牺牲阳极保护法在郸城赵寨110kV变电站接地网中的应用

苏亚洲

【摘要】郸城赵寨110kV变电站建设的最终规模为:主变容量2×40MVA、110kV进出线4条、35kV进出线6条,站内占地面积4095m²。由于变电站处于工业园区附近,地势低洼,土壤对接地体有较强的腐蚀性,因此对接地装置的地下部分采用牺牲阳极保护法,以延长接地网的使用寿命。

【关键词】牺牲阳极保护法 接地网

一、目的和标准

1.主接地网接地装置的工频接地电阻不大于0.5Ω,独立避雷针的冲击接地电阻不大于10Ω。

2.接地装置的使用寿命不少于20年。

二、依据规范、规程

1.DL/T621—1997《交流电气装置的接地》

2.DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

3.GB50169—92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

4.SY/T0019—97《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》

5.电力工程电气设备设计手册》(电气一次—接地装置)

6.土壤电阻率ρ_f(根据当地土壤实际测量)

三、接地网的整体要求

1.接地网工频接地电阻

R=2000/I;

式中:I-入地短路电流。

2.接地装置跨步电压和设备接触电压允许值

U_s=(174+0.7ρ_f)/ √t

U_t=(174+0.17ρ_f)/ √t

式中:U_s—地面跨步电压允许值,V;

U_t—设备接触电压允许值,V;

ρ_f—地面土壤电阻率

t—接地短路(故障)电流持续时间,S按1S取。

3.设备保护接地:对站内变压器中性点、充油设备和避雷器、进出线架构,要实行“双接地”,并与水平地网的两个不同点相连接,每根接地引下线均应符合热稳定的要求

4.雷电保护接地:要在独立避雷针下加装3—5根垂直接地极

5.主接地网的接地布置和连接

(1)电缆沟的接地布置和连接

①沿电缆沟内敷设均压带,与主网距离1米左右,并每隔8米与地网主干线可靠的连接一次。

②一次设备的接地引下线不得与电缆沟接地带(均压带)连接,也不宜悬空穿越电缆沟。

(2)控制室、通讯室、高压室、主变压器等的接地设计、布置和连接

①主控室、通讯室、高压配电室、主变压器等四周采用环形接地网,这些接地网与主地网之间的相互连接不应少于两处。各主要分接地网之间宜多处连接。

②高压室穿墙套管的接地宜在室外,且每组套管的接地线都要引至主干线。

③进室接地线应在地面以上300mm处穿墙。

(3)避雷针及其接地装置的接地设计、布置和连接

①独立避雷针附近应设单独的集中接地,与主接地网地中距离不小于3米,接地电阻不大于10欧。

②为加强分流,站内接地装置应与线路的架空地线相连。

③配电装置架构避雷针的接地应与主接地网相连。由连接点至变压器接地点沿接地极的长度应不小于15米。

(4)地网采用方孔均压地网,改善地网电位分布,以减少地面的跨步电压和设备的接触电压

(5)接地网外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧半径不宜小于均压带距的一半

(6)接地网埋深0.8米

四、接地网参数的计算与校核

1.设计接地网的工频接地电阻

R_n=0.5ρ/√S

其中:S—站内设计水平接地网的总面积,m²

ρ_f—土壤电阻率,Ω•m

计算结果要求小于要求值0.5Ω。

2.地面的跨步电压和设备的接触电压校核

(1) 设计接地网的地表面最大接触电位差校核:

接地装置的电位U_g=I×R_n

接地网地表面的最大接触电位差U_tmax=K_tmax×U_g

其中:最大接触电位差系数K_tmax=K_d×K_L×K_n×Ks

Kd=0.841-0.225lgd,Kn=0.076+0.776/n,Ks=0.234+0.414lg(√S),KL =1.0

(2)设计接地网的地表面最大跨步电位差校核

变电站地表面的最大跨步电位差U_smax=K_smax×U_g

其中:最大跨步电位差系数K_smax计算公式如下:

要求计算的U_tmax、U_smax值均小于对应的U_t、U_s值。

3.设计接地网的热稳定校核:

接地线和接地引下线,尤其是站内的水平接地网,不考虑腐蚀时,接地线的最小截面应符合下式要求:

Sg≥(Ig/C)*√te

式中:Sg—接地线的最小截面

Ig—接地短路电流稳定值

te—短路的等效时间,取1S;

C—接地线材料的热稳定系数,钢接地体取70;

用牺牲阳极保护时,碳钢的腐蚀率最大值为0.01mm/年,对65×6扁钢,30年后的扁钢截面积

S₁= (65-0.01×30)×(6-0.01×30)=64.7×5.7 =368.8mm²

取埋地碳钢的自然腐蚀速度为0.1mm/年,15年后的腐蚀为:0.1×15=1.5mm

15年后的扁钢截面积

S₂= (64.7-1. 5)×(5.7-1. 5)=265mm²

取接地短路电流Ig为14785A, 短路的等效时间te为1秒,根据热稳定的要求, 接地线的最小截面积Sg

Sg≥(Ig/C)*√te=14785/70*√1 =211mm²

C—接地线材料的热稳定系数,钢接地体取70;

∵265mm²≥211mm²

∴ 水平接地极和接地线可选用65×6热镀锌扁钢,接地装置设计寿命为45年。

4.牺牲阳极保护地网的取材

(1)垂直接地极

∠50×5等边角钢,98根,长=98×2.5=245m

每根表面积为0.525 m²,总面积为51.5 m²

(2)65×5扁钢水平接地极

总长为1400米,总表面积为198.8 m²

(3)(水平+垂直)接地极表面积为198.8+51.5=250.5 m²

(4)镁合金牺牲阳极选用MAZ1-2套装组合件

A、根据该变电站的地质和土壤电阻率,取保护电流密度12mA/ m²,电流强度I

I=0.012A/ m²×250 m²=3A

B、需阳极块的重量W₀

W₀=IT(365×24)/(0.55×A_h)

= 3×30×(365×24)/(0.55×1100)=1303.21Kg

A_h=1100Ah/Kg,阳极电流效率为55%。

C、需阳极块数

设每块镁合金阳极块重11Kg,则块数n

n=1303.2/11=118.5≈119块

D、独立避雷针2个,每个需2块阳极,共需4块。

E、测试桩2支,每个需1块阳极,共需2块。

F、共需阳极块119+4+2=125块。

5.测试桩

在变电站的110kV和35kV配电装置区各埋设一支测试桩,以便测试阳极参数。

五、接地装置施工要求

1.站内接触电位差超过规定值,因此在操作机构前后1m内地面铺设15cm厚混凝土,使接触电位差满足要求。

2.电气设备每个接地部分应以单独的接地引下线与地网主干线相连接,严禁在一个接地引下线中串接几个需要接地的部分。

3.接地引下线及主网的所有连接点不得采用点焊或螺栓连接。扁钢搭焊长度应不小于其宽度的两倍并三面焊接;所有焊接点均应经防腐处理。地面以上的焊接处,刷银粉漆;地面以下及电缆沟内接地线的焊接处,刷防腐漆。

4.室外架构接地线当地面上长度超过8m,且中间无紧固点时,应每隔4m左右用一卡环固定,以确保接地扁铁牢固地紧贴在砼线杆表面。

5.设备接地引下线应远离设备的辅助开关和二次控制回路,室内平行布置的应远离300毫米以上,室外架构上布置的应尽量不同杆或同杆背向布置,控制箱应外附接地线并可靠接地。

6.不得利用水泥架构内的钢筋作为接地引下线,应外敷明线与地网连接;上下层布置的变电站其上层亦应有明显的接地引下线与地网连接。

7.电缆外皮不能用作接地引下线。

8.设备的接地引下线与地网可靠的焊接在一起,焊口要刷防锈漆进行处理,接地线地面以上1.2米应刷黄、绿相间的色标漆,全站统一规格。

9.在接地线引向建筑物的入口处的墙壁上,各刷一块(150mm×150mm)白色底漆,中间标以黑色符号“”。

10.对站内变压器中性点、充油设备和避雷器,要实行“双接地”,并与地网的两个不同点相连接,每根接地引下线均应符合热稳定的要求;电气主设备为单相架构式或落地式时,每相应单独接地,当为三相架构式时,可每组只设两根引下线,与地网的两个不同点相连接,每根接地引下线均应符合热稳定的要求。

11.全站所有运行电气设备的金属构件、围栏及爬梯均应可靠接地。

12.根据需要,应在适当的位置,焊接接地螺栓,以方便在以后的运行和检修工作时供连接临时接地线用。

13.利用避雷针构架装设照明灯时,电源线必须采用有金属外皮或穿在金属管中的导线,沿构架引下后直埋地中10米以远,才允许与35千伏及以下配电装置的接地网及低压配电装置相连。

14.所有接地引下线、水平接地极和垂直接地极均需热镀锌。

15.按照便于检查的要求,宜在接地网的两条主干线的网格交叉点上作标记。混凝土地面上打接地符号,草坪上用100×100×300(mm)混凝土标桩做标记。

16.变电站内的接地网要严格按设计图纸放线、定位,开挖水平接地沟槽。

17.水平接地沟槽开挖好后要进行尺寸验收,合格后,首先在设计有垂直接地极处的沟底,打入垂直极;然后铺入水平接地体,并进行可靠的焊接。

18.回填时,一定要回填细土并分层夯实,不得回填其它杂物,更不允许有腐蚀性的材料回填。