放热焊技术在菲律宾电网接地施工中的应用

龚 宁

（上海送变电工程公司，上海 200235）

0 引言

菲律宾位于亚洲的东南部，是一个群岛国家，属季风型热带雨林气候，具有温度高、降雨多、湿度大、多台风的气候特点。鉴于菲律宾的气候条件、地网内的电流密度分布、以及土壤电阻率等因素影响，菲律宾国家电网规程要求，所有变电站的接地网使用在耐腐蚀性、安全性、电气性能、施工便利等方面，较钢接地有明显优势的铜金属接地。

接地系统长期、安全、可靠运行的关键，在于品质好的接地材料和可靠的连接，放热焊接连接与其他常规连接方式相比，可确保连接面为分子结合，无腐蚀，无松弛，并且放热焊接操作简单、焊接速度快，焊点外型美观，接头的耐腐蚀性好、电阻低、连接牢固可靠。因此，放热焊接技术在电站接地网工程中得到广泛应用。

1 两种接地体连接方式比较

1）导电性 铜接地体的导电性能要比钢接地体好，当接地体截面相同时，铜材的热稳定性更好，这是因为铜绿保护铜材的缘故。而钢材被逐层腐蚀，虽然镀锌层具有抗蚀性，但作用非常有限。铜材在土壤中的腐蚀速度，大约是钢材的0.1～0.02。由于钢接地网耐蚀性差、维护成本高、容易发生接地网蚀穿事故，所以采用镀铜材料制作接地体已经成为首选。

2）耐蚀性 铜材的耐蚀性是钢材的10倍以上，是镀锌钢的3倍以上。铜的表面会产生附着性很强的铜绿，阻断外界对铜材腐蚀，起到保护作用。钢材含有较多杂质，除了铁元素以外，还含有碳、硫和磷等化学元素。所以，在“微电池”和“宏电池”效应下，钢材由外向内逐层侵蚀。镀锌钢虽有防腐作用，但是降低了导电性能和泄流速度，这对高频过电流尤为明显。钢接地网的寿命，一般在10年左右。由于镀锌钢材的镀层也会被侵蚀，为了确保接地网的稳定运行，相关技术规程对检查和测试项目做了严格规定。

3）安全性 铜接地的接触电势和跨步电压相对较小，人身比较安全。这是因为铜材相对磁导率为1，钢材为636，接地系统的电位差随着相对磁导率的增大而增大。铜材抗蚀能力强，钢材容易被腐蚀，一旦发生接地系统事故，就会造成地电位升高，过电压击毁电网中的保护、通信、低压线路和低压系统的设备，引发重大电力事故。铜接地网相对比较均衡，泄流速度快，能减少过电压冲击，引发事故的概率小。

4）电气性 考虑接地网的电阻、腐蚀和连接等因素影响，为了避免接地线、接地体熔化，按照热稳定要求，铜材与钢材截面积之比为3∶1。按照导电阻值要求一致，铜材与钢材截面积之比为8∶1。根据集肤效应，铜材泄流能力是钢材的4倍。综合分析各种因素后，铜材与钢材接地材料的等效截面积之比，定在1∶6以下。

5）施工便利 在铜接地体施工中，由于镀铜钢绞线具有柔软性、弯度半径小等特点，在施工中拐弯方便、穿管容易，加上机械强度高可以成卷供货，搭接处采用放热焊接，操作起来十分便捷。

综上所述，铜接地体与钢接地体相比，具有耐蚀力强、导电性强、热稳定好、施工方便、寿命长等优点。虽然铜质接地网的初期投资比钢质接地网高，但是投运后可以减少检验维护工作量，并对土壤无污染。在设计寿命周期内，铜质接地网的年费用大大低于钢质接地网，并且随着铜质接地网的使用寿命的增加，优势将更加显现。

2 接地网采用放热焊接工艺

2.1 放热焊接的连接方式

目前，变电站主网铜接地体主要采用4种连接方法，即铜银焊连接法、压接线夹连接法、螺栓连接法和放热焊接连接法。其中，放热焊接法可以完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、水平丁字型、十字型垂直丁字型等；还可以完成不同材质导线的连接。

2.2 放热焊接的工作原理

放热焊接的工作原理是利用活性较强的铝将氧化铜还原，其放热反应表达式为3Cu2O＋2Al→Al2O3＋3Cu＋2735℃热量，整个化学反应过程仅花数秒，燃烧时释放的超高热量，高效、快速地传导至熔接部位，使被焊接的导线端部熔化成永久性的分子合成，将导体连接起来。

2.3 放热焊接的工艺特点

放热焊接无需外加热能，是目前用于熔焊金属导线的一种最佳手段，其主要工艺特点如下。

1）熔焊点的载流能力（熔点）与导线的载流能力相等。

2）熔焊点通过超高温熔焊后不会松脱、不会老化、不受腐蚀，是永久性的分子结合。

3）熔焊点能够承受反复多次的大浪涌电流（故障电流）而不退化。

4）熔焊药剂罐装，分量轻、携带方便。

5）熔焊操作简单，无需外接电源或热源，从外观便能检验熔焊质量。

6）熔焊适用于铜、铜合金、镀铜钢、各种金属导线的焊接。

2.4 放热焊接的工艺流程

1）做好焊接前的准备工作。操作时选用合适的夹具，将导线牢固夹在熔模入口处或者将熔模本身固定住。这是因为金属导线在熔化瞬间会产生熔胀力，有可能被拉出模外，尤其是硬铜线在熔化时更要提防导线弹开熔模的风险。另外，接地棒十分坚硬，在熔模入口处安放难度较大，熔接位置的变动也较大，可以采取在导线安置完毕后，在熔模外缘作记号（如安插深度），并在点火之前再次检查熔接位置是否发生偏移。

2）将导线插入熔模。

3）锁紧模夹。

4）在平稳、水平的钳埚中放入铁片。

5）缓慢倒入熔粉剂，先用铁片类工具抹平熔粉面，略朝点火口方向的熔粉面向上倾斜些，然后打开熔粉罐（也有用小塑料袋单独封装的），将起火粉均匀撒布于熔粉面上，并留少量置于熔模出火口顶缘（模唇），便于点火。

6）做好安全防火工作。点火之前清理或者搬离一切可燃物远离火口，以防发生火灾。

7）盖上顶盖使用专用打火机小心点火。

8）熔粉剂燃完后稍待一会（10 s以上），等熔融金属固化后开始脱模。

9）清除熔模内的矿渣，保持钳埚、注入孔、模穴干净完好。

2.5 放热焊接的安全防范

1）焊接时化学反应将产生超高温，必须等模具、铜绞线冷却后再拆模。严禁焊接完成后用手接触焊接接头或者模具，以防烫伤。

2）点火时必须戴好防护手套从侧面点火，严禁近距离点火和观看，以防熔模内化学反应产生的火焰光刺伤眼睛或者被烧伤。

3）用喷枪烘干模具和导线驱湿时，必须保证燃气瓶和喷枪的使用安全。

4）专人保管铜基粉罐（放热药剂），随用随领，做好管理工作。

5）放热焊接时现场放置灭火器材，在模具周围严禁存放易燃易爆物品。

6）严格执行部颁《电力建设安全施工管理规定》、《电业安全工作规程》、《反习惯性违章工作要点》、《关于查处生产现场违章行为的规定》以及市局有关安全生产补充规定进行施工。

2.6 放热焊接的质量评判

放热焊接后的接头必须符合技术规范要求，熔接质量的评判标准有4条。一是被熔接的导线必须完全包裹在接头里；二是熔接部位的金属完全熔化而且连接牢固；三是放热焊接后的接头表面呈现平滑光亮；四是放热焊接的接头无贯穿性气孔。在国外，放热焊接技术已经通过UL标准论证，并被IEEE Std80大纲等规程指定为接地系统中埋地导体地连接方式。随着我国电力系统的大力发展和电力设备对接地性能要求的逐步提高，放热焊接技术已在变电站接地网中得到广泛应用。

3 放热焊接在电力工程中的应用

3.1 在国内电网建设中应用

在国内电网建设工程中，放热焊接技术主要用于变电站（换流站）和线路基础接地中。变电站接地网目前大多采用以铜绞线为主的水平接地体，辅以垂直接地体，要求工频接地电阻在0.2～0.5Ω。由于环境恶化，潮湿土壤对接地网持续腐蚀，一般3～5年侵蚀相当严重，其腐蚀部位主要是接地网的接头部位，例如：南桥变电站接地网。而采用放热焊接可以有效防止此类接头腐蚀的发生，使接地网能够长期安全运行。

放热焊接技术也适用于变电站部分接地系统。为了节省占地面积，变电站大多采用GIS设备。GIS设备厂家为了设备接地牢固，要求不能将接地铜绞线直接引上地面接至设备，而必须采用接地牢固的过渡紫铜端子板。紫铜端子板采用放热焊接后，在安装过程中，未出现过铜绞线散股断股、紫铜端子板受力变形、接触面不紧密等问题，提高了装置的接地性能。

3.2 在菲律宾电网建设中应用

上海送变电工程公司承建的菲律宾230 k V TAYTAY变电站和230 k V BINAN变电站升级改造工程中，由于菲律宾地区温度高、降雨多、湿度大、多台风的气候，以及严重的土壤侵蚀等因素，根据设计要求采用接地放热焊接技术，用以确保电网的安全运行。

在施工过程中，针对铜绞线内容易积存水分，在熔焊时由于温度突然升高，水分迅速汽化，体积膨胀时上浮和吸收热量，使铜液流入熔模腔速度降低，凝固加快，在坩埚内留有多余铜液，冷却后把模具卡住，并且容易在焊接点内形成气孔。虽然按照国内施工工艺要求，施工前对导线进行了烘干处理，但是由于该地区雨季空气湿度太大，导线内部不一定干燥透。

为了保证熔焊点的质量，采取加大挖坑范围，增大与土中铜绞线的距离；加长烘干导线的尺寸，由原来只烘干施工部分的20 cm，加大到50 cm；增加烘干导线的时间，要求每次烘干导线超过10 min；将施工部分导线人为抬高，使焊接处高于埋在土中两侧导线10 cm等措施，有效解决了铜绞线含水的问题。对完成焊接点进行抽样剖开检查，剖面彻底熔化，没有气孔。另外，菲律宾土壤含水量高，容易造成接地极的接头腐蚀，因此，在接地棒的焊接过程中，要特别注意施工质量，必须清除接地棒表面氧化层、油污、垃圾，在待焊处两侧20～30 cm内用磨光机及砂布清除，直至露出金属光泽为止。清理后及时进行焊接，以免表面重新氧化；在每个连接处都要仔细涂上“特种密封导电胶”，防止地下水汽对连接处的腐蚀；放热焊前要对模具烘干处理；每打1根接地棒都要测试电阻值。

通过上述两个变电工程的实施，上海送变电工程公司的工程质量受到业主一致好评，工艺在当地得到广泛推广。