发电厂接地材料的选择

李世伟

(上海华电闵行能源有限公司，上海 201108)

1 接地系统概述

1．1 合格接地的2个必要条件

(1)对地接地电阻阻值要小。接地电阻阻值越小，雷电流、浪涌电流和故障电流就可安全、快速地通过接地系统流入大地，保护设备、人员安全。

(2)接地材料应有良好的防腐蚀性能，接地系统的寿命应大于地面主要设备的寿命，一般要求寿命在30年以上。长期、可靠、稳定的接地系统是维持设备安全运行、人员安全的基础。

接地系统可靠运行的关键在于正确选择合适的接地材料。

1．2 我国接地系统现状

目前，我国电厂接地网材料普遍采用镀锌扁钢。主要原因是我国早期的电力系统设计多借鉴前苏联的技术;另外，我国的铜材较短缺，没有新型替代材料，所以一度大量选用镀锌扁钢。而国外以铜作为主要接地材料已有超过100年的历史，而且被相关的国际标准(如IEEE和IEC)推荐为主要的接地材料。

长期的实践证明，镀锌扁钢并不能很好地提高接地装置的抗腐蚀性能。望亭发电厂220 kV升压站投运10年后接地电阻逐年上升，开挖检查发现接地材料(镀锌扁钢)腐蚀严重，有的甚至已被腐蚀断，不得不重新敷设新的接地网。我国解放前曾大量采用铜质材料作为接地材料，如上海杨树浦电厂等，其接地装置至今仍然合格，仍可使用。

如今，随着电力系统投入的加大和新型材料的出现，国家防雷接地规范也做出了修改。在变电站和许多对接地要求较高的项目基建施工过程中采用了纯铜和镀铜材料作为接地系统的主要用材，而电厂在进行接地网建设时还在大量使用镀锌扁钢。

2 性能比较

分别从热稳定性、耐腐蚀性、接地效果等方面比较铜接地体与镀锌扁钢接地体的差异。

2．1 热稳定性

铜的熔点为1 084℃，短路时最高允许温度为450℃;而钢的熔点为1510℃，短路时最高允许温度为400℃。因此，当接地材料截面积相同时，铜材热稳定性明显优于钢材。当热稳定性能相当时，用钢作为接地体所需的截面积为铜材的3．0倍，是镀铜钢的2．8 倍。

2．2 耐腐蚀性

安装在地下的接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀2种，许多情况下这2种腐蚀同时存在。铜在土壤中的耐腐蚀能力远远大于钢材，是镀锌扁钢耐腐蚀性的3倍以上。而且铜的表面会产生致密的铜绿，能够阻断腐蚀的进一步扩展，对内部的铜起到较好的保护作用。当铜接地网与其他金属管道、构架共存于地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。镀锌钢材的镀锌层虽然具有一定的抗腐蚀性，但施工过程中的高温电焊加工会破坏这一保护层，一般最多只能使用10年。而铜接地体不存在点蚀情况，寿命显著增加。

一般情况下，接地网作为隐蔽工程不能通过定期的检查维护来发现和解决接地系统中存在的问题。就算定期测量接地电阻，也很难发现接地网的腐蚀情况。由于腐蚀造成接地体的截面变小，一旦通过大的故障电流，容易过热熔断，从而导致故障电流不能快速通过接地网流入大地，地电位升高，出现“反击”现象，造成电气二次设备、低压系统乃至变压器等重要设备的故障和损坏，严重时可能危及人身安全。而铜材接地网相对镀锌扁钢接地网在这方面有明显优势。

2．3 接地效果

对接地系统的基本要求是满足接地电阻的指标。接地电阻实质上包含3个部分:接地导体本身电阻、接地导体和土壤的接触电阻以及土壤本身的散流电阻。这3个部分中，土壤的散流电阻起决定作用，它决定了接地电阻阻值的大小，土壤的散流电阻由土壤的电阻率决定。

综上所述，铜接地体与镀锌扁钢接地体相比，在热稳定性能、耐腐蚀性、接地效果方面有明显的优越性。

3 不同接地材料经济性对比

根据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的要求(见表1)，对镀锌扁钢和外表面镀铜圆钢做经济性分析(以整体项目占地7．7万m2计算)。

水平接地体截面积经过热稳定性校核后，由于表面镀铜圆钢不用考虑腐蚀，因此选择R=13mm的镀铜圆钢;镀锌扁钢需要考虑腐蚀，所选扁钢的规格为80mm×10mm。

工时对比见表2。预计使用热镀锌钢材料的施工费用为125万元，使用镀铜圆钢材料的施工费用为55万元。

通过以上2项分析，可以得出经济性对比结果(见表3)。

表1 材料规格及用量

表3 经济性对比

从以上分析可以看出:镀锌扁钢在材料费用上优势明显，镀铜圆钢由于施工简单节约了人工费用，两者相比总费用相差不大。镀铜圆钢在使用年限上优势明显。

4 结束语

通过比较可以发现，镀铜圆钢相对于纯铜及镀锌扁钢都有很好的经济效益，非常适合在电力系统中大规模使用，可彻底解决接地导体的腐蚀问题。镀铜钢棒接地系统虽然一次性投入比使用传统材料的接地系统大，但它的使用寿命长、性能稳定、免维护的优势是传统接地方式无法比拟的。

［1］GB 50057—2010，建筑物防雷设计规范［S］．

［2］张小玲，黄青杨．电力系统接地网故障诊断［J］．电气系统及其自动化学报，2002，14(1):48 －51．

［3］刘芳．一起定子接地保护故障分析［J］．华电技术，2010，32(6):70－71．