變電所接地裝置的陰極保護(hù)

1、The asepsis technology uhich protects the cathode of earthing equipment of the substation2 一、概述一、概述 變電所接地網(wǎng)與接地體的總變電所接地網(wǎng)與接地體的總和，通稱為變電所的接地裝置。和，通稱為變電所的接地裝置。 根據(jù)電力行業(yè)與國家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)電力行業(yè)與國家標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997DL/T621-1997、DL/T5091-1999DL/T5091-1999、GB50169-1992GB50169-1992等對接地裝置的要等對接地裝置的要求，接地裝置的接地電阻應(yīng)符合求，接地裝置的接地電阻應(yīng)符合 R200

2、0/I (IR2000/I (I是流經(jīng)接地裝置的是流經(jīng)接地裝置的最大入地短路電流，最大入地短路電流，A)A)。 3 隨著隨著3535kvkv以上的變電所內(nèi)用于保以上的變電所內(nèi)用于保護(hù)、操控的電子設(shè)備越來越多，因腐護(hù)、操控的電子設(shè)備越來越多，因腐蝕導(dǎo)致接地裝置斷裂、電氣連接性能蝕導(dǎo)致接地裝置斷裂、電氣連接性能變壞、接地電阻的升高等，其遭雷擊變壞、接地電阻的升高等，其遭雷擊過電壓而產(chǎn)生嚴(yán)重的設(shè)備、人生事故過電壓而產(chǎn)生嚴(yán)重的設(shè)備、人生事故的問題也日益突出。的問題也日益突出。 由此可見，變電所的接地裝置的由此可見，變電所的接地裝置的性能優(yōu)劣，直接關(guān)系到變電所的安全性能優(yōu)劣，直接關(guān)系到變電所的安全運行。

3、運行。4 查找接地網(wǎng)、接地體斷點和嚴(yán)重腐蝕段，已查找接地網(wǎng)、接地體斷點和嚴(yán)重腐蝕段，已成為電力系統(tǒng)一項反接地裝置與雷擊過電壓事故成為電力系統(tǒng)一項反接地裝置與雷擊過電壓事故的重大措施。的重大措施。 一般通過開挖、檢查，這種方法帶有盲目性，一般通過開挖、檢查，這種方法帶有盲目性，且工作量大、速度慢，受運行條件的限制，有些且工作量大、速度慢，受運行條件的限制，有些還不能開挖。還不能開挖。5 因此，對變電所接地裝置采取有效因此，對變電所接地裝置采取有效的腐蝕防護(hù)措施，顯得非常重要。的腐蝕防護(hù)措施，顯得非常重要。 6二、土壤的腐蝕性二、土壤的腐蝕性 作為腐蝕環(huán)境，土壤和水、大氣兩個環(huán)境不同。作為腐蝕環(huán)境

4、，土壤和水、大氣兩個環(huán)境不同。土壤是由固相、氣相和液相三相構(gòu)成的不均勻多相土壤是由固相、氣相和液相三相構(gòu)成的不均勻多相體系，其影響因素很多，相互關(guān)系復(fù)雜。至今，還體系，其影響因素很多，相互關(guān)系復(fù)雜。至今，還沒有一種很準(zhǔn)確評價土壤腐蝕性的方法。沒有一種很準(zhǔn)確評價土壤腐蝕性的方法。 7 影響土壤腐蝕性的主要因素有：土壤電阻率、影響土壤腐蝕性的主要因素有：土壤電阻率、含水量、含鹽量、含氧量和微生物含水量、含鹽量、含氧量和微生物。 土壤環(huán)境中土壤環(huán)境中, ,金屬鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，屬電化學(xué)腐蝕金屬鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，屬電化學(xué)腐蝕范疇。腐蝕原電池，是最基本的形式。范疇。腐蝕原電池，是最基本的形式。8 接地裝置電化學(xué)

5、的腐蝕形式接地裝置電化學(xué)的腐蝕形式有：點腐蝕（碳鋼的鐵與碳微有：點腐蝕（碳鋼的鐵與碳微粒）、宏觀腐蝕（鹽堿地或使粒）、宏觀腐蝕（鹽堿地或使用降阻劑）、局部腐蝕（電解用降阻劑）、局部腐蝕（電解質(zhì)或氧濃度差異）、電解腐蝕質(zhì)或氧濃度差異）、電解腐蝕（直流電流的作用）、微弱的（直流電流的作用）、微弱的交流腐蝕（交流電流通過）。交流腐蝕（交流電流通過）。9 所以，能夠促進(jìn)構(gòu)成原所以，能夠促進(jìn)構(gòu)成原電池的、影響腐蝕電池的土電池的、影響腐蝕電池的土壤的理化性能，都能左右金壤的理化性能，都能左右金屬鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。屬鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。10 在土壤的眾多參數(shù)中，表征土壤導(dǎo)電性能的土壤在土壤的眾多參數(shù)中，表征土壤導(dǎo)電性

6、能的土壤電阻率，常用作判斷土壤腐蝕性的最基本的參數(shù)。電阻率，常用作判斷土壤腐蝕性的最基本的參數(shù)。對對多數(shù)情況，土壤電阻率越小，則土壤腐蝕性越強。多數(shù)情況，土壤電阻率越小，則土壤腐蝕性越強。如表如表1 1，是世界各國的標(biāo)準(zhǔn)；如，是世界各國的標(biāo)準(zhǔn)；如表表3 3，一般是中國的標(biāo)，一般是中國的標(biāo)準(zhǔn)。準(zhǔn)。11 但在一些干燥的、土壤電阻但在一些干燥的、土壤電阻率高（率高（ 100100m m）的地區(qū)，雖然土的地區(qū)，雖然土壤腐蝕性較小，但卻不能滿足接壤腐蝕性較小，但卻不能滿足接地電阻的要求；而加了某些化學(xué)地電阻的要求；而加了某些化學(xué)降阻劑后，滿足了接地電阻的要降阻劑后，滿足了接地電阻的要求，因此可能增大了腐

7、蝕性求，因此可能增大了腐蝕性。12表表1 1 土壤電阻率與土壤腐蝕性土壤電阻率與土壤腐蝕性（. .m m）13 此外，金屬鋼制結(jié)構(gòu)件對地自然此外，金屬鋼制結(jié)構(gòu)件對地自然電位，也反映著土壤對金屬鋼制結(jié)構(gòu)電位，也反映著土壤對金屬鋼制結(jié)構(gòu)件的腐蝕性。我國的判別標(biāo)準(zhǔn)如表件的腐蝕性。我國的判別標(biāo)準(zhǔn)如表2 2、表表3 3所示：所示：14鋼對地電位鋼對地電位(-v) (相對于相對于CuSO4 ) 0.550.45 0.550.30 0.450.15 0.30 0.15 腐腐 蝕蝕 性性強強較強較強中中弱弱極極弱弱表表2 2 鋼材對地電位與土壤腐蝕性鋼材對地電位與土壤腐蝕性15 項項 目目 特高特高高高 較高

8、較高 中等中等 低低土壤電阻率土壤電阻率（ m） 100 0.01 50.001含鹽量（含鹽量（%）含水（含水（%） 在在v= 500mv極化極化電流密度（電流密度（ma / cm2)防腐措施防腐措施特加強特加強加強加強加強加強 加強加強 普通普通表表3 3 土壤腐蝕性等級土壤腐蝕性等級16 三、接地裝置與陰極保護(hù)三、接地裝置與陰極保護(hù) 1.1.變電所接地裝置的腐蝕變電所接地裝置的腐蝕 變電所接地裝置的腐蝕，主要為電化學(xué)過程。由于金屬變電所接地裝置的腐蝕，主要為電化學(xué)過程。由于金屬鋼的晶格、位錯的不均勻及晶間缺陷等造成其化學(xué)性的不均鋼的晶格、位錯的不均勻及晶間缺陷等造成其化學(xué)性的不均勻性，同時

9、，土壤本身物理化學(xué)性質(zhì)也是不均勻的。因此，勻性，同時，土壤本身物理化學(xué)性質(zhì)也是不均勻的。因此，在接地體與土壤相界面上會產(chǎn)生多個腐蝕原電池，局部陽極在接地體與土壤相界面上會產(chǎn)生多個腐蝕原電池，局部陽極為鐵的溶解反應(yīng)。為鐵的溶解反應(yīng)。 17 在天然土壤中，埋地鋼接地裝置的在天然土壤中，埋地鋼接地裝置的腐蝕，是不可避免的。據(jù)天津市電力公腐蝕，是不可避免的。據(jù)天津市電力公司調(diào)查統(tǒng)計，當(dāng)?shù)刈冸娝摻拥匮b置的司調(diào)查統(tǒng)計，當(dāng)?shù)刈冸娝摻拥匮b置的年腐蝕率為年腐蝕率為1mm/a1mm/a，220kv220kv變電所接地裝變電所接地裝置的使用壽命僅為置的使用壽命僅為5-75-7年。年。 因此，必須對鋼接地裝置采取

10、有效因此，必須對鋼接地裝置采取有效的腐蝕防護(hù)與控制措施，延長其使用壽的腐蝕防護(hù)與控制措施，延長其使用壽命。命。18 一般在地表下一般在地表下0.150.15 0.5 0.5m m處，是處于土壤干濕交界的地方，處，是處于土壤干濕交界的地方，接地扁鋼極易受腐蝕。接地扁鋼極易受腐蝕。 因此，接地裝置的敷設(shè)，一般規(guī)定埋深不能低于因此，接地裝置的敷設(shè)，一般規(guī)定埋深不能低于0.60.6m m，并并且規(guī)定了接地網(wǎng)的引出線在通過地表下且規(guī)定了接地網(wǎng)的引出線在通過地表下0.60.6m m引至地面外的一段，引至地面外的一段，需特別加大截面，并作防腐處理。需特別加大截面，并作防腐處理。 19 目前，埋地扁鋼接地裝置

11、防腐主要采目前，埋地扁鋼接地裝置防腐主要采用熱鍍鋅，還有銅（鍍銅、包銅）、鉛用熱鍍鋅，還有銅（鍍銅、包銅）、鉛包（較少用）的辦法。包（較少用）的辦法。 但是，在工程實際中，鍍鋅（銅）層但是，在工程實際中，鍍鋅（銅）層不可避免的在施工制作、搬運、焊接、不可避免的在施工制作、搬運、焊接、回填過程遭受各類破壞，鍍鋅（銅）層回填過程遭受各類破壞，鍍鋅（銅）層會很快被腐蝕掉，失去保護(hù)效果。會很快被腐蝕掉，失去保護(hù)效果。 鉛埋地的毒副作用不言而喻。鉛埋地的毒副作用不言而喻。20 值得特別注意的是：銅或銅包鋼組成的接地裝置，能與值得特別注意的是：銅或銅包鋼組成的接地裝置，能與附近地下其他鋼結(jié)構(gòu)、鋼管、電纜溝

12、支架、和電纜的鉛護(hù)套附近地下其他鋼結(jié)構(gòu)、鋼管、電纜溝支架、和電纜的鉛護(hù)套形成腐蝕原電池，銅作為腐蝕原電池的陰極，會加速地下其形成腐蝕原電池，銅作為腐蝕原電池的陰極，會加速地下其他金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕。他金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕。 歐洲與美國的接地裝置近年淘汰采用銅結(jié)構(gòu)的做法。歐洲與美國的接地裝置近年淘汰采用銅結(jié)構(gòu)的做法。21表表4 金屬的電位序列表金屬的電位序列表 金屬名金屬名 電位電位v v 金屬名金屬名 電位電位v v純鎂純鎂 1.75鑄鐵鑄鐵 0.50鎂合金鎂合金 1.60粗熔煉鋼粗熔煉鋼-0.4 -0.55鋅鋅 1.10鉛鉛 0.50鋁合金鋁合金 1.05鋼（砼中）鋼（砼中） 0.30純鋁純鋁 0.8

13、0銅（黃銅（黃/青）青） 0.20精熔煉鋼精熔煉鋼- 0.5 -0.822 另外，由于接地裝置上的電流流動，另外，由于接地裝置上的電流流動，造成了接地裝置和大地電位的上升，這樣造成了接地裝置和大地電位的上升，這樣就在接地裝置上產(chǎn)生一個相對該相鄰地電就在接地裝置上產(chǎn)生一個相對該相鄰地電位的電位差。位的電位差。23 從鋼材對地自然電位與土壤腐蝕性從鋼材對地自然電位與土壤腐蝕性的表中，可以清楚的看到：的表中，可以清楚的看到：對地自然對地自然電電位越高，腐蝕性越強，對地自然電位越位越高，腐蝕性越強，對地自然電位越底，腐蝕性越弱。底，腐蝕性越弱。24三、接地裝置與陰極保護(hù)三、接地裝置與陰極保護(hù) 2 2、

14、陰極保護(hù)的原理、陰極保護(hù)的原理 對埋地鋼接地裝置進(jìn)行陰極保護(hù)，是通過與一對埋地鋼接地裝置進(jìn)行陰極保護(hù)，是通過與一個腐蝕電位低于鐵自然電位的金屬（如鎂、鋅等）個腐蝕電位低于鐵自然電位的金屬（如鎂、鋅等）耦接，或外加陰極電流，將鋼結(jié)構(gòu)電位降至低于局耦接，或外加陰極電流，將鋼結(jié)構(gòu)電位降至低于局部微陽極開路電位，從而抑制了腐蝕的進(jìn)行，使鋼部微陽極開路電位，從而抑制了腐蝕的進(jìn)行，使鋼接地裝置得到保護(hù)。接地裝置得到保護(hù)。25 變電所鋼結(jié)構(gòu)接地裝置的陰極保變電所鋼結(jié)構(gòu)接地裝置的陰極保護(hù)，主要可分為兩大類：犧牲陽極法護(hù)，主要可分為兩大類：犧牲陽極法和強制電流（外加電流）法。和強制電流（外加電流）法。26 犧牲

15、陽極法陰極保護(hù)，犧犧牲陽極法陰極保護(hù)，犧牲陽極金屬因較活潑而優(yōu)先溶牲陽極金屬因較活潑而優(yōu)先溶解，向被保護(hù)金屬通入一定量解，向被保護(hù)金屬通入一定量的負(fù)極直流電，使其相對于犧的負(fù)極直流電，使其相對于犧牲陽極的鋼接地裝置變成一個牲陽極的鋼接地裝置變成一個大陰極免遭腐蝕。大陰極免遭腐蝕。27 強制電流法陰極保護(hù)，則是由外部的直流電源強制電流法陰極保護(hù)，則是由外部的直流電源直接向被保護(hù)鋼接地裝置通以陰極電流，使之極化，直接向被保護(hù)鋼接地裝置通以陰極電流，使之極化，達(dá)到陰極保護(hù)的目的。它由輔助陽極、參比電極、直達(dá)到陰極保護(hù)的目的。它由輔助陽極、參比電極、直流電源和相關(guān)的連接電纜所組成流電源和相關(guān)的連接電纜

16、所組成 。工作原理如圖。工作原理如圖（1 1）所示。）所示。28 29 三、接地裝置與陰極保護(hù)三、接地裝置與陰極保護(hù) 3 3、陰極保護(hù)的方法：、陰極保護(hù)的方法： 鋼結(jié)構(gòu)接地裝置陰極保護(hù)大致可分為：鋼結(jié)構(gòu)接地裝置陰極保護(hù)大致可分為： 犧牲陽極法犧牲陽極法 強制電流法強制電流法兩種。兩種。 30三、接地裝置與陰極保護(hù)三、接地裝置與陰極保護(hù) 3.1. 3.1.犧牲陽極法犧牲陽極法 是利用電位比被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)是利用電位比被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)低的金屬或合金（如鎂合金、鋅合金、低的金屬或合金（如鎂合金、鋅合金、鋁合金等）作為陽極，構(gòu)成一個腐蝕鋁合金等）作為陽極，構(gòu)成一個腐蝕電池。電池。 在金屬陰極（被保護(hù)結(jié)構(gòu)）

17、得在金屬陰極（被保護(hù)結(jié)構(gòu)）得到保護(hù)的同時，陽極不斷地被消耗，到保護(hù)的同時，陽極不斷地被消耗，故稱為犧牲陽極。故稱為犧牲陽極。 31 三、接地裝置與陰極保護(hù)三、接地裝置與陰極保護(hù) 3.2. 3.2.強制電流法（外加電流法）強制電流法（外加電流法） 是給被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)加一陰是給被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)加一陰極電流，而給輔助陽極（一般為極電流，而給輔助陽極（一般為高硅鑄鐵或廢鋼）加一陽極電流，高硅鑄鐵或廢鋼）加一陽極電流，構(gòu)成一個腐蝕電池。構(gòu)成一個腐蝕電池。 基于同樣的原理，使金屬結(jié)基于同樣的原理，使金屬結(jié)構(gòu)得到保護(hù)。構(gòu)得到保護(hù)。 32 三、接地裝置與陰極保護(hù)三、接地裝置與陰極保護(hù) 4.4.兩種陰極保護(hù)方法的

18、特點（表兩種陰極保護(hù)方法的特點（表5 5）3334 圖圖 2 35 圖圖 336四、陰極保護(hù)的應(yīng)用四、陰極保護(hù)的應(yīng)用 變電所鋼接地裝置采用金屬陰變電所鋼接地裝置采用金屬陰極保護(hù)，如設(shè)計、安裝合理，將可完極保護(hù)，如設(shè)計、安裝合理，將可完全減緩與控制腐蝕。在設(shè)計保護(hù)年限全減緩與控制腐蝕。在設(shè)計保護(hù)年限內(nèi)，不會出現(xiàn)由于腐蝕導(dǎo)致斷裂、電內(nèi)，不會出現(xiàn)由于腐蝕導(dǎo)致斷裂、電氣連接性能變壞、工頻接地電阻升高氣連接性能變壞、工頻接地電阻升高等現(xiàn)象，延長了使用壽命，并且可避等現(xiàn)象，延長了使用壽命，并且可避免嚴(yán)重的人生、設(shè)備事故產(chǎn)生，使變免嚴(yán)重的人生、設(shè)備事故產(chǎn)生，使變電所始終保持安全運行狀態(tài)。電所始終保持安全運行

19、狀態(tài)。 37 歐洲早在歐洲早在2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，陰極年代，陰極保護(hù)就在發(fā)電、變配電、交直流高保護(hù)就在發(fā)電、變配電、交直流高壓輸電鐵塔的接地裝置中使用，并壓輸電鐵塔的接地裝置中使用，并且取得較好的效果，使腐蝕得到了且取得較好的效果，使腐蝕得到了控制。保證了接地網(wǎng)的工頻接地電控制。保證了接地網(wǎng)的工頻接地電阻不大于阻不大于0.50.5，獨立避雷針的工獨立避雷針的工頻接地電阻不超過頻接地電阻不超過1010，完全滿足完全滿足了規(guī)程要求了規(guī)程要求 。 38 國內(nèi)過去囿于貴金屬的缺乏、電子國內(nèi)過去囿于貴金屬的缺乏、電子技術(shù)的落后，應(yīng)用成本很高，所以采用技術(shù)的落后，應(yīng)用成本很高，所以采用陰極保護(hù)很

20、不容易，且不能普遍應(yīng)用。陰極保護(hù)很不容易，且不能普遍應(yīng)用。 改革開放以來，隨著材料及冶煉技改革開放以來，隨著材料及冶煉技術(shù)、電子技術(shù)與計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展，術(shù)、電子技術(shù)與計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展，應(yīng)用成本大幅降低，使金屬陰極保護(hù)防應(yīng)用成本大幅降低，使金屬陰極保護(hù)防腐技術(shù)走向?qū)嵱?，已成為可能。腐技術(shù)走向?qū)嵱?，已成為可能?9 為此，國家建設(shè)部與質(zhì)量監(jiān)督檢為此，國家建設(shè)部與質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合頒布強制標(biāo)準(zhǔn)驗檢疫總局聯(lián)合頒布強制標(biāo)準(zhǔn)電氣電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范范 (GB50169-2007) (GB50169-2007)，以及國家發(fā)，以及國家發(fā)改委頒布電

21、力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)改委頒布電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力工程地電力工程地下構(gòu)筑物防腐技術(shù)導(dǎo)則下構(gòu)筑物防腐技術(shù)導(dǎo)則(DL/T5394-(DL/T5394-2007)2007)都特別指出：都特別指出：除臨時接地裝除臨時接地裝置外，接地裝置不應(yīng)采用銅導(dǎo)置外，接地裝置不應(yīng)采用銅導(dǎo)線，線，應(yīng)采用陰極保護(hù)等措施。應(yīng)采用陰極保護(hù)等措施。40 可見，變電所以及交直流高壓輸可見，變電所以及交直流高壓輸電鐵塔接地裝置采用扁鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合陰電鐵塔接地裝置采用扁鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合陰極保護(hù)技術(shù)，就是一種有效、可行的極保護(hù)技術(shù)，就是一種有效、可行的腐蝕防護(hù)作法與控制措施。腐蝕防護(hù)作法與控制措施。41 目前，國內(nèi)外變電所接地裝置的銹目前，國內(nèi)外變電所接地裝

22、置的銹蝕防護(hù)與控制，通常采用：蝕防護(hù)與控制，通常采用： 鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅防護(hù)；鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅防護(hù)； 銅（鋼鍍銅）防護(hù)（美國曾采用）；銅（鋼鍍銅）防護(hù)（美國曾采用）； 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合陰極保護(hù)（犧牲陽極法、鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合陰極保護(hù)（犧牲陽極法、強制電流法）（歐洲采用）；強制電流法）（歐洲采用）； 它們的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性比較列表（表它們的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性比較列表（表6 6）如下：如下：五、陰極保護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析五、陰極保護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析42比較項目比較項目 銅銅 質(zhì)質(zhì)陰極保護(hù)陰極保護(hù) 鋼鋼 質(zhì)質(zhì)等效截面等效截面1 13 35 53 35 5設(shè)計截面設(shè)計截面中中同鋼質(zhì)同鋼質(zhì)較大較大20c 電阻率電阻率 m m0.01780.0178

23、 0.138 0.1380.1380.138導(dǎo)導(dǎo) 電電 性性好好好好較好較好泄流能力泄流能力好好好好中中穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性中中高高低低可可 靠靠 性性中中高高低低43比較項目比較項目銅銅 質(zhì)質(zhì)陰極保護(hù)陰極保護(hù)鋼鋼 質(zhì)質(zhì)一次投資比較一次投資比較1.92.51.51.91.0主材單價主材單價（元（元/噸）噸）65000 8000030000 400004000 10000故故 障障 率率中中低低 高高維護(hù)費比較維護(hù)費比較10.21.2施工維護(hù)難度施工維護(hù)難度難難易易難難可改造性可改造性難難易易難難接地電阻接地電阻低低低低較低較低44比較項目比較項目銅銅 質(zhì)質(zhì)陰極保護(hù)陰極保護(hù)鋼鋼 質(zhì)質(zhì)耐腐蝕性耐腐蝕性中中強強低低應(yīng)用材料應(yīng)用材料銅、鋼銅、鋼鋼、鋅鎂鋁鋼、鋅鎂鋁鋼、鋅鋼、鋅密密 度度g/mm /mm 3 38.98.9 7.8 7.87.87.8使用壽命使用壽命a a