陰極電極保護在變電站防雷接地中的作用

（國網四川省電力公司樂山供電公司，四川 樂山 614000）

目前，在變電站防雷接地中，最常見的技術就是接地網，但電力系統在快速發展的過程中，也得到了很大的進步，同時在防雷接地網的安全維護中也遇到了巨大的挑戰，金屬在地下經常被腐蝕，使得整個變電站系統的保護功能以失敗而告終。為了能更好的利用防雷接地網，前提就是解決這一挑戰問題，在經過工作人員研究之后，發現了陰極電極保護技術，該技術不僅投資小，而且效果也非常好，操作起來還方便敏捷，并且無論實在國內的變電站防雷接地中還是國外的變電站防雷接地中，都得到了普及。

一、分析變電站的防雷接地技術

1 變電站的防雷接地技術

在變電站的防雷接地技術中，根據作用方式的不同將其分為兩種，第一種是通過特定的防雷防護裝置而將雷引入到接地網中來完成變電站防雷接地的保護工作；第二種是預防雷電的侵入，但在本文中，研究和分析的是第一種，通過特定的防雷防護裝置而將雷引入到接地網中。這里所使用的防雷防護裝置是接閃器，它可以對電流執行攔截和導引的作用，具體的裝置就是避雷線和避雷針。在一些小型的變電站中，只需要使用避雷針就可以達到防雷的效果了，但是在一些大型的變電站中，不僅要在架構上安裝一些避雷線或者是避雷針，還要嚴格設置引流線的參數，這樣才能完成變電站的防雷工作。而接地線是連接在屏蔽設施和被保護對象之間的引線，在變電站工作時期電阻要在1Ω以下，它主要有主接地線、分接地線以及等電位連接板三種接地線。

2 變電站防雷接地中的防腐蝕方法

根據上述的論述可知，在變電站的防雷接地中，面對的最大挑戰就是腐蝕問題。首先，從材料的角度出發，如果將原來的材料碳鋼替換成鋼，則會減少材料的腐蝕度，但由于鋼的價格非常昂貴，使得變電站防雷接地中的防腐蝕技術再次失敗。其次，如果在接地網的材料表面涂上一層抗腐蝕的材料，就會減少腐蝕，但是這種方法需要耗費大量的時間和金錢。最后的一種防腐蝕技術則是本文論述的重點，利用陰極電極保護技術，該技術不僅投資小，而且操作起來也非常簡單，下文就對該技術進行探討和分析。

二、分析陰極電極保護技術

1 原理

對于陰極電極保護技術的原理，是對被保護的金屬不斷的補充電子，避免在金屬原子失去電子之后溶入到溶液里，并出現負電位的現象，而在變電站防雷接地中，是利用陰極電極保護技術對接地網進行不斷地補充電子，進而形成一個大型的陰極，這個過程就稱為陰極電極保護。對不同陰極的保護根據實現的方法不同而分成了兩種，分別是外加電流法和犧牲陽極法。

圖1

圖2

所謂外加電流法，是在陰極保護的同時將電源的負極和被保護的對象相連接，使得其電位比周圍環境的電位低，進而形成陰極，最后達到一個避免被保護的金屬被腐蝕的目的。但這種陰極電極保護的方法主要用在土壤的電阻率很高的環境，或者是大型的變電站中。具體的外加電流陰極電極保護的原理圖如圖1所示。

所謂犧牲陽極保護法，它是與電位比被保護金屬更低的金屬相連，然后將電子通過轉移的方式轉到被保護金屬上，形成犧牲陽極的陰極保護，在實際的應用中，主要用到的陽極金屬主要是鎂以及鎂合金陽極，和鋅合金陽極。這種方法相對上一種方法來說比較方便，并且還不需要外界的電源，在運行時也不會有干擾的現象產生，但這種方法還有一個缺點，使用壽命相對較短，只有3到5年的時間，并且有時還會在陽極表面有一層硬殼產生，該硬殼不僅不導電，還會對電子的輸出產生阻礙作用，進而會導致整個保護以失敗告終。

導致保護失敗的主要原因有以下兩種，一是陽極所在地區的土壤電阻率較高；二是陽極的金屬不滿足所規定的要求。所以，犧牲陽極保護法只適用于變電站的規模較小的情況或者是周圍土壤的電阻率比100歐姆小的環境。具體的犧牲陽極保護法的原理圖如圖2所示。

2 分析兩種陰極電極保護技術在使用中所要注意的方面

在現實的防護中，無論是外加電流保護法還是犧牲陽極保護法都需要特別注意的地方，進而才能讓整個的保護效果更完美。

在采用犧牲陽極保護法時，首先要測定該環境周圍的土壤電阻率以及在不同時間內的變化范圍，其次就要根據測出的電阻率來選擇作為犧牲陽極的金屬材料。下表是鎂和鋅陽極的性能表，可以通過下表來選擇陽極金屬的材料，但如果所測出土壤的電阻率大于100歐姆時，建議不選擇這種保護方法。

表1

通過上表選完陽極的金屬之后，就到計算整體保護的面積以及陰極總電流的時候，而這些計算的依據是根據變電站防雷接地網中的碳鋼結構以及外形的尺寸。但對于計算總電流，則還可以根據土壤腐蝕性所規定的最小電流計算。而陰極保護的電位可以根據接地網的自然腐蝕電位而決定，將其左移250MV～300MV或者可以直接規定為-850MV，對于電位的選擇，只要能將電流密度保證到最小，則就可以不用考慮電位了。在上述所有理論值計算完之后，就可以決定陽極的質量和個數等各種參數了，最后才是確定用陰極電極保護技術來保護整個變電站防雷接地系統的安全性和可靠性。

三、陰極電極保護在變電站防雷接地中的施工

1 施工需要注意的問題

首先，對于犧牲陽極的材料，在選擇和設計時必須要符合國家規定的標準，而且還需要專業的工司或人員來完成。

其次，對于施工的方案和程序，不僅要滿足國家規定的標準，還要符合專業的設計要求。

2 兩種保護技術的優缺點分析

對于犧牲陽極保護法，優點是不需要外加電源就可以工作，并且干擾小，管理和維護都比較簡單，運行時電流的分布也比較均勻，效率也高，整個工程隊伍的投資和總體的保護長度成正比；其缺點是必須有高質量的覆蓋層，保護的電流不能實現控制，而且還不適用于較高的土壤電阻率環境中，對于陽極的金屬材料還必須要定期的更換才能完成。

對于外加電流保護法，對外界環境的電阻率無影響，所需要的覆蓋物質量不用太高，對大型的變電站和工程量較大的環境都適合，輸出的電流可以隨意控制，并且使用的壽命還較長，不需要更換仍然可以繼續再用。其缺點首先是需要外加電源才可以運行，對周圍金屬建筑物的干擾也會產生較大的影響，其次還需要定期的管理和維護。在實際的應用中，可以根據變電站防雷接地的具體情況來選擇適當的保護技術。

四、陰極電極保護在變電站防雷接地中的應用實例

無論是國內還是國外，陰極電極保護在變電站防雷接地中的應用都受到了認可。例如，在浙江省臺州市，110KV的海保變電站在2005年就將陰極電極保護技術應用到防雷接地中，在2007年，將第一批腐蝕試片挖出時，卻未發現有明顯腐蝕的地方。而在一些沿海地區，即使氣候潮濕容易腐蝕，但陰極電極保護在變電站防雷接地中也受到了應用，例如1982年建立的內蒙古包頭市的橋西變電站，在未引進陰極電極保護技術之前，需要經常維修，并且還要填補接地網附近的腐蝕坑，而2009年，該變電站采用了陰極電極保護技術，經過一年的使用之后，挖出測試片進行分析時，卻發現測試片的腐蝕速度僅是未保護測試片的1/3，抗腐蝕的效果非常明顯。

結語

通過本文對陰極電極保護在變電站防雷接地中的作用，我們可以總結出陰極電極保護技術不僅可以降低腐蝕速度，同時還能為接地網提供穩定性，最后達到接地網使用壽命延長的效果，這為電力系統的正常運行提供了保證。

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