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来源：职称驿站所属分类：物理论文 发布时间：2012-06-16浏览：35次
摘要：本文从技术性能和经济性等两方面分别比较分析了热镀锌扁钢、镀铜钢绞线、镀铜圆钢等不同材料接地网的特点，并对绿色变电站使用降阻剂的选择做简单探讨，以确定绿色变电站评价指标体系中接地材料和降阻剂选择的要求。
关键词：变电站；接地网；降阻剂
1．概述
我国由于自身铜储探明量的不足一度大量选用钢材和铝材，而国际上（除前苏联国家、中国和印度以外）铜材作为接地材料已有超过100年的历史。目前，我国大部分地区的变电所仍然使用镀锌扁钢作为接地材料，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。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以前的观念，采取更加有效的防腐措施。
目前，铜材已经不再作为国家战略物资，国家外汇储备充沛，可以很方便地购买铜，各地已开始选用热稳定性能好、导电性能强、耐腐性强的铜材做接地。最近一些新建的变电站，特别是GIS变电站中逐渐开始采用铜材料作为接地网。许多文献对铜地网和钢地网进行了研究和比较，但目前对铜地网（主要是镀铜钢材）和钢地网孰优孰劣尚无定论。
2．技术比较
变电站的接地方案设计应满足电气设备安全稳定运行和工作人员人身安全的要求。目前，我国绝大多数变电站的接地网均采用钢材，近年来，新建变电站中开始采用耐腐蚀性强的镀铜钢材和铜材作为接地材料。对铜、镀铜钢和钢材进行性能比较如下：
(1)铜和钢在20˚C时的电阻率分别是17.24×10(Ω•mm)和138×10(Ω•mm)。标准1020钢的导电率仅为铜的10.8%，镀铜钢导电率也远较钢好。尤其是在集肤效应下，高频时镀铜钢导电性能远优于钢。用作接地体时，铜材的低电阻率使得铜地网的均压性要优于钢地网。
(2)铜的熔点为1083˚C，短路时最高允许温度为450˚C；而钢的熔点为1510˚C，短路时最高允许温度为400˚C。因此，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，钢接地体所需的截面积为铜材的3倍，是30%镀铜钢绞线的2.5倍，是40%镀铜钢绞线的2.8倍。
(3)铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10~1/50，是镀锌钢的耐腐蚀性的3倍以上，而且电气性能稳定。铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），能够对内部的铜起很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性。钢接地体接头部位经过高温电弧焊接加工后会出现点腐蚀情况，而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。我国现有钢接地网不同程度存在较为严重的腐蚀问题，采用镀铜钢或铜材则能有效防止腐蚀。
(4)镀铜钢绞线柔性较扁钢好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易。镀铜钢绞线的高机械强度，使其能够成卷供货，便于机械化施工。搭接处采用放热焊接，操作方便，加快施工进度，节省人工费用，简化施工工艺，保证接地网的连接质量。垂直地网采用铜镀钢接地棒时，由于接地棒截面大大小于角钢，在作垂直接地施工方面工作量减小，并能垂直深入土壤，使通过加大垂直接地深度来降低接地电阻成为一种可能。因此，铜材的施工便利性优于钢材。
总的来说，镀铜钢材和铜材在耐腐蚀、地网均压、热稳定、施工便利和免维护等方面比钢材具有明显优势。实际工程中应通过技术经济比较确定经济合理的接地材料和方案。
3．经济比较
对广东省电网公司某500kV变电站、220kV常规户外变电站和220kV户内变电站的接地方案进行经济性对比结果如下表所示。
表一：各方案的接地工程费用汇总单位：万元
项目 500kV变电站1（HGIS布置） 220kV变电站1（敞开式） 220kV变电站2（户内式）
镀锌扁钢接地网 主材费 34.52 23.18 17.47
安装费 80.29 49.28 41.99
合计 114.81 72.46 59.47
镀铜钢绞线接地网 主材费 80.51 52.66 24.56
安装费 121.92 70.35 48.33
合计 202.43 123.55 72.90
铜绞线接地网 主材费 134.08 88.34 32.58
安装费 129.99 75.26 49.32
合计 264.07 163.60 81.90
由上表可见：(1)三种材料的工程费用比较关系为：钢材<镀铜钢材<铜材；(2)户内配电装置三种接地材料的费用相差较少，在220kV户内变电站中，镀铜接地网和铜接地网分别是钢接地网的1.16倍和1.38倍；(3)户外配电装置三种接地网相差较大，500kV和220kV户外变电站中，镀铜接地网和铜接地网分别是钢接地网的1.71倍和2.26倍和1.76倍和2.32倍。
采用“年费用法”对三个典型方案采用不同类型接地体时的年费用进行计算和分析。镀锌扁钢接地网按30年设计寿命期，铜绞线及镀铜钢绞线接地网按50年设计寿命期。铜及镀铜接地体的耐腐蚀性强，因此采用这两种材料作为接地体时的不发生年运行费用。钢接地网的腐蚀耐腐蚀性较差，每年须进行一次导通试验，每六年还须进行一次接地网测试。导通试验费用等年计算，接地网测试费用每年摊销。暂估220kV变电站和500kV变电站钢接地体接地网年运行费用分别为2万元/年和3万元/年。
500kV变电站（HGIS布置）中采用镀锌扁钢接地网、镀铜钢绞线接地网和铜绞线接地网时的年费用比较与分析下表。
表二：500kV变电站三种不同类型接地网年费用计算结果
序号 接地体类型 工程造价（万元） i n A 年运行费用C 年费用A+C
1 镀锌扁钢 114.81 8% 30 10.20 3.00 13.20
2 镀铜钢绞线150 202.43 8% 50 16.55 0.00 16.55
3 铜绞线120 264.07 8% 50 21.59 0.00 21.59
220kV变电站（敞开式布置）中采用镀锌扁钢接地网、镀铜钢绞线接地网和铜绞线接地网时的年费用比较与分析见下表。
表三：220kV变电站（敞开式）三种不同类型接地网年费用计算结果
序号 接地体类型 工程造价(万元) i n A 年运行费用C 年费用A+C
1 镀锌扁钢 72.46 8% 30 6.44 2.00 8.44
2 镀铜钢绞线150 123.55 8% 50 10.10 0.00 10.10
3 铜绞线120 163.60 8% 50 13.37 0.00 13.37
220kV变电站(户内布置)中采用镀锌扁钢接地网、镀铜钢绞线接地网和铜绞线接地网时的年费用比较与分析见下表。
表四：220kV变电站(户内式)三种不同类型接地网年费用计算结果
序号 接地体类型 工程造价（万元） i n A 年运行费用C 年费用A+C
1 镀锌扁钢+镀锌角钢 59.47 8% 30 5.28 2.00 7.28
2 镀铜圆钢+镀锌圆钢+镀铜钢绞线150 72.90 8% 50 5.96 0.00 6.96
3 镀铜圆钢+镀锌圆钢+铜绞线120 81.90 8% 50 6.69 0.00 7.69
三个典型方案采用不同类型接地网的造价水平均为铜绞线接地网最高，镀铜钢绞线接地网造价居中，镀锌钢接地网的造价最低。不考虑年运维费用的情况下，铜绞线接地网的年费用最高，镀锌钢接地网的年费用最低，镀铜钢绞线接地网的年费用居中。在考虑运行费用的情况下，220kV户内变电站镀锌钢接地网的年费用与铜绞线接地网基本持平，镀铜接地网年费用最低。
实际工程中，接地体的价格受市场影响波动较大，应根据接地体当期的市场价格，通过全面的技术经济比较确定经济合理的接地材方案。对于占地面积较小的户内站中可优先考虑采用免维护的铜或镀铜材。
4降阻剂选择
工程实践证明，使用降阻剂是降低接地装置接地电阻的有效措施。最近随着降阻剂的成功应用，降阻剂的降阻效果已为人们接受。但目前降阻剂市场较为混乱，降阻剂的使用上也出现了一些问题。一些厂家出于商业目的，过分抬高降阻剂的降阻效果。对于降阻剂的使用主要有以下几方面问题：
(1)降阻剂的降阻效果问题。降阻剂的降阻效果是通过一定的设计方案和施工体现出来的，并非像某些厂家所宣传的，施加降阻剂即可把接地装置的接地电阻降低到百分之多少。因为接地装置的接地效果存在相互屏蔽的问题，施加降阻剂后该问题同样存在，这也是大型地网施加降阻剂效果不明显的原因。接地设计时，要最大可能减少屏蔽，正确施工，才能使降阻剂达到最理想的降阻效果，用最小的投资获取最大的经济效益。
(2)降阻剂对接地体的腐蚀问题。某些厂家为了强化降阻剂的降阻指标，往往加大降阻剂中的无机盐含量，如果无机盐品种选择不当或应用方法不当，会加速接地体的腐蚀。由于腐蚀会缩短接地装置的使用寿命，或在以后的时间内造成接地电阻迅速回升。对降阻剂的地网腐蚀问题应引起充分重视，认真对待，不使用对接地装置产生强烈腐蚀的降阻剂。
(3)稳定性和长效性问题。某些化学降阻剂由于含有大量无机盐类，在含水的土壤中迅速离解成导电的离子，并随水分迅速在土壤中渗透扩散，较快的改善土壤的导电性能，但不能保证其稳定性和长效性，特别在地势高的山区、丘陵和沙石、风化石土壤中，会随着雨水的冲刷而流失，使得降阻性能失效。
因此，在实际变电站工程中，首先应着力于科学合理地设计接地网，不能寄希望于降阻剂的使用。在充分对地网进行科学合理的设计基础上，仍无法达到接地电阻要求的，才能考虑使用降阻剂。降阻剂的选择和使用也必须慎重，一定要根据使用目的，使用场所的土质、地势和土壤状况，从降阻剂的电阻率、腐蚀率、稳定性和长效性以及对环境有无污染等几个方面，认真考虑，充分验证，合理地选用降阻剂。
降阻剂的种类较多，可分为化学降阻剂、物理降阻剂和稀土类降阻剂等，其中以化学降阻剂居多。化学降阻剂是以高分子有机化合物作为主要胶凝材料加上金属盐类物质作为电解质，在引发剂的作用下发生聚合反应生成的一种具有网状分子结构的高分子凝胶状导电物质，依靠包围于高分子网格中的电解质导电。化学降阻剂加入土壤中，不可避免对周围土壤和地下水环境造成一定影响。许多化学降阻剂中含有重金属成分和其他有毒物质，对环境会造成污染。绿色变电站强调对环境无污染、无影响、绿色环保，应要求禁止使用有污染的化学类降阻剂。
因此，变电站接地网中降阻剂的使用应遵循“科学设计、合理使用”的原则，尽量慎用、少用或不用降阻剂，尤其是含有重金属或其他有毒成分的化学降阻剂应禁止使用。
《变电站接地网材料和降阻剂的选择》
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文章名称： 变电站接地网材料和降阻剂的选择
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