拉西瓦水电站主坝接地网施工技术

　　[摘要]:本工程主要采用扁铜作为接地系统的主要材料，本文主要介绍采用接地扁铜的理由，焊接方法及对工程相关的技术要求和施工工艺。
　　[关键词]:接地扁铜，焊接方法，技术要求，施工工艺
　　
　　1、工程概况
　　拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡至青铜峡河段规划的大中型水电站中紧接龙羊峡水电站的第二个梯级电站。电站距上游龙羊峡水电站32.8km（河道距离），距下游李家峡水电站73km，距青海省西宁市公路里程为134km，距下游贵德县城25km，对外交通便利。
　　拉西瓦水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程的主要任务是发电。水库具有日调节能力。该工程由混凝土双曲重力拱坝（坝高248m）、坝后水垫塘及二道坝、坝身泄洪表孔深孔底孔及右岸地下厂房主变开关室组成。大坝建成后将形成10.79亿m3的水库，电站装机容量4200MW（6×700MW）。
　　拉西瓦水电站主坝接地系统主要由接地扁铜（主要由30×5和40×5两种扁铜组成）、接地极、降阻剂，接地扁钢等组成。
　　2、拉西瓦水电站主坝接地主材采用接地扁铜的原因
　　拉西瓦水电站处于高寒地区，由于地质土壤属高电阻率土壤，导电性能较差；其次考虑水电站的使用寿命周期长，以及接地系统导流量等方面的综合指标经实验论证后，拉西瓦水电站主坝接地系统采用导电率较好的接地扁铜作为拉西瓦水电站的主要接地材料，主要采用的扁铜尺寸（规格）为30×5及40×5两种，扁铜的用量相比较而言占工程总数的95%以上。
　　3、各种焊接方法的特点比较及拉西瓦接地焊接采用的方法
　　材料的焊接方式主要有熔焊、压力焊及钎焊等。其中除压力焊外，其他焊接方法均可用于接地系统中不同材料之间的焊接。各种焊接方法的主要特点如下：
　　3.1熔焊
　　熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件两工件连接成为一体。熔焊方式除电焊、气焊外，放热焊接也是熔焊方式的一种，自开发以来，已广泛应用于机电、化工等多个行业。一般而言，在经济方面，放热焊接比普通焊接方法贵一些。但是在施工完后，如果钎焊质量不能满足要求时，要对接续点进行返工将是非常麻烦的，而放热焊接则相对成功率比较高且寿命长。放热焊接方法具有以下特点：
　　接头的放热稳定性方面：用于接地铜导体的焊剂为铜基合金（如CADWELD焊料F20含有3%左右的锡）。IEEE标准（1991年版）《交流变电站接地安全性守则》称“放热焊接如正常的话，它就是一条直线”。焊接接头的寿命，其本质就是在特定环境下的耐腐蚀问题，应必须予以关注。国际上这方面的介绍很难见到，只能根据实际情况推断如下：根据制造厂提供的相关数据，焊料的成份接近锡青铜（锡青铜的含量为3.5%~8%），其腐蚀性应与锡青铜相仿，即其寿命应当不低。为减少接地网的接头数量，同时降低放热焊接的施工成本，宜优先采用铜绞线。
　　3.2钎焊
　　钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而事项焊接的方法。影响材料、钎焊性的首要因素就是材料本身的性质。例如Cu和Fe的钎焊性好；AL的表面氧化物非常致密稳定而难于去除，因而铝的钎焊性差。
　　3.3焊接方法的初步比较
　　考虑到本工程主要还是铜材焊接，下面对铜钎法和放热焊接法进行初步比较，详见表3-1。
　　表3-1
　　
　　序号 铜钎焊法 放热焊接法
　　1 铜与铜的钎焊性较好，是一种古老的焊接方法在经过一定的表面清理和采用钎剂或气保护条件下，在钎料的表面上就会应有很好的铺展性和填缝性，可获得很高的钎透率 放热焊接是一种反应性较好的金属来还原另一种金属或金属氧化物的过程。
　　2 焊件表面要在80~90度的10%NAOH水溶液中洗8~10分钟，然后在清水中洗干净。 放热反应的一般公式：
　　3CU2O+2AL--->6CU+AL2O3+热量（2537度）
　　3 焊件表面氧化膜清除要用H2SO412%，NACO31~3%,H2O余量在20~70度以下侵蚀，然后用清水洗干净。 采用放热焊接件具有可靠的稳定的电阻性能，可广泛地应用与对电阻性能要求较高的连接部件上。
　　4 装配间隙由于所用的钎料大都具有良好的铺展性和填缝性，故要求装配间隙一般尽量小些。在使用软钎料时的间隙为0.05～0.0.3㎜，硬钎料时的间隙为0.02～0.2㎜。 采用放热焊接可以应用在对有耐腐蚀性要求的焊接件中达到较为理想的效果，该工艺已在美国的高压传输瓦斯和石油管道上获得广泛应用，并取代了①钎焊；②螺栓固定连接。③卷边连接；④周边加压连接。
　　5 适用于一些强度要求较高的零部件连接，如仪器、仪表、电子产品中常用该方法焊接。 放热焊接可用于连接和瞬时大电流的较大连接器焊接，导线与钢结构之间的连接。
　　6 钎焊后必须仔细清洗干净，有机钎剂的活性较弱，残渣腐蚀性较弱。 焊接点的载流能力与导线的载流能力相等。所以是永久性的不会老化，不会松脱。
　　7 接头的强度较低，塑性较差，电导率降低，使用银基钎料价格贵。 焊接点不受腐蚀性产物的影响，焊接点经受多次反复的大浪涌电流也不会退化。
　　8 未焊透大部分发生在接头的根部，坡口边缘和角焊缝的根部、顶部。 焊接方法简单，操作容易，使用焊材简单，无需外接电源或热源。
　　序号 铜钎焊法 放热焊接法
　　9 处于高温（800度）以上状态的铜合金焊件在受到外界的振动或冲击时，往往会出现裂纹（有纵向裂纹、横向裂纹、熔合线裂纹和弧坑裂纹） 焊接质量好，一次合格率高，可用于铜、铜合金、镀铜钢、合金钢、不锈钢及高阻加热热源等材料。放热焊接接头共可承受1083度，钎焊为450度。
　　
　　4.焊接方法
　　4.1方法介绍
　　本工程接地网的主要接地材料为铜材，为了充分利用自然接地体以降低整个接地网的接地电阻，即在接地系统的材料连接方式，除铜材与铜材之间的焊接外，还存在铜材与钢铁材料之间的连接问题，即存在异种金属组合问题。
　　根据不同的焊接特点分别有：
　　钢材与钢材之间的焊接，采用电焊、气焊均可；铜材与钢才之间的焊接，可采用熔焊方式，如担心对结构件产生强度、刚度影响，采用钎焊亦可。
　　铜材与铜材之间的焊接均采用火泥熔接放热式焊接方法，拉西瓦水电站主坝接地系统多采用此焊接方法。
　　4.2放热焊接基本要求
　　焊接接头是否合格，一般要求从导电性、防腐蚀性、通流量、机械强度方面的考验。IEEE837-1989用于变电站接地永久连接合格检验标准提出了合格接头的实验方法及规定，放热焊接粉供应商一般应提供测试报告。在具体施工中，一般只能根据目侧判断，因此要求：
　　⑴、在施工现场应进行操作培训，直至熟练程度；对不同型式接头，分别做几只样品，锯开来看效果，以便发现操作过程中不当之处。
　　⑵、对焊好的接头，用人力拉几次，目测外观，不合格的应重做。
　　⑶、有条件时，测量接头电阻，与同样长度的完整导体的电阻值比较，不超过1.1倍为合格。
　　5.火泥熔焊的特点和原理
　　5.1.工艺原理
　　放热焊接是通过氧化铜的化学反应，产生液态高温铜液和氧化铅的残渣并利用放热反应所产生的高温来实现性能电气熔接工艺。放热焊接适用于铜、钢、铁及铁合金等同种或异种材料的电气连接，它无需任何外加的能源和动力。
　　放热焊接的反应方程式：3CU2O+AL=6CU+AL2O3+ 热量（温度可达2537度或4600度以上）.
　　5.2放热焊接所需的主要模具及附件
　　A、放热焊接模具（有十字、T型、一字专用模具）
　　B、放热焊接专用焊粉
　　C、工具箱
　　5.3放热焊接的要点：
　　要点：驱除水气→清洁被溶接物→清洁模具。
　　除以上三项外还应对药粉进行妥善保存，另外还需要对药粉及模具有对应性否则会影响熔接质量。
　　放热焊接使用前的准备工作：在熔接之前清洁连接表面。除去表面的水、油、污渣等。对有附着物的表面使用砂轮，粗铁刀等工具清洁然后
　　使用前先加热模具清洁模具，调整模具使用前的
　　最佳状态（闭镀等）。
　　5.4施工优缺点及经济比较
　　通过主坝接地系统的施工实践，表明拉西瓦水电站接地焊接的优缺点总结如下：
　　优点：
　　⑴ 操作简单，使用方便；
　　⑵ 实际可操作性能强，操作人员普及使用率高；
　　缺点：
　　⑴ 限制性较大，只能在符合其相对湿度，温度及施工场地干燥度满足要求的情况下，焊接质量才能达到质量要求；
　　⑵模具的使用损坏率高，且价格较高；
　　前期施工时由于母材长度的限制，加大了接头焊接量和模具的使用率，因而药粉的用量也随之较大。随着施工的继续实践，进货的单长从9米整到30米，减少了接头的药粉量，为主坝的成本控制起到了积极的作用。而模具的使用也较频繁，模具的费用也较高，损坏率也随使用的次数随之增大（模具设计使用次数为80次），而实际施工当中只能用50次左右。
　　6.结语
　　通过本工程的技术实践和理论知识的总结，为以后其它工程的施工提供了宝贵的技术支持和实践施工技术支持。也为以后其它工程的施工积累了宝贵的经验。

《拉西瓦水电站主坝接地网施工技术》

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