關于地下接地導體腐蝕對接地裝置熱穩(wěn)定容量校核影響的探討

云南電網(wǎng)有限責任公司紅河供電局 余 煒 余云光 高 林 李茂兵 楊 露 騰 飛

近年隨著電網(wǎng)的容量不斷增加，各廠站接地網(wǎng)的原設計接地裝置熱容量愈來愈不能滿足電網(wǎng)的實際運行容量的要求。接地裝置熱穩(wěn)定容量不足，輕則導致接地網(wǎng)本身局部電位差和接地網(wǎng)電位異常增加，給運行人員帶來威脅，重則導致監(jiān)測或控制設備發(fā)生誤動或拒動而擴大事故。接地裝置熱穩(wěn)定是滿足電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的重要保障，而構成接地網(wǎng)的接地導體大部分埋設于地下，常因施工時焊接不良、接地短路電流的電動力和建筑物的壓力等原因，特別是土壤多年的腐蝕，導致接地網(wǎng)的導體出現(xiàn)不同程度的腐蝕和變形。接地網(wǎng)導體的腐蝕甚至斷裂，會導致接地體截面減小、熱穩(wěn)定性不夠，而在具體計算過程中，并未充分考慮腐蝕因素對埋設在地下接地裝置的影響，且開挖地下接地網(wǎng)檢查具有盲目性、工程量大。

1 目前接地裝置熱穩(wěn)定校核現(xiàn)狀

接地網(wǎng)工程是保障人身安全和電氣設備安全、正常運行的基礎和重要設施，系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，短路電流將經(jīng)接地引下線流向大地，如接地導體的截面較小而流過的短路電流較大時，接地導體就可能因過熱而熔斷，嚴重影響廠站運行安全。因此熱穩(wěn)定容量校核計算是保障電氣設備安全穩(wěn)定運行的必要手段。DL/T1680-2016《大型接地網(wǎng)狀態(tài)評估技術導則》規(guī)定：根據(jù)接地網(wǎng)和接地引下線導體腐蝕診斷結果，考慮導體腐蝕的因素，接地網(wǎng)和設備接地引下線導體截面應滿足GB/T 50065-2011中附錄E的熱穩(wěn)定校驗要求。

目前在接地裝置熱穩(wěn)定容量校驗中，往往只通過對比廠站內接地裝置的接地引下線實際截面來判斷其熱穩(wěn)定容量是否滿足要求，而忽視腐蝕因素對地下接地導體的影響。如文獻[1]和文獻[2]對電站進行熱穩(wěn)定校核時，只校驗了接地引下線的截面積而未考慮腐蝕因素對地下接地導體的影響。然而接地裝置在實際運行過程中，暴露在空氣中的接地引下線經(jīng)常采取防腐措施，埋設在地下的接地網(wǎng)反而未進行有效維護，致使兩者間的泄流有效截面積差距越來越大。同時由于接地網(wǎng)具有隱蔽性特點，運行中地下接地導體即使發(fā)生腐蝕也不易被發(fā)現(xiàn)，將給接地裝置熱穩(wěn)定校核工作帶來結論性影響，但如果充分考慮腐蝕因素，大面積開挖檢查接地網(wǎng)又具有盲目性且工作量巨大[3]。

為快速查找出接地導體腐蝕的位置，目前可通過借用接地網(wǎng)導體腐蝕診斷方法計算出接地薄弱的位置，再有針對性地對接地網(wǎng)進行開挖檢查測量，從而可以保證接地裝置熱穩(wěn)定容量校驗結論的有效性。

2 接地網(wǎng)導體腐蝕診斷方法介紹及實際案例

本文采用的《接地網(wǎng)腐蝕診斷軟件》以特勒根定理和故障參數(shù)識別法為基本理論基礎，應用簡單可靠，實現(xiàn)在不停電和不對地網(wǎng)開挖的情況下，對地網(wǎng)導體的斷點和腐蝕進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患[4]。通過接地網(wǎng)拓撲結構圖及接地網(wǎng)引下線間的電阻測量值，建立腐蝕診斷方程，求解診斷方程計算出接地網(wǎng)支路電阻值的變化量。接地網(wǎng)導體各腐蝕程度的接地網(wǎng)支路電阻增大倍數(shù)為：輕度腐蝕0～1、中度腐蝕2～9、嚴重腐蝕＞9。結合以上判據(jù)標準得出接地網(wǎng)各支路導體的腐蝕程度。

利用接地腐蝕診斷結果，對接地網(wǎng)腐蝕較嚴重的位置進行開挖取樣，除去銹蝕層后重新測量接地導體的有效截面積，進而對比滿足廠站接地裝置熱穩(wěn)定需要的最小截面，校核地下接地導體腐蝕的情況下是否滿足廠站接地裝置熱穩(wěn)定容量要求。

2.1 系統(tǒng)短路電流及最小截面積計算

110kV母線處發(fā)生短路時，序網(wǎng)絡等效阻抗圖如圖1。計算所得最大單相短路電流為4.691kA，記為Ig，則滿足熱穩(wěn)定容量的接地引下線允許截面積為，其中te為短路等效持續(xù)時間，參考110kV系統(tǒng)取值，本次校驗取0.6s為短路等效持續(xù)時間；C為接地材料、取70，由此得最小截面為Sg。

圖1 序網(wǎng)絡等序阻抗圖

2.2 接地導體腐蝕診斷及分析

接地腐蝕診斷步驟為：得到地網(wǎng)設計圖-軟件中設置導體電阻率等技術參數(shù)-得到實際地網(wǎng)拓撲結構圖-根據(jù)實際地網(wǎng)拓撲結構及相關原則進行節(jié)點對選取-測量節(jié)點對間導體電阻-得到診斷結果。

根據(jù)接地網(wǎng)竣工圖對接地網(wǎng)的支路和節(jié)點進行編號，建立接地網(wǎng)的診斷模型；設置導體截面積、電阻率，根據(jù)測量得到的節(jié)點對之間電阻值，利用接地網(wǎng)腐蝕診斷軟件進行腐蝕診斷計算；對診斷結果進行分析對比，判斷最有可能出現(xiàn)斷點以及嚴重腐蝕情況的接地網(wǎng)支路；結合電廠現(xiàn)場實際情況，對最有可能出現(xiàn)斷點以及嚴重腐蝕情況的接地網(wǎng)故障支路進行開挖。從測量得到的節(jié)點對之間電阻值中，選取不同的數(shù)據(jù)進行組合，利用接地網(wǎng)腐蝕診斷軟件對接地網(wǎng)斷點及腐蝕情況進行診斷。利用腐蝕診斷軟件得到的各支路腐蝕結果（圖3）。

圖2 用腐蝕診斷軟件繪制的地網(wǎng)（局部放大）圖

圖3 腐蝕診斷結果圖

圖3診斷結果中，橫坐標為支路、縱坐標為支路電阻增大倍數(shù)，從該次診斷結果可看出，支路186、187、193在六次不同的數(shù)據(jù)組合時都出現(xiàn)在診斷結果中，且支路電阻增大倍數(shù)都在3～5之間，屬于中度腐蝕，三條支路對應在接地網(wǎng)拓撲圖中的110kV出線平臺處，可針對這三條支路的接地導體進行開挖檢查。

各接地裝置接地引下線截面的寬（mm）、厚（mm）、截面積（mm2）分別為：1號發(fā)電機出口開關柜40.04/2.90/116.12，1號主變中性點39.25/3.46/135.81，1號主變鐵芯37.85/4.06/153.67，1號主變本體40.05/4.03/161.40，110kV線路耦合電容器40.00/4.70/188.00，110kV線路電壓互感器40.00/4.60/184.00。通過3.2腐蝕診斷結果，對110kV出線平臺110kV線路電壓互感器附近埋設的接地網(wǎng)開挖檢查，發(fā)現(xiàn)該段接地導體腐蝕較嚴重，隨后對該段接地導體進行取樣，除銹后重新測量導體截面積，截面積為47.96mm2。

通過計算系統(tǒng)最大短路電流，得出滿足熱穩(wěn)定最小截面積為51.91mm2，經(jīng)過測量接地引下線截面積，均能滿足當前運行條件下的熱穩(wěn)定容量要求。但充分考慮腐蝕因素對接地網(wǎng)的影響進行接地網(wǎng)腐蝕診斷評估，經(jīng)過現(xiàn)場開挖取樣檢查后，測量導體截面積為47.96mm2，已不能滿足熱穩(wěn)定容量的要求。

綜上，接地裝置熱穩(wěn)定容量校核不能單獨以接地引下線截面積作為唯一判斷依據(jù)，忽略地下接地導體自身的動態(tài)腐蝕過程，應同時以去除表面氧化物后的地下接地導體的有效截面積作為熱穩(wěn)定容量的判斷依據(jù)；為準確校核接地裝置熱穩(wěn)定容量，應結合接地裝置腐蝕診斷技術，有針對性的對接地裝置進行開挖檢查測量工作，以免發(fā)生誤判；在對廠站接地網(wǎng)進行評估時，不能單一的進行熱穩(wěn)定校核工作，應結合腐蝕診斷結果對接地網(wǎng)進行綜合分析評估，確保接地網(wǎng)安全運行。