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接地是把设备的某一部分通过接地装置同大地联接起来,电力系统的接地具有工作接地、保护接地和防雷接地三项功能。接地装置是电站非常重要的组成部分,接地装置的好坏直接影响电站的正常运行。
腐蚀会对接地装置造成安全隐患,严重时还会造成事故,对系统的安全和稳定运行产生巨大影响。因此对于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。
一、接地装置腐蚀的原因
接地装置的腐蚀严重程度与导体周边环境有关。从宏观上讲,接地导体的腐蚀可分为大气腐蚀、土壤腐蚀和海水腐蚀三种,它们都属于电化学腐蚀。大气腐蚀是指金属暴露在空气中发生的一种液膜下的腐蚀,土壤腐蚀是指土壤中的水分、盐分和溶解气体对接地极的腐蚀,海水腐蚀是指海水中的盐类、溶解气体、海洋生物等有机物质对地极的腐蚀。
从微观上讲,接地装置的腐蚀机理可分为化学腐蚀和電池作用两种。化学腐蚀是指接地装置金属表面与非电解质直接发生的纯化学反应而引起的腐蚀,腐蚀时无电流产生。化学腐蚀与环境温度、环境中的化学物质含量及空气湿度有关。环境温度越高,化学腐蚀就越快;空气湿度越大,化学腐蚀就越严重。电池作用(又称电化学腐蚀)是指金属材料在潮湿土壤的电解质中形成的原电池效应。其腐蚀过程由阴极反应(氢化)和阳极反应(还原)组成,分别形成析氢腐蚀过程和吸氧腐蚀过程。电池作用的强弱主要与电解质溶液中的H+和O2的浓度有关,H+和O2的浓度越大,其电化学腐蚀速度越快。
电网多起接地装置扩大事故的主要原因是接地装置热容量严重不足造成,究其原因:有的因腐蚀造成,有的因设计、施工不当造成;在工程中,接地装置容易发生腐蚀的主要原因有下面几点:(1)设备接地引下线及其部分连接件常年暴露在空气中,处于大气腐蚀环境。(2)接地极大多采用再生钢材,杂质多,容易发生电偶腐蚀。(3)接地装置安装在偏酸性土壤、风化石土壤或沙质土壤等腐蚀性强的介质中,土壤中水分和盐分较多,容易发生电化学腐蚀。(4)一些化学降阻剂含有大量无机盐类,具有较强的腐蚀性,加速了接地极的电化学腐蚀作用。(5)施工工艺和质量不合格。例如:接地极埋深不够,而上层土壤中由于O2含量较多,加快了吸氧腐蚀;回填土没有使用细土回填,而是使用沙子、碎石和建筑垃圾等回填;对焊接头和接地引下线没有进行防腐蚀处理,并存在虚焊、假焊现象,致使焊接头腐蚀造成接地网断裂。
二、接地装置的防腐蚀措施
接地装置的防腐蚀措施有多种,但必须综合考虑和利用,主要包括以下几种。
1.避免选择能产生腐蚀性物质的场所
接地装置的铺设地点的选择要远离强腐蚀性或污染严重的地方,在土壤中含有电解时能产生腐蚀性物质的地方,不宜敷设接地装置;并要避开透气性较强的风化石和沙石地带,在这些场所不但降阻困难,而且还因为氧的强渗透性很容易造成接地装置的腐蚀。确实无法避开这些场所时,可采取外引式接地装置或改良土壤的措施。
2.选择适宜的导体材料
接地装置宜采用钢材,应避免使用不同的金属材料,以免产生电偶腐蚀。现大多采用镀锌钢材。可能有腐蚀现象出现的地区,则应加大接地极截面,采用热镀锌材料、铜材或其他复合材料,采用沥青或油漆等防腐涂料,采取阴极保护等措施。
热镀锌钢材的缺点是存在点蚀,且点蚀速度比年平均腐蚀值高几倍,地网一般7~8年便腐蚀断。尽管可以进行抽样开挖检查,但由于一般接地装置具有地网大,引下线数量多的特点,很难保证及时检查到。电站及电网多次接地装置事故已经说明,镀锌钢接地装置可靠性差。
铜材则不存在点蚀,属于缓慢的均匀腐蚀材料,只要坚持定期抽样开挖检查,完全可以避免由接地装置锈断或热稳定能力不够所造成的事故。
腐蚀比较严重的地区,当无法或不易开挖维修且对接地装置的使用寿命要求很高时,应优选铜材。由于铜材接地极具有:耐腐蚀性能和热稳定性优于钢材,铜接地装置技术成熟、施工简单、运行维护量小、对设备和人身安全更加有利等优点,美洲及欧洲等许多国家都一直采用铜接地极。铜接地极近年来在我国也越来越多地被采用,并已经成为接地装置材料选用的发展趋势。
3.严格控制施工工艺
对接地装置的防腐从设计到施工严格控制,严格按照国家相关标准执行,设计方面在计及腐蚀影响后,接地装置的设计使用年限应与地面工程的设计使用年限相当,接地导体的材料、最小截面都必须即符合机械强度的要求又符合防腐蚀的要求;在腐蚀严重地区,采用热镀锌材料,并采取适合当地条件的防腐蚀措施。施工方面除接地极外,接地极引出线的垂直部分和接地装置焊接部位都应作防腐处理;接地极敷设完后的回填土内不应夹杂石块和建筑垃圾等,回填土一定要回填细土并分层夯实。外取的土壤不得有较强的腐蚀性。此外,接地装置也应严格按标准埋深,从而减缓腐蚀速度。
为防止电偶和缝隙腐蚀,接地导体的连接应采用焊接,避免使用螺栓连接和压接。焊接工艺首选放热焊。
4.土壤性能的改善
性能优良的降阻剂具有稳定的化学性能,具有改善土壤性能,延缓金属腐蚀的作用,不但对金属无腐蚀作用,而且还能保护金属不受腐蚀。性能优良的降阻剂呈弱碱性,降阻剂浆料能够在24h内完全凝固,对金属电极形成固体的保护层,可以阻隔土壤中腐蚀液体的浸入。
5.阴极保护法
阴极保护法是防止金属腐蚀的一种特殊措施,它是指在金属表面通以足够大的阴极电流,进而防止表面电化学腐蚀的一种方法。该方法可通过牺牲阳极法或外加电流法实现,具有保护效果好、保护周期长、施工方便等优点,一般只在沿海地区和土质、土壤腐蚀性较强的地区的规模较大的接地工程中采用。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。
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,因而应引起足够的重视。对接地装置的防腐问题只有从选材、设计、施工、运行、维护等多方面把关,才能做好接地防腐工作,才能有效地减小接地装置腐蚀造成的损失。
腐蚀会对接地装置造成安全隐患,严重时还会造成事故,对系统的安全和稳定运行产生巨大影响。因此对于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。
一、接地装置腐蚀的原因
接地装置的腐蚀严重程度与导体周边环境有关。从宏观上讲,接地导体的腐蚀可分为大气腐蚀、土壤腐蚀和海水腐蚀三种,它们都属于电化学腐蚀。大气腐蚀是指金属暴露在空气中发生的一种液膜下的腐蚀,土壤腐蚀是指土壤中的水分、盐分和溶解气体对接地极的腐蚀,海水腐蚀是指海水中的盐类、溶解气体、海洋生物等有机物质对地极的腐蚀。
从微观上讲,接地装置的腐蚀机理可分为化学腐蚀和電池作用两种。化学腐蚀是指接地装置金属表面与非电解质直接发生的纯化学反应而引起的腐蚀,腐蚀时无电流产生。化学腐蚀与环境温度、环境中的化学物质含量及空气湿度有关。环境温度越高,化学腐蚀就越快;空气湿度越大,化学腐蚀就越严重。电池作用(又称电化学腐蚀)是指金属材料在潮湿土壤的电解质中形成的原电池效应。其腐蚀过程由阴极反应(氢化)和阳极反应(还原)组成,分别形成析氢腐蚀过程和吸氧腐蚀过程。电池作用的强弱主要与电解质溶液中的H+和O2的浓度有关,H+和O2的浓度越大,其电化学腐蚀速度越快。
电网多起接地装置扩大事故的主要原因是接地装置热容量严重不足造成,究其原因:有的因腐蚀造成,有的因设计、施工不当造成;在工程中,接地装置容易发生腐蚀的主要原因有下面几点:(1)设备接地引下线及其部分连接件常年暴露在空气中,处于大气腐蚀环境。(2)接地极大多采用再生钢材,杂质多,容易发生电偶腐蚀。(3)接地装置安装在偏酸性土壤、风化石土壤或沙质土壤等腐蚀性强的介质中,土壤中水分和盐分较多,容易发生电化学腐蚀。(4)一些化学降阻剂含有大量无机盐类,具有较强的腐蚀性,加速了接地极的电化学腐蚀作用。(5)施工工艺和质量不合格。例如:接地极埋深不够,而上层土壤中由于O2含量较多,加快了吸氧腐蚀;回填土没有使用细土回填,而是使用沙子、碎石和建筑垃圾等回填;对焊接头和接地引下线没有进行防腐蚀处理,并存在虚焊、假焊现象,致使焊接头腐蚀造成接地网断裂。
二、接地装置的防腐蚀措施
接地装置的防腐蚀措施有多种,但必须综合考虑和利用,主要包括以下几种。
1.避免选择能产生腐蚀性物质的场所
接地装置的铺设地点的选择要远离强腐蚀性或污染严重的地方,在土壤中含有电解时能产生腐蚀性物质的地方,不宜敷设接地装置;并要避开透气性较强的风化石和沙石地带,在这些场所不但降阻困难,而且还因为氧的强渗透性很容易造成接地装置的腐蚀。确实无法避开这些场所时,可采取外引式接地装置或改良土壤的措施。
2.选择适宜的导体材料
接地装置宜采用钢材,应避免使用不同的金属材料,以免产生电偶腐蚀。现大多采用镀锌钢材。可能有腐蚀现象出现的地区,则应加大接地极截面,采用热镀锌材料、铜材或其他复合材料,采用沥青或油漆等防腐涂料,采取阴极保护等措施。
热镀锌钢材的缺点是存在点蚀,且点蚀速度比年平均腐蚀值高几倍,地网一般7~8年便腐蚀断。尽管可以进行抽样开挖检查,但由于一般接地装置具有地网大,引下线数量多的特点,很难保证及时检查到。电站及电网多次接地装置事故已经说明,镀锌钢接地装置可靠性差。
铜材则不存在点蚀,属于缓慢的均匀腐蚀材料,只要坚持定期抽样开挖检查,完全可以避免由接地装置锈断或热稳定能力不够所造成的事故。
腐蚀比较严重的地区,当无法或不易开挖维修且对接地装置的使用寿命要求很高时,应优选铜材。由于铜材接地极具有:耐腐蚀性能和热稳定性优于钢材,铜接地装置技术成熟、施工简单、运行维护量小、对设备和人身安全更加有利等优点,美洲及欧洲等许多国家都一直采用铜接地极。铜接地极近年来在我国也越来越多地被采用,并已经成为接地装置材料选用的发展趋势。
3.严格控制施工工艺
对接地装置的防腐从设计到施工严格控制,严格按照国家相关标准执行,设计方面在计及腐蚀影响后,接地装置的设计使用年限应与地面工程的设计使用年限相当,接地导体的材料、最小截面都必须即符合机械强度的要求又符合防腐蚀的要求;在腐蚀严重地区,采用热镀锌材料,并采取适合当地条件的防腐蚀措施。施工方面除接地极外,接地极引出线的垂直部分和接地装置焊接部位都应作防腐处理;接地极敷设完后的回填土内不应夹杂石块和建筑垃圾等,回填土一定要回填细土并分层夯实。外取的土壤不得有较强的腐蚀性。此外,接地装置也应严格按标准埋深,从而减缓腐蚀速度。
为防止电偶和缝隙腐蚀,接地导体的连接应采用焊接,避免使用螺栓连接和压接。焊接工艺首选放热焊。
4.土壤性能的改善
性能优良的降阻剂具有稳定的化学性能,具有改善土壤性能,延缓金属腐蚀的作用,不但对金属无腐蚀作用,而且还能保护金属不受腐蚀。性能优良的降阻剂呈弱碱性,降阻剂浆料能够在24h内完全凝固,对金属电极形成固体的保护层,可以阻隔土壤中腐蚀液体的浸入。
5.阴极保护法
阴极保护法是防止金属腐蚀的一种特殊措施,它是指在金属表面通以足够大的阴极电流,进而防止表面电化学腐蚀的一种方法。该方法可通过牺牲阳极法或外加电流法实现,具有保护效果好、保护周期长、施工方便等优点,一般只在沿海地区和土质、土壤腐蚀性较强的地区的规模较大的接地工程中采用。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。
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,因而应引起足够的重视。对接地装置的防腐问题只有从选材、设计、施工、运行、维护等多方面把关,才能做好接地防腐工作,才能有效地减小接地装置腐蚀造成的损失。