎng)的腐蝕源于普通碳鋼在腐蝕性土壤環(huán)境中的電化學(xué)腐蝕以及電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行中的泄流電流造成的腐蝕。腐蝕使接地網(wǎng)材料表面生成氧化物,截面積減小或甚至斷裂,造成接地性能不良和熱穩(wěn)定性惡化,危及設(shè)備及人身安全。因此緩解接地網(wǎng)金屬材料腐蝕,保證接地網(wǎng)接地性能的穩(wěn)定性,延長接地網(wǎng)使用壽命,是輸變電系統(tǒng)安全生產(chǎn)上要解決的課題。我國輸變電系統(tǒng)變電站有許多是建在具有中等以上腐蝕性的土壤中,碳鋼接地網(wǎng)的腐蝕十分普遍,據(jù)某省的調(diào)查統(tǒng)計(jì),其中嚴(yán)重腐蝕的超過13。一些地區(qū)的輸變電系統(tǒng)接地網(wǎng)的使用壽命僅有10年,腐蝕嚴(yán)重的3~4年就出現(xiàn)接地網(wǎng)或引下線腐蝕斷裂。而且在這過程中因腐蝕發(fā)展使接地電阻增大而惡化接地網(wǎng)的接地性能。氧化鋅避雷器測試儀集直流高壓電源、測量、控制系統(tǒng)為一體,將全部元器件濃縮在一個(gè)機(jī)箱內(nèi),體積小,重量輕,可攜帶到任何地方使用
為防止接地網(wǎng)銹蝕影響接地性能,目前通常采用擴(kuò)大接地體截面;使用鍍鋅鋼材料;使用降阻劑、混凝土包裹等方法。也有想用導(dǎo)電涂料表面涂裝等方法。
采用鍍鋅鋼材料,試驗(yàn)表明,在輸變電設(shè)備接地網(wǎng)有泄流電流的影響時(shí),其耐蝕性能與普通碳鋼相比,提高不多,不能明顯改善接地網(wǎng)的防蝕性能。
使用降阻劑時(shí),如果其降阻是由于含有強(qiáng)導(dǎo)電性的鹽份起作用,則會(huì)增加對接地網(wǎng)的腐蝕性。
采用導(dǎo)電涂料表面涂裝的方法由于對導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電性能和理化性能要求高,價(jià)格昂貴,施工難度大,使用壽命有限。
經(jīng)過多年的努力,我們對已在運(yùn)行的接地網(wǎng)研究采用加電化學(xué)防蝕技術(shù)保護(hù);對新建接地網(wǎng),可采用耐蝕性能優(yōu)良的非銅質(zhì)NAS材料或加電化學(xué)防蝕技術(shù)保護(hù)的方法。
接地網(wǎng)實(shí)施電化學(xué)保護(hù)后,其腐蝕受到了抑制,電化學(xué)保護(hù)效果良好。在我們的工程實(shí)踐中保護(hù)度達(dá)90以上,可使原接地網(wǎng)使用壽命延長1倍以上。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及變電站現(xiàn)場埋置試驗(yàn),開發(fā)篩選出的非銅質(zhì)金屬材料NAS在鹽堿性、弱堿性和酸性土壤中,均表現(xiàn)出具有良好的耐蝕性能,比普通碳鋼延長使用壽命2倍以上。
2接地網(wǎng)應(yīng)用電化學(xué)保護(hù)方法防蝕
電化學(xué)陰極保護(hù)技術(shù)是控制和減緩接地網(wǎng)金屬腐蝕的極有效而又很經(jīng)濟(jì)、省事的方法。可用于老、新接地網(wǎng)的防蝕保護(hù),使原接地網(wǎng)使用壽命延長1倍以上,并且防止了因腐蝕而劣化接地性能。實(shí)踐表明,對接地網(wǎng)實(shí)施電化學(xué)保護(hù)具有投資不大、施工快捷、運(yùn)行穩(wěn)定,保護(hù)效果良好。
電化學(xué)保護(hù)技術(shù)防蝕的原理是基于金屬腐蝕的電化學(xué)理論,為了緩解金屬在電解質(zhì)(水、土壤等)中表面陽極區(qū)的溶解(腐 蝕),人為地由外部向地下腐蝕的接地網(wǎng)金屬提供陰極直流電流的方法,在被保護(hù)金屬表面微陽極區(qū)疊加與局部腐蝕電流方向相反的電流,使金屬電化學(xué)電位降低(陰極極化),迫使金屬表面的陽極區(qū)消失或轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O,因此從根本上降低金屬的腐蝕傾向和腐蝕速率,減少金屬的溶解,達(dá)到抑制接地網(wǎng)碳鋼土壤腐蝕的效果。
在實(shí)際工程應(yīng)用上,根據(jù)金屬腐蝕電極過程動(dòng)力學(xué)原理和碳鋼在接地網(wǎng)土壤中的實(shí)測極化曲線及實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知,從外部把陰極電流輸入接地網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)無須將碳鋼的電位極化到活潑的陽極區(qū)的開路電位,只須根據(jù)現(xiàn)場接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)和土壤理化及電學(xué)性能將碳鋼的電化學(xué)電位陰極極化一定的幅度,碳鋼在土壤中的腐蝕速率就有明顯的下降,局部腐蝕傾向和程度明顯減輕,保護(hù)效果顯著,減緩金屬的腐蝕達(dá)到滿足接地網(wǎng)防蝕的要求。
根據(jù)外部提供陰極電流的方式的不同,陰極保護(hù)方法可分為犧牲陽極法和外加電流法兩種。
犧牲陽極法是用一種更活潑的金屬或合金與被保護(hù)的金屬連接在一起,靠該合金不斷地腐蝕溶解產(chǎn)生的電流來保護(hù)被保護(hù)的金屬。可用作犧牲陽極的材料有鋅合金,鎂合金,鋁合金等。這種方法不需要外部電源,但須在變電所地下埋設(shè)數(shù)量較多的犧牲陽極塊,并且需定期更換。若土壤電阻率大,則因犧牲陽極金屬能輸出的電流很小而無法采用。
外加電流法陰極保護(hù)技術(shù)是依靠外部的自動(dòng)控制直流恒電位/恒電流電源向接地網(wǎng)提供陰極保護(hù)電流的方法。它通過埋設(shè)于地下的陽極向作為陰極的接地網(wǎng)金屬輸送所需的保護(hù)電流;以參比電極來控制保護(hù)電流的大小。此種方法可輸出的電流大且可調(diào),電位可以人為設(shè)定,使用壽命長,因而適用于在面積大或土壤電阻率高的接地網(wǎng)上采用。但在保護(hù)裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上要考慮全面,小心。
3接地網(wǎng)電化學(xué)防蝕保護(hù)工程的防蝕效果例
3.1某內(nèi)陸城市城區(qū)變電站接地網(wǎng)電化學(xué)防蝕保護(hù)工程的防蝕效果
沒有電化學(xué)保護(hù)的碳鋼試片(埋地180天)
有電化學(xué)保護(hù)的碳鋼試片(埋地180天)
由埋設(shè)同樣時(shí)間的、有和沒有電化學(xué)保護(hù)的碳鋼試片的失重量數(shù)據(jù)比較,該內(nèi)陸城市城區(qū)變電站接地網(wǎng)電化學(xué)保護(hù)裝置的防蝕保護(hù)度達(dá)到了93.4。
3.2某濱海城市城區(qū)變電站接地網(wǎng)電化學(xué)防蝕保護(hù)工程的防蝕效果
沒有電化學(xué)保護(hù)的碳鋼試片(埋地380天) 。
有電化學(xué)保護(hù)的碳鋼試片(埋地380天)
由埋設(shè)同樣時(shí)間的、有和沒有電化學(xué)保護(hù)的碳鋼試片的失重量數(shù)據(jù)比較,該濱海城市城區(qū)變電站接地網(wǎng)電化學(xué)保護(hù)裝置的防蝕保護(hù)度達(dá)到了91.8。
4NAS材料在變電站土壤中的耐蝕性能
NAS材料試片(埋地380天.鋸口未封閉)
從在變電站土壤中埋設(shè)380天后失重量分析,NAS試片平均腐蝕速率只有同樣條件下的碳鋼試片腐蝕速率的五分之一~八分之一。
NAS材料在土壤中耐局部腐蝕的性能遠(yuǎn)強(qiáng)于碳鋼,它的平均腐蝕速率也遠(yuǎn)低于碳鋼。NAS材料接地網(wǎng)在土壤中的耐銹蝕性能和壽命是會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通碳鋼接地網(wǎng)的。
5.結(jié)論
(1)在不同環(huán)境的變電站中的現(xiàn)場工程實(shí)踐表明,接地網(wǎng)電化學(xué)保護(hù)技術(shù)能很好的減緩?fù)寥乐薪拥鼐W(wǎng)碳鋼材料的腐蝕,不僅降低了碳鋼材料的平均腐蝕速率(降低了90以上),而且大大減輕了碳鋼材料的局部腐蝕傾向和程度,能延長碳鋼接地網(wǎng)的使用壽命一倍以上。接地網(wǎng)電化學(xué)技術(shù)防蝕方法對新、老碳鋼接地網(wǎng)的防蝕保護(hù)均適用。
(2)研究的可用于接地網(wǎng)的NAS材料在變電站土壤埋設(shè)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí),NAS材料的耐土壤腐蝕性能優(yōu)良,平均腐蝕速率只有碳鋼的五分之一~八分之一,有很高的耐局部腐蝕性能。NAS材料可以用于敷設(shè)線路、鐵塔和新變電站接地網(wǎng),以及老接地網(wǎng)的翻修改造。