變電站銅接地網與鋼接地網的技術經濟比較分析

邵武剛

摘 要：文章以220kv變電站的接地網設計為例，對銅接地網以及鋼接地網的經濟性進行了比較分析，對其接地效果也進行了分析，從導電性能、熱穩定性以及耐腐蝕性方面而言，銅材接地網在性能方面都優越于鋼材接地網。

關鍵詞：變電站；銅接地；鋼接地；技術性；經濟性；比較

近年來，我國的電網建設取得了很大的發展，在線路容量方面也發生了很大的變化，線路出現短路的問題可以利用接地電阻來進行解決。變電站在建設過程中，按照相關規程來進行計算，在接地電阻方面出現了阻值越來越小的情況。變電站在發展過程中，對很多的新技術進行了利用，因此，在接地阻值變化的過程中，對變電站的運行安全也帶來了很大的影響。對接地網事故進行統計分析發現地網腐蝕是導致問題出現的重要影響因素。為了防止這種事故再次發生對電網的運行穩定性進行影響，可以采取必要的措施進行預防。通常情況下，銅質材料的接地地網在使用過程中要進行不定期的檢查，在土壤以及地下水變化的情況下，對銅質材料的接地網會產生很大的影響，但是，使用這種材料在使用性能方面卻比鋼制材料更好，在投資初期，銅質材料的費用相對較高，在設計壽命周期方面卻非常好，因此，在維護費用方面也非常少。

1 技術比較

1.1 性能比較

1.1.1 導電性能

銅和鋼在20℃時的電阻率分別是17.24×10-6（Ω·mm）和138×10-6（Ω·mm），因此銅的導電率是鋼的8倍。銅接地體在導電性能方面更好，在進行布置時，安全指標也更加好。

1.1.2 熱穩定性

銅的熔點為1083℃，短路時最高允許溫度為450℃；而鋼的熔點為1510℃，短路時最高允許溫度為400℃。在接地體截面積相同的情況下，銅材的熱穩定性更加好，而且，在熱穩定性相同的情況下，鋼材的接地體截面積卻是銅質材料的3倍。

1.1.3 耐腐性

接地體在使用過程中出現的腐蝕主要體現在化學腐蝕和電化學腐蝕兩個方面，其中，在多數情況下，這兩種腐蝕是同時存在。銅質材料和鋼質材料在使用過程中，銅質材料的腐蝕速度是鋼質材料的十分之一到五十分之一，在這種情況下，銅質材料的電氣穩定性更加的穩定。

鋼材在使用過程中被腐蝕時是逐層進行，在使用鋼材時可以在表面進行鍍鋅操作，這樣在抗腐蝕能力方面能夠得到提高，但是，對其導電性能卻帶來了降低的影響，因此，在使用過程中要解決的問題也非常多。避免在接頭位置出現高溫電弧焊導致的點腐蝕情況，一般情況下，銅質材料使用年限會在十年，在銅腐蝕過程中不出現點腐蝕情況在使用壽命上會出現延長的情況。銅接地網在進行使用的時候，要進行開挖檢測工作，工作量非常大，因此，對于GIS變電站而言非常容易導致無法進行的情況。

1.1.4 銅接地體施工方便

在設計方面，主網采用銅絞線，這種材料在使用方面柔性非常好，同時，在彎度方面半徑非常小，在彎曲方面效果非常好，穿管過程中非常容易。銅絞線在進行使用時能夠實現成卷使用。在搭接位置能夠進行放熱焊接，在施工工藝方面非常簡單，這樣對銅接地網的連接質量能夠進行保證。

1.2 截面選擇

一般變電站中的主接地網采用60×8（截面480mm2）的鍍鋅扁鋼，接地引下線采用80×8（截面640mm2）的鍍鋅扁鋼。一般變電站中的主接地網采用150mm2（裸銅紋線），接地引下線采用200mm2（銅排）。銅接地體的截面顯著小于鋼接地體。

1.3 接地體連接方式

變電站中接地網金屬導體在使用的時候會出現大量連接的情況，在進行連接時，主要保證其連接的可靠性和牢固性，才能保證接地網運行的可靠性。鋼接地網在進行連接時仍然在使用傳統的電弧焊連接方式，在高溫情況下，會對焊接位置的鍍鋅層帶來一定的破壞，同時，也會導致點腐蝕問題的出現，對導體的接地壽命也會帶來一定的影響。電弧焊在連接方式上不是分子性連接，因此，在使用中，其導電性會受到很大的影響。鋼接地網在連接方式是進行了研究和設計，但是，在經過很多嘗試以后，并沒有找到更好的方式。鋼接地體在截面積方面比較大，因此，在連接方式上進行模具制造相對比較困難，同時，因為其本身防腐性能比較差，導致焊接的質量無法進行保證。

2 經濟比較分析

2.1 220kv某變電站建設規模

主變壓器：本期建設1×180MVA主變，遠景2×180MVA主變；220kv出線：本期2回，遠景6回；110kv出線：本期4回，遠景10回；35kv出線：本期3回，遠景8回。無功配置：本期2×10Mvar并聯電容器組，遠景4×10Mvar。

2.2 配電裝置形式

220kv及110kv配電裝置均采用屋外支柱管母中型布置型式。35kv配電裝置采用屋內高壓開關柜單列布置。變電站占地面積20158m2。

2.3 接地材料統計

接地材料統計見表1和表2。

表1 采用鋼接地設計的材料表

表2 采用銅接地設計的材料表

2.4 指標及評價

采用“年費用法”對兩種接地方案進行經濟評價，經濟評價結果見表3。

表3 220kv變電站銅接地與鋼接地經濟評價

說明：導通試驗每年一次，數年平均計算；接地網測試6年一次，每年攤銷。建設期貸款利息6.12%。

可見，無論是否計及放熱焊接點費用，銅接地方案的年費用均較鋼接地方案低。不計及放熱焊接點費用時，銅接地方案優越性更加顯著。

3 結束語

采用銅接地網技術方面更加的合理，銅接地網在導電性能方面更好，同時，在熱穩定性能方面更加穩定，在抗腐蝕能力方面更好，在施工方面比較方便，使用壽命更長，在檢修方面工作量非常小，使用過程中不會對環境帶來污染。銅接地網在進行焊接時，采取放熱焊接方式，在操作上非常簡單，同時焊接質量能夠進行保證，在腐蝕方面不會帶來很大的影響。

銅接地網在經濟性方面更好，在220kv變電站中，年費用方面銅接地方案更加具有優勢。銅接地網在最初建設過程中投入的費用相對較高，但是，其在使用壽命周期方面比較長，而且，使用費用方面出現了經濟性更好的表現。接地網在設計壽命方面出現增加的情況，在設計方面使用銅絞線，這種材料在制作工藝方面比較簡單，同時，在采購過程中渠道比較廣，因此，在施工中進行使用更加方便，能夠保證項目建設取得更好的效果。