谈发电厂变电所接地装置腐蚀及防腐措施设计

潘瑞岩

[摘 要]本文，讨论了火电厂变电所接地装置腐蚀环境和易发生腐蚀部位；分析其原因、机理及危害；并从设计角度提出解决措施。

[关键词]接地装置； 腐蚀； 防腐措施

中图分类号：TM621.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0133-01

1 引言

接地装置长期处在地下或阴暗、潮湿的环境中，极易产生腐蚀，这种腐蚀影响装置的使用寿命，造成接地网局部断裂，接地线与接地网脱离，形成严重的接地隐患或构成事故。某电厂曾发生油开关接地引线锈蚀开路，在开关接地短路时，高压向低压反击，使电缆沟内控制电缆和保护电缆着火，造成瘫痪性事故。因此，在设计环节即采取有效措施，防止腐蚀问题至关重要。

2 接地装置腐蚀环境和腐蚀机理

2.1 接地装置的腐蚀环境

接地装置腐蚀环境主要分为大气腐蚀和土壤腐蚀。前者主要是接地引下线和电缆沟内的均压带，土壤腐蚀主要是各种垂直和水平接地体。

2.2 接地装置易腐蚀部位及原因

接地装置容易发生腐蚀的部位主要以下几种，即包括：设备接地引下线及其连接螺丝、各焊接头、电缆沟内的均压带、水平接地体。这些部位既有大气腐蚀的环境，又有土壤腐蚀的环境，其主要为电化学腐蚀，但以吸氧腐蚀为主，在一些有害气体存在的场所，还存在化学腐蚀。经验表明，大多数设备与地网不通的原因都是接地引下线腐蚀断裂。

接地体的腐蚀原因一般包括：

①土壤腐蚀性强，特别是在偏酸性的土壤、风化石土壤和砂质土壤中，最易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

②接地体采用再生钢材，这样的钢材由于杂质超标，在地下易发生电偶电池腐蚀。

③使用了腐蚀性较强的降阻剂，特别是一些化学降阻剂，由于含有大量的无机盐类，加速了接地体的电化学腐蚀。一些固体降阻剂也由于膨胀系数与钢接地体不一致，经过一定的时间后与接地体产生缝隙，产生了腐蚀电位差，加速了接地体的腐蚀。

④属于施工方面的原因有：a，接地体埋深不够，上层土壤含氧率较高，吸氧腐蚀快；b，用砂子，碎石和建筑垃圾作回填土；c，焊接头存在虚焊、假焊现象，对焊接头没有做防腐处理；d，对接地引下线没采取过渡防腐措施，没有刷防腐漆；e，扩大地网时，把新地网接到原地网的电缆沟，或把设备的接地接到电缆沟的均压带，而电缆沟的均压带又不定期地进行防腐处理，因焊接头腐蚀断开造成地网支解。

3 设计防止接地装置腐蚀措施

研究表明，GPF294降阻防腐剂，具有较其良好防腐效果，因此，在设计时应引入。

3.1 GPF-94高效膨润土降阻防腐剂防腐机理

该防腐剂主要是利用钙基膨润土本身的特性，在研制时加入了一定比例无机缓蚀剂、钝化剂。调整降阻剂的酸碱度为偏碱性，pH值为10左右，H 的浓度小，使析氢腐蚀无法存在；由于降阻剂的结构密致，含氧量少，使钢接地体基本上不和氧接触，防止了吸氧腐蚀；加入的无机缓蚀剂、钝化剂和膨润土本身的作用在钢接地体表面生成了一层钝化膜，保护了接地体，降阻剂中含有的大量的钙、镁、铝等金属氧化物，它们的金属离子都比铁的标准电极电位低，起到了一定的“阴极保护”作用；铁的氢氧化物Fe（OH）3属于碱性氢氧化物，仅能与酸反应，因此，铁埋在具有弱碱性的降阻剂中受到了保护；接地体添加高效膨润土降阻剂后，使接地体不直接与周围土壤接触，当接地体通过大的工频接地短路电流和冲击电流时，电火花发生在降阻剂与土壤之间，从而使接地体免遭电火花腐蚀。

3.2 工程应用情况

3.2.1.某110kV变电所接地防腐处理

某110kV变电所， 采用GPF294高效膨润土降阻剂处理，以防止接地体腐蚀和，实现有效降低工频接地电阻，。在设计上，对所有的水平和垂直接地体四周都加降阻剂进行处理。接地装置建成后工频接地电阻为01358，该变电所1992年建成并投运，，接地体经开挖检查没发生任何腐蚀，40mm×4mm的扁钢运行10余年后完好如新，接地电阻稳定合格。

3.2.2 某110kV变电所降阻防腐改造

某110kV变电所于1991年，设计使用了GPF294高效膨润土降阻剂进行降阻防腐改造，在降低接地电阻和防腐方面都取得了成功，经过10余年的时间，接地体基本完好，，接地电阻稳定合格。

3.3 阴极保护法

阴极保护是通过对被保护金属（如接地网的普通碳钢）进行外加阴极极化来防止金属腐蚀的方法。阴极保护可通过两种方法实现，一是牺牲阳极法；二是外加电流法。牺牲阳极法简单易行，无须维护，它是在被保护的接地网上连接电位更负、更容易腐蚀的金属或合金（如镁及镁合金阳极、锌合金阳极），使靠阳极的腐蚀溶解达到保护阴极（接地网）的目的。外加电流法（亦称强制电流法）是利用外加直流电源，将被保护的接地网与电源负极连接，使接地网变成阴极而进行阴极极化，从而达到防止金属腐蚀的目的。两种阴极保护方式各有特点，它们在接地网的保护中都得到了成功的应用。

阴极保护的设计是根据土壤特性（主要是土壤电阻率，其次是土壤pH值、含水率、透气性）、接地网总表面积、总的保护电流决定的。但无论采用何种阴极保护方式，都应使接地网的阴极电位≤-850mV（相对Cu？CuSO4饱和电极），或者使接地网的自然腐蚀电位负移（250～300）mV不小于100mV。只有接地网的阴极极化电位得到保证，才能有效地防止金属的腐蚀。接地网的最小保护电流密度一般在10mA？m2～100mA？m2之间。

接地网实施阴极保护时整个地网不需要使用降阻剂，但埋设牺牲阳极或辅助阳极的地方需要化学填实包或碳素回填料，以降低阳极的接地电阻。接地网防腐采用阴极保护后一般可以延长使用寿命25年～30年，在国内有许多接地网采用阴极保护，如郑州东风变、唐山遵化变、滨州北郊变、莘县220kV变等[4～5]。

3.4 设备接地引下线的防腐措施

设备接地引下线最容易发生的腐蚀部位是，从地下与水平接地体连接处，直到地面上1m处。因为此处接地引下线经过两种不同的腐蚀环境，腐蚀电位不同，特别容易发生因腐蚀电位不同而引起的电化学腐蚀。笔者采取的措施是从地下与水平接地体连接处开始刷沥青漆或防锈漆，直到地上与设备连接处，并定期进行维护。

3.5 关于接地体用材、埋深和施工工艺

为了防止接地体腐蚀，选用材料也是关键，一般不要使用再生钢。接地体的埋深一定要达到016m以下，要用细土回填，并分层夯实，不要用碎石和建筑垃圾回填，对焊接头的焊口长度，焊接质量要严格把关，不能有虚焊、假焊现象。对焊口要刷防锈漆进行处理。施加降阻防腐剂要均匀施加，不得有脱节现象，对施加降阻剂和不施加降阻剂的地方要刷防锈漆进行过度，防止因腐蚀电位不同引起的电化学腐蚀。

4 结束语

接地装置的腐蚀是造成接地隐患，产生接地事故的主要原因，因而受到了充分的重视，对接地装置的防腐问题首先从选材、设计、施工、运行、维护等多方面把关。对防腐和降阻困难的场所，使用GPF294高效膨润土降阻防腐剂显示了较好的效果，且被大量的工程实践证明。对只需防腐不需降阻的场所，采用阴极保护也是有效的。