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220kV变电所接地网技术经济分析

发表于:2018-03-26 15:03:27 来源:索比光伏网

1. 概述

随着电力系统的发展,对变电所接地设计的要求也越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统,是维持设备稳定运行、设备和人员安全的根本保障,接地系统长期安全可靠运行的关键在于品质好的接地材料及其之间的可靠连接。

我国大部分地区的变电所仍然使用镀锌扁钢作为主要接地材料,但几十年的实践证明镀锌钢并不是解决接地装置腐蚀问题的最好选择,像华北电网天津北郊220KV变电站投运8年后开挖检查发现,接地装置腐蚀严重,有的甚至已被腐蚀断,不得不重新进行接地网改造。北京房山变电站、大同二电厂等大型500kV变电站投运10年后,也因地网腐蚀严重而重新更换了原镀锌钢接地装置。由于是重新铺设接地装置,恢复路面和绿化等工作也需花费资金,因此整个改造工程比新建接地装置所需费用增加很多。

自上世纪中期以后,随着镀锌钢接地装置腐蚀问题的不断暴露,每年需投入大量资金和人力改造镀锌钢接地装置。使越来越多的电力部门认识到必须改变观念,采取更加有效的防腐措施,保障接地网的安全运行。

2. ACR接地合金简述

《国家电网公司依托工程设计新技术推广应用成果汇编(2015 年版)》指出铝铜稀土合金“适用于中、近水土壤或水土壤(PH≥7.0)地区的电力系统户外变电站和输电线路接地网和接地极。” ACR接地合金以铝为基体加入少量的铜(4%wt)和微量稀土元素,结合铜的腐蚀产物良好的导电性能和铝的耐蚀性能,通过熔铸和热挤压,获得具有良好接地导通性的合金接地材料,改善了纯铝腐蚀产物导通不良的情况。通过表面喷丸和预氧化复合处理,使表层拉应力转化为压应力,促进基体中的铜元素向表面扩散富集,在表面生成铝铜合金腐蚀产物;减轻 Cl-对钝化膜的破坏,减少出现非均匀腐蚀的几率,大幅度提高接地合金材料的耐土壤腐蚀性能。另外,ACR接地合金除了具有很好的耐腐蚀性能及良好的与大地导通性能外,由于ACR接地合金具有密度小、重量轻、易加工成型等特点,在接地网领域得到了大量的推广应用。

ACR产品经过中国电力科学研究院、国家电网智能电网研究院、瑞士通标标准技术服务有限公司(SGS)等第三方检测公司的权威检测,试验证明了产品各项指标均表现优异。

3. 技术比较

3.1 性能比较

分别从导电性、热稳定性、耐腐蚀性等方面比较ACR接地合金与铜、镀锌钢的差异。

3.1.1 导电性能

在20˚C时,钢的电阻率138×10-6(Ω·mm),铜的电阻率是17.24×10-6(Ω·mm),ACR接地合金的电阻率为39.3×10-6(Ω·mm)。因此,铜的导电率是钢的8倍,ACR接地合金的导电率为钢的3.5倍;即ACR接地体导电性能比钢接地体好3.5倍,比铜接地体稍差。

3.1.2 热稳定性

《交流电器装置的接地》(DL/T621-1997)要求电气设备接地线的截面,应按接地短路电流进行热稳定校验。钢接地线的短时温度不应超过400℃,铜接地线不应超过450℃,铝接地线不应超过300℃。根据热稳定条件,在没有考虑腐蚀时,接地装置接地导体的截面不宜小于连接至该接地装置的接地引下线截面的75%。

3.1.3 耐腐性

接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式。在多数情况下,这两种腐蚀同时存在。镀锌钢在土壤中的腐蚀速度为0.03~0.1mm/a,铜在土壤中的腐蚀速度为0.002~0.004mm/a,ACR接地合金在土壤中的腐蚀速度为0.007~0.01mm/a;ACR接地合金在土壤中的腐蚀速度大约是镀锌钢的1/6,是铜的腐蚀速度的2倍,而且电气性能稳定。

3.2 截面选择

3.2.1 接地体截面选择

忽略腐蚀的影响,对接地体进行热稳定校验时,接地引下线的最小截面应满足下式:


考虑腐蚀因素,并留有充分的裕度,500kV变电所铜接地引下线的截面均取200mm2(铜排);镀锌钢接地引下线的截面为1000 mm2(扁钢);ACR接地引下线的截面为360 mm2。水平接地网截面按照DL/T621-1997《交流电气装置的接地》的规定,取接地引下线的75%,即铜水平接地体截面取150mm2(裸铜绞线);镀锌钢水平接地体截面取750mm2;ACR水平接地体截面取270mm2。

新建变电的接地网所按40年免维护设计,则接地网40年后的腐蚀情况为:

1)铜的腐蚀速率按0.003mm/a计算,40年后纯铜损失的厚度约为40×0.003×2=0.24mm。主接地网接地体选择50×4 mm2的铜排时,其腐蚀后的截面为:

(50-0.24) ×(4-0.24)=187 mm2>177.5 mm2

可满足40年的热稳定要求。

2)镀锌钢在不同的土壤中腐蚀速率变化较大,可按0.05mm/a进行估算,40年后镀锌钢损失的厚度约为40×0.05×2=4mm。主接地网接地体选择100×10 mm2的扁钢时,其腐蚀后的截面为:

(100-4) ×(10-4)=576 mm2>532.5 mm2

可满足40年的热稳定要求。

3)ACR接地合金在不同的腐蚀速率按0.009mm/a进行估算,40年后ACR接地合金排损失的厚度约为40×0.009×2=0.72mm。主接地网接地体选择60×6 mm2的ACR接地合金排时,其腐蚀后的截面为:

(60-0.72) ×(6-0.72)=313 mm2>310.5 mm2

可满足40年的热稳定要求。

综上所述,ACR接地体的截面显著小于钢接地体。

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