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杨道武,李景禄
(长沙理工大学,湖南长沙　410077)
摘　要:讨论了接地装置的腐蚀环境和易发生腐蚀的部位;分析了接地装置腐蚀的原因、机理及危害;介绍了加入GPF294高效膨润土降阻防腐剂等防止接地装置腐蚀的措施及其适用场所。
关键词:接地线;接地体;接地装置腐蚀;接地装置防腐措施

1　引言

接地装置如长期处在地下或阴暗、潮湿的环境中,则最容易发生腐蚀。由于接地装置的腐蚀会极大的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。笔者曾对河南省某地的6座110kV变电所和2座发电厂的设备接地进行了检查,结果发现有146处设备接地与地网不通[1],其中最为严重的是某110kV变电所的110kV避雷器、互感器间隔和35kV的避雷器、互感器间隔与地网不通,还有一座发电厂的主变压器与地网不通。另有一座110kV变电所接地网断裂成若干小网。最后检查原因是接地线因腐蚀断裂而造成的。另外还发现不少输电线路杆塔接地引下线因腐蚀而发生开断现象。因腐蚀断裂造成一些设备“失地”,特别是一些主设备和防雷设备“失地”会造成严重后果,会使防雷设备失去作用,会在接地短路故障发生时,使局部电位升高,高压向低压反击,使事故扩大。前述某变电所就曾因避雷器间隔“失地”而多次发生雷害事故。某电厂也曾因油开关的接地引线锈蚀开路,而在开关发生接地短路时,高压向低压反击,使电缆沟内的控制电缆和保护电缆着火,发展成瘫痪性的事故。因
而对接地装置的腐蚀问题必须认真对待,并采取切实可行的防腐措施进行防护。

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
接地装置的腐蚀环境主要分为两种:(1)大气腐蚀;(2)土壤腐蚀。大气腐蚀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　接地装置容易发生腐蚀的部位及其原因
接地装置容易发生腐蚀的部位主要有:①设备接地引下线及其连接螺丝;②各焊接头;③电缆沟内的均压带;④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,引起腐蚀的原因主要为电化学腐蚀,但以吸氧腐蚀为主,在一些工业污染严重的场所,如在有害气体存在的场所,还存在化学腐蚀。据我们检查,大多数设备与地网不通的原因都是接地引下线
腐蚀断裂。
接地体的腐蚀原因是多方面的,大致归纳为以下几个方面。
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　防止接地装置腐蚀措施
对接地装置的防腐问题,笔者从1987年起进行了大量的研究、试验和探索,现在对可埋入地中的水平和垂直接地体已研制出了GPF294降阻防腐剂,且已在大量的接地工程中得到了成功的应用,有些工程经过10年多的考验,证明了其良好的防腐效果。
3.1　GPF-94高效膨润土降阻防腐剂的防腐机理
GPF294高效膨润土降阻防腐剂的防腐机理,主要是利用钙基膨润土本身的特性[3],在研制时加入了一定比例的无机缓蚀剂、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。经试验,该降阻剂对钢接地体的平均年腐蚀率≤010035mm?年。
3.2　工程应用情况
3.2.1.　某微波站接地装置防腐处理
某微波站位于河南与湖北两省交界的山上,海拔700多米,微波站所处位置为风化石土壤,土壤电阻率13008?m,微波站建成后接地装置的接地电阻为188,由于山上为国家森林公园,土壤显酸性,pH值为415,风化石土壤透气性好,含氧量高,因
而对钢接地体造成了严重的腐蚀。为了降低接地电阻,在1988年以前曾先后进行了3次降阻改造,但改造效果都不稳定,其主要的原因就是接地体的迅速腐蚀,一般<12mm的圆钢,2年以后就腐蚀掉一半,3年后就曾因腐蚀造成断裂,10kV充油铠装电
缆的金属铠装,不到3年,金属铠装就全部腐蚀烂掉,由于腐蚀也造成了接地装置的接地电阻迅速回升。1988年我们使用GPF294高效膨润土降阻防腐剂进行改造,用降阻剂包围在水平和垂直接地体的四周,使用降阻剂30t,接地装置的接地电阻从178降到2168,3年以后逐渐下降到2128,最后稳定到2108。这次改造的最大成功是彻底的解决了接地装置的腐蚀问题,该接地装置在1988年5月改造后,至今已经过14年,经开挖检查,接地体没发生任何腐蚀,至今完好如新,接地体表面还生成了一层白色的钝化膜。
3.2.2.　某110kV变电所接地防腐处理
某110kV变电所,位于一个小山包上,土壤结构为风化石片岩,土壤电阻率为24008?m,土壤pH值为612,这种土壤对钢接地体的腐蚀率为:扁钢(011～012)毫米?年,圆钢(013～014)毫米?年。如不采取措施,40mm×4mm的扁钢,10年以后将被完全腐蚀掉。为了防止接地体腐蚀和有效降低工频接地电阻,笔者采用GPF294高效膨润土降阻剂进行处理,即在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,至今已有10年,接地体经开挖检查没发生任何腐蚀,40mm×4mm的扁钢至今完好如新,接地电阻稳定在01308。

3.2.3　某110kV变电所降阻防腐改造

某110kV变电所位于大别山腹地的一座推平的小山包上,土质为响沙土壤,土壤电阻率为1300Ω°m,1991年开挖检查发现接地体锈蚀严重<8mm的圆钢直径已不足4mm,且有多处焊接头腐蚀断裂,使设备处于“失地”状态。接地电阻为2.9Ω,
1991年我们使用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,至今已有11年的时间,接地体到目前还完好如新,接地电阻稳定在0.45Ω。

1991年前后我们还成功地解决了近10座发电厂、变电所接地装置的降阻防腐问题。经河南省电力局有关部门进行开挖检查其防腐效果都非常好。另外在安徽、江西、广东、湖北、江苏、浙江、四川、山东、河北等地接地装置的降阻防腐问题上都得到成功的应用[2～3]。

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清漆或防锈漆,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稳患,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。