談發電廠變電所接地裝置腐蝕及防腐措施設計

潘瑞巖

[摘 要]本文，討論了火電廠變電所接地裝置腐蝕環境和易發生腐蝕部位；分析其原因、機理及危害；并從設計角度提出解決措施。

[關鍵詞]接地裝置； 腐蝕； 防腐措施

中圖分類號：TM621.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0133-01

1 引言

接地裝置長期處在地下或陰暗、潮濕的環境中，極易產生腐蝕，這種腐蝕影響裝置的使用壽命，造成接地網局部斷裂，接地線與接地網脫離，形成嚴重的接地隱患或構成事故。某電廠曾發生油開關接地引線銹蝕開路，在開關接地短路時，高壓向低壓反擊，使電纜溝內控制電纜和保護電纜著火，造成癱瘓性事故。因此，在設計環節即采取有效措施，防止腐蝕問題至關重要。

2 接地裝置腐蝕環境和腐蝕機理

2.1 接地裝置的腐蝕環境

接地裝置腐蝕環境主要分為大氣腐蝕和土壤腐蝕。前者主要是接地引下線和電纜溝內的均壓帶，土壤腐蝕主要是各種垂直和水平接地體。

2.2 接地裝置易腐蝕部位及原因

接地裝置容易發生腐蝕的部位主要以下幾種，即包括：設備接地引下線及其連接螺絲、各焊接頭、電纜溝內的均壓帶、水平接地體。這些部位既有大氣腐蝕的環境，又有土壤腐蝕的環境，其主要為電化學腐蝕，但以吸氧腐蝕為主，在一些有害氣體存在的場所，還存在化學腐蝕。經驗表明，大多數設備與地網不通的原因都是接地引下線腐蝕斷裂。

接地體的腐蝕原因一般包括：

①土壤腐蝕性強，特別是在偏酸性的土壤、風化石土壤和砂質土壤中，最易發生析氫腐蝕和吸氧腐蝕。

②接地體采用再生鋼材，這樣的鋼材由于雜質超標，在地下易發生電偶電池腐蝕。

③使用了腐蝕性較強的降阻劑，特別是一些化學降阻劑，由于含有大量的無機鹽類，加速了接地體的電化學腐蝕。一些固體降阻劑也由于膨脹系數與鋼接地體不一致，經過一定的時間后與接地體產生縫隙，產生了腐蝕電位差，加速了接地體的腐蝕。

④屬于施工方面的原因有：a，接地體埋深不夠，上層土壤含氧率較高，吸氧腐蝕快；b，用砂子，碎石和建筑垃圾作回填土；c，焊接頭存在虛焊、假焊現象，對焊接頭沒有做防腐處理；d，對接地引下線沒采取過渡防腐措施，沒有刷防腐漆；e，擴大地網時，把新地網接到原地網的電纜溝，或把設備的接地接到電纜溝的均壓帶，而電纜溝的均壓帶又不定期地進行防腐處理，因焊接頭腐蝕斷開造成地網支解。

3 設計防止接地裝置腐蝕措施

研究表明，GPF294降阻防腐劑，具有較其良好防腐效果，因此，在設計時應引入。

3.1 GPF-94高效膨潤土降阻防腐劑防腐機理

該防腐劑主要是利用鈣基膨潤土本身的特性，在研制時加入了一定比例無機緩蝕劑、鈍化劑。調整降阻劑的酸堿度為偏堿性，pH值為10左右，H 的濃度小，使析氫腐蝕無法存在；由于降阻劑的結構密致，含氧量少，使鋼接地體基本上不和氧接觸，防止了吸氧腐蝕；加入的無機緩蝕劑、鈍化劑和膨潤土本身的作用在鋼接地體表面生成了一層鈍化膜，保護了接地體，降阻劑中含有的大量的鈣、鎂、鋁等金屬氧化物，它們的金屬離子都比鐵的標準電極電位低，起到了一定的“陰極保護”作用；鐵的氫氧化物Fe（OH）3屬于堿性氫氧化物，僅能與酸反應，因此，鐵埋在具有弱堿性的降阻劑中受到了保護；接地體添加高效膨潤土降阻劑后，使接地體不直接與周圍土壤接觸，當接地體通過大的工頻接地短路電流和沖擊電流時，電火花發生在降阻劑與土壤之間，從而使接地體免遭電火花腐蝕。

3.2 工程應用情況

3.2.1.某110kV變電所接地防腐處理

某110kV變電所， 采用GPF294高效膨潤土降阻劑處理，以防止接地體腐蝕和，實現有效降低工頻接地電阻，。在設計上，對所有的水平和垂直接地體四周都加降阻劑進行處理。接地裝置建成后工頻接地電阻為01358，該變電所1992年建成并投運，，接地體經開挖檢查沒發生任何腐蝕，40mm×4mm的扁鋼運行10余年后完好如新，接地電阻穩定合格。

3.2.2 某110kV變電所降阻防腐改造

某110kV變電所于1991年，設計使用了GPF294高效膨潤土降阻劑進行降阻防腐改造，在降低接地電阻和防腐方面都取得了成功，經過10余年的時間，接地體基本完好，，接地電阻穩定合格。

3.3 陰極保護法

陰極保護是通過對被保護金屬（如接地網的普通碳鋼）進行外加陰極極化來防止金屬腐蝕的方法。陰極保護可通過兩種方法實現，一是犧牲陽極法；二是外加電流法。犧牲陽極法簡單易行，無須維護，它是在被保護的接地網上連接電位更負、更容易腐蝕的金屬或合金（如鎂及鎂合金陽極、鋅合金陽極），使靠陽極的腐蝕溶解達到保護陰極（接地網）的目的。外加電流法（亦稱強制電流法）是利用外加直流電源，將被保護的接地網與電源負極連接，使接地網變成陰極而進行陰極極化，從而達到防止金屬腐蝕的目的。兩種陰極保護方式各有特點，它們在接地網的保護中都得到了成功的應用。

陰極保護的設計是根據土壤特性（主要是土壤電阻率，其次是土壤pH值、含水率、透氣性）、接地網總表面積、總的保護電流決定的。但無論采用何種陰極保護方式，都應使接地網的陰極電位≤-850mV（相對Cu？CuSO4飽和電極），或者使接地網的自然腐蝕電位負移（250～300）mV不小于100mV。只有接地網的陰極極化電位得到保證，才能有效地防止金屬的腐蝕。接地網的最小保護電流密度一般在10mA？m2～100mA？m2之間。

接地網實施陰極保護時整個地網不需要使用降阻劑，但埋設犧牲陽極或輔助陽極的地方需要化學填實包或碳素回填料，以降低陽極的接地電阻。接地網防腐采用陰極保護后一般可以延長使用壽命25年～30年，在國內有許多接地網采用陰極保護，如鄭州東風變、唐山遵化變、濱州北郊變、莘縣220kV變等[4～5]。

3.4 設備接地引下線的防腐措施

設備接地引下線最容易發生的腐蝕部位是，從地下與水平接地體連接處，直到地面上1m處。因為此處接地引下線經過兩種不同的腐蝕環境，腐蝕電位不同，特別容易發生因腐蝕電位不同而引起的電化學腐蝕。筆者采取的措施是從地下與水平接地體連接處開始刷瀝青漆或防銹漆，直到地上與設備連接處，并定期進行維護。

3.5 關于接地體用材、埋深和施工工藝

為了防止接地體腐蝕，選用材料也是關鍵，一般不要使用再生鋼。接地體的埋深一定要達到016m以下，要用細土回填，并分層夯實，不要用碎石和建筑垃圾回填，對焊接頭的焊口長度，焊接質量要嚴格把關，不能有虛焊、假焊現象。對焊口要刷防銹漆進行處理。施加降阻防腐劑要均勻施加，不得有脫節現象，對施加降阻劑和不施加降阻劑的地方要刷防銹漆進行過度，防止因腐蝕電位不同引起的電化學腐蝕。

4 結束語

接地裝置的腐蝕是造成接地隱患，產生接地事故的主要原因，因而受到了充分的重視，對接地裝置的防腐問題首先從選材、設計、施工、運行、維護等多方面把關。對防腐和降阻困難的場所，使用GPF294高效膨潤土降阻防腐劑顯示了較好的效果，且被大量的工程實踐證明。對只需防腐不需降阻的場所，采用陰極保護也是有效的。