導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 電力安全論文>>正文

基于電化學(xué)在接地網(wǎng)接地改造中應(yīng)用

文檔作者：方夢鴿扈海澤袁雪瓊趙軍付超宋雅楠敬亮兵黃加銳文檔來源： 1．長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 2．湖南省電力公司婁底供電局 3．湖南省長沙信長電力科技有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月10日
下載地址：點擊這里	文件大小： 243.91 KB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點數(shù)： 1 點（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預(yù)覽效果可能會出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：243.91 KB 共4頁文件格式：PDF 下載點數(shù)：1 點（VIP會員免費(fèi)）

下一篇：降低高土壤電阻率變電站接地電阻的研究

上一篇：關(guān)于小電流接地系統(tǒng)接地故障處理的探討

文本預(yù)覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

第37卷第1期
2016年2月 電力與能源 129
基于電化學(xué)在接地網(wǎng)接地改造中應(yīng)用
方夢鴿 ，扈海澤 ，袁雪瓊 ，趙 軍 ，付 超 ，宋雅楠 ，敬亮兵。，黃加銳。
(1．長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙410000；2．湖南省電力公司婁底供電局，湖南婁底417000；
3．湖南省長沙信長電力科技有限公司，長沙410000)
摘 要：通過某變電站接地網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重這一現(xiàn)狀分析其腐蝕原因，從電化學(xué)的角度分期其腐蝕原理，并針對電
化學(xué)腐蝕原理提出利用電化學(xué)原理采用陽極保護(hù)法的原則，并提出在各種土壤環(huán)境下選取不同的陽極材質(zhì)
進(jìn)行保護(hù)，并提出一般采用較組成變電站接地網(wǎng)扁鋼更為活潑的金屬與接地網(wǎng)連接，形成無源電路模型，利用
犧牲陽極的方法來保護(hù)陰極的接地網(wǎng)，最后從電化學(xué)的角度得到非常實用的變電站接地網(wǎng)防腐蝕方案。
關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)；腐蝕；電化學(xué)；陽極保護(hù)法；無源電路
作者簡介：方夢鴿(1995)，女，從事高電壓防雷技術(shù)研究。
中圖分類號：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095一l256(2016)O1—0129—04
Based on Electrochemical Applied in Ground Net．Through Grounding M odification
FANG Meng—ge ，HU Hai—ze ，YUAN Xue—qiong ，ZHAO J un ，F(xiàn)U Chao ，
SONG Ya—nan ，JING Liang—bing ，HUANG Jia—rui。
(1．School of Electrical and Information Engineering，Changsha University of Science&amp;amp; Technology，
Changsha 410000，China；
2． Electric power com pany in hunan province loudi power supply bureau，Loudi 417000，China；
3． Hunan changsha Xinchang electricity technology，Changsha 410000，China)
Abstract：The article the author through the substation ground network this serious corrosion by analyzing the
corrosion reasons，from the Angle of the electrochemical staging its corrosion principle，using the eleetrochem —
ical principle are put forward based on electrochemical corrosion principle based on the principle of anode pro—
tection law，and puts forward the selection of different anode material under various soil environment protec—
tion，and put forward the general use of a substation grounding network flat more active metal and grounding
network connection，form the passive circuit model，the m ethod of using sacrificial anode to protect cathode
grounding network，and finally from the point of view of electrochemical very practical substation ground net—
work anticorrosion scheme．
Key words：grounding network；corrosion；electrochemistry；anodic protection；the passive circuit
一般接地網(wǎng)都在變電站建設(shè)之前開挖鋪設(shè)，
變電站開始投運(yùn)后要一直運(yùn)行，時間可能長達(dá)幾
十年。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越迅速，導(dǎo)致環(huán)境污染
加重，進(jìn)而導(dǎo)致雨水PH值越來越小。對于變電
站接地網(wǎng)來說，雨水也會慢慢對接地網(wǎng)的接地體
進(jìn)行腐蝕，一旦接地網(wǎng)的接地體發(fā)生腐蝕，接地網(wǎng)
的接地電阻將增大_1 ]。隨著運(yùn)行時間的增長，接
地網(wǎng)接地電阻越來越大，對于變電站來說一旦發(fā)
生雷擊變電站或者變電站進(jìn)線發(fā)生雷電繞擊事
故，高雷電流很難迅速地通過接地網(wǎng)泄人大地，將
發(fā)生各種反擊和觸電事故，嚴(yán)重威脅變電站設(shè)備
絕緣和變電站工作人員的人生安全，所以對于接
地網(wǎng)的接地體腐蝕防護(hù)至關(guān)重要。
1 變電站概述及接地網(wǎng)腐蝕現(xiàn)狀
某變電站地處沿海地區(qū)，處于一座小山坡上，
土壤含鹽(主要是NaC1)量非高，常年受海風(fēng)吹
洗，海水會隨著海風(fēng)進(jìn)入變電站土壤中，而且平均
降雨量比較多，土壤的導(dǎo)電能力比較強(qiáng)。在調(diào)研
中還發(fā)生部分桿塔的接地體露出地表，接地體已
經(jīng)腐蝕嚴(yán)重，說明此地變電站土壤的對于鋼鐵的
腐蝕程度很大。
通過對接地網(wǎng)進(jìn)行開挖，發(fā)現(xiàn)部分接地體扁
鋼腐蝕嚴(yán)重，有些甚至發(fā)生腐蝕斷裂情況，基本上
13O 方夢鴿，等：基于電化學(xué)在接地網(wǎng)接地改造中應(yīng)用
都不能滿足接地網(wǎng)的要求。很多接地體需要重頹
鋪設(shè)，還有很多接地體腐蝕稍微輕些，都需要進(jìn)行
防腐蝕的保護(hù)，不然很容易發(fā)生更嚴(yán)重的腐蝕。
2 接地網(wǎng)腐蝕的原因分析
根據(jù)電力規(guī)范及一般經(jīng)驗，變電站接地網(wǎng)建
設(shè)時一般采用扁鋼或者鍍銅扁鋼，但是在使用過
程中有可能會損壞，以至于鍍層保護(hù)不再起作用。
接地網(wǎng)深埋的環(huán)境錯綜復(fù)雜，一般含有各種無機(jī)
物、有機(jī)物、酸、堿、鹽、水等物質(zhì)，同時這些物質(zhì)中
存在空隙，進(jìn)而存在空氣。這些錯綜復(fù)雜的環(huán)境
形成一個電解環(huán)境，是一個天然的大地電解池 ]。
在形成電解池的電路中有兩種類別，一種是有源
電解，一種是無源電解[5 。所謂的有源電解是外
加電源給陰極和陽極組成的電路供電，強(qiáng)加電源
就相當(dāng)于強(qiáng)制電解質(zhì)的陰陽極。而無源電解電路
就相反，是電解質(zhì)通過自然連接，并且陰陽極是根
據(jù)電化學(xué)理論自然形成。腐蝕性因素分析如表l
所示。
表1 腐蝕性因素分析
由于接地體一般為鋼材質(zhì)，主要成分為鐵
(Fe)和碳(C)，根據(jù)電化學(xué)理論，在形成電解電路
時活潑金屬為陽極，不活潑的為負(fù)極。中間南于
土壤中存在鹽和水等物質(zhì)，可以形成天然的連接，
基本形成的電解電路如圖1所示。
1 尤辣電解電路
由于組成電解電路，中問有鹽和水等物質(zhì)構(gòu)
成電離的離子通道，則在陰極和陽極都會發(fā)生電
離反應(yīng)，至于具體反應(yīng)分為以下幾種情況。
當(dāng)接地體所處的環(huán)境為酸性土壤時：
Fe— Fe +2e (陽極)
2H 一2P—H 2十 (陰極)
當(dāng)接地體所處的環(huán)境為中性或者為堿性土壤
時：
Fe— Fe +2e (陽極)
O +2H O+4P— 4OH一 (陰極)
陽極產(chǎn)生的Fe。 與陰極產(chǎn)生的OH一離子結(jié)
合形成Fe(OH) ，如果在陽極接地體鋪設(shè)的地方
有一定的氧氣() 和H o存在，那么Fe(OH)。
會被氧氣氧化，生成Fe(OH)。。由于接地體環(huán)境
錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致Fe(OH)。不穩(wěn)定，將會變成
Fe ()。[6]。要是地處的環(huán)境污染比較嚴(yán)重，空氣
中含有S元素的污染物隨著雨水下降到土壤中，
在電解質(zhì)的環(huán)境中發(fā)生發(fā)應(yīng)，SO；一+6H O+8
—H。S+10H。。，生成的H 將加速反應(yīng)的進(jìn)行，
導(dǎo)致電解反應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)，腐蝕強(qiáng)度越來越大，形
成一種惡性循環(huán)。
3 腐蝕產(chǎn)生的影響
接地體腐蝕導(dǎo)致直接的危害就是接地體的接
地電阻變大，接地電阻的變大主要影響到雷電流
入地時的泄流速度和接地網(wǎng)上的地電位。
假設(shè)人的腳用一半徑為r的圓表示，設(shè)圓的
半徑為0．08 m，并設(shè)兩腳之間的距離為L，土壤
電阻率為J0，那么兩腳之間的接觸電阻R 為：
Rc，一a4g_ 一 一 ( )
經(jīng)過計算得到：
R(1≈ 3p≈ 衛(wèi)4r (2)
當(dāng)人員走在地面上時，從電路的角度來講，人
的兩腳和土壤間的接觸電阻以及人身體的電阻
R 是串聯(lián)的l7]。跨步電壓電路圖如圖2所示。
圖2 跨步電壓電路圖
此時人體兩腳間受到是這些電阻 ed,共的電壓
降，這個電壓降即為跨步電壓U ：
u 一 E 一 cs
當(dāng)人員站立在地面上，同時人的手接觸到金
方夢鴿，等：基于電化學(xué)在接地網(wǎng)接地改造中應(yīng)用 131
屬設(shè)備的外殼時人的電阻和土壤電阻時并聯(lián)形
式。接觸電壓電路圖如圖3所示。
圖3 接觸電壓電路圖
因此兩腳之間的電壓為兩電阻并聯(lián)后的電
壓，這個電壓既是接觸電壓U ：
u 一 E 一 (4)
一般根據(jù)電力設(shè)計經(jīng)驗，取值土壤電阻率為
100 1"2·m，人體電阻R 一1 500 Q，則把數(shù)據(jù)代人
上兩個式子，得出：Uk一0．714Ek，U 一0．909E 。
計算結(jié)果可知，跨步電壓的大小達(dá)到了地電位的
71．4 ，由于接地電阻的過大，導(dǎo)致地電位較高，
進(jìn)而使得跨步電壓很大。跨步電壓很大不僅容易
造成地電位對于變電站設(shè)備的反擊 ]，而且當(dāng)發(fā)
生雷電流入侵變電站的事故時，對于工作于變電
站的工作人員來說，會形成很大的跨步電壓和接
觸電壓，導(dǎo)致觸電事故。
4 防腐蝕的改造措施
在一般的接地腐蝕改造措施中，大家采用對
接地網(wǎng)的接地扁鋼鋪設(shè)防腐劑，防腐劑的成分包
含各種各樣的化學(xué)成分。雖然現(xiàn)在市場上對于防
腐劑的加工更加環(huán)保，但是由于其主要原理還是
利用化學(xué)知識的相互反應(yīng)而保護(hù)接地體，反應(yīng)形
成的生成物又是化學(xué)劑融合在土壤中，會對環(huán)境
造成很大的污染。而且防腐劑有時候不適合一些
土壤環(huán)境，并且防腐劑有效期短，對于重新鋪設(shè)不
方便，達(dá)不到長久有效期。
因為接地網(wǎng)的腐蝕主要是由于形成了電解電
路，發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)。因此，在改造措施的設(shè)計
時優(yōu)先以電化學(xué)的知識來設(shè)計保護(hù)，根據(jù)電化學(xué)
的腐蝕機(jī)理，一般都是陽極腐蝕，所以只要把接地
網(wǎng)的扁鋼換成陰極，就會對接地網(wǎng)起到很好的保
護(hù)作用。由于～ 般是活潑金屬作為陽極，所以在
接地網(wǎng)形成的電解電路中加入比Fe活潑的金屬
作為電解電路的陽極，如Zn、Mg、A1等相對于Fe
的活潑金屬，人為地控制電解電路的陰陽極，在這
里采用無源法電解電路，因為可以自然形成電解
電路，不需要外界提供電源，不僅能達(dá)到效果而且
能達(dá)到節(jié)能的要求。
在設(shè)計陽極的材料選型時，必須首先利用四
季法對接地網(wǎng)的土壤電阻率進(jìn)行測量根據(jù)土壤電
阻率的大小選擇材料。
土壤電阻率的大小與采用陽極的材質(zhì)選取關(guān)
系如表2所示。
表2 土壤電阻率與材質(zhì)選擇
由表2可知，當(dāng)變電站接地網(wǎng)的土壤電阻率
在2O Q·m及以內(nèi)，則可以采用Zn及Zn的合金
作為電解電路的陽極接地體(見圖4)；當(dāng)電阻率
為2O～100 Q·m 以內(nèi)，則采用Mg及Mg的合金
作為電解電路的陽極接地體(見圖5)；當(dāng)電阻率
在100 n·m及以上的則采用Mg合金，如果特殊
環(huán)境的則應(yīng)該采用有源電路(見圖6)，外接電源，
認(rèn)為的定性接地體的扁鋼為陰極，起到保護(hù)陰極
扁鋼接地體的目的E z 4]。
圖4 Zn作為陽極電路
圖5 Mg作為陽極電路
選擇電解電路陽極材質(zhì)后，需要把電解陽極
與接地網(wǎng)相連接，形成一個電解電路的回路通道，
才能發(fā)生電解池反應(yīng)。在設(shè)計陽極鋪設(shè)職位選擇
時，考慮到如果電解電路的陽極腐蝕已經(jīng)很嚴(yán)重
的情況下，一般是幾年或者十幾年，需要及時更換
電解陽極，進(jìn)而對陰極的接地網(wǎng)進(jìn)行完好的保護(hù)。
所以，在鋪設(shè)位置選擇時必須選擇在接地網(wǎng)不遠(yuǎn)
132 方夢鴿，等：基于電化學(xué)在接地網(wǎng)接地改造中應(yīng)用
圖6 有源電路
處的空地，方便及時開挖進(jìn)行更換。一般根據(jù)經(jīng)
驗選擇接地網(wǎng)的四個角進(jìn)行鋪設(shè)，并且用導(dǎo)線把
四個陽極相互聯(lián)系起來作為一個陽極，具體分布
如圖7所示。
5 結(jié)語
圖7 無源陽極鋪設(shè)
通過分析變電站接地網(wǎng)腐蝕這一現(xiàn)象以及通
過對相關(guān)知識的理解及應(yīng)用，得到以下結(jié)論。
(1)由于土壤環(huán)境原因，變電站接地網(wǎng)很容易
發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
(2)電化學(xué)腐蝕主要是因為接地網(wǎng)的扁鋼作
為電解電路的陽極而發(fā)生氧化反應(yīng)
(3)外加活潑金屬能夠強(qiáng)制接地網(wǎng)為陰極，活
潑金屬為陽極，以活潑金屬的腐蝕為代價而保護(hù)
接地網(wǎng)的扁鋼。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳坤漢．500 kV橫瀝變電站接地網(wǎng)狀態(tài)評估與改造LJ]．
電瓷避雷器，2Ol1(3)：61—64．
CHEN chun—han． 5O0 kv horizontal drain substation
ground network state evaluation and retrofit[J]．Elect ric
porcelain arrester，201l(3)：61-64．
E22 張繼超，宋祚昕，陳揚(yáng)，等．埋地燃?xì)夤艿罓奚枠O陰極
保護(hù)法的改進(jìn)[J]． 重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，
2O11(5)：56-58．
ZHANG Ji-chao，SONG Yi xin，CHEN Yang，et a1．Bur—
led gas pipeline improvement of sacrificial anode cathodic
protection[J]．Journal of chongqing institute of technol—
ogy (natural science edition)，20l1(5)：56—58．
[3] 宋景博，潘文霞，普珍，等．考慮接觸電壓的風(fēng)電機(jī)組接
地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[J]．電瓷避雷器。2O13(6)：56—60．
S()N( Jing—bo，PAN wen—xia，PU Zhen，et a1．Consider—
ing the contact voltage of wind turbines grounding net——
work optimization design[J]．Electric porcelain arrester，
2Ol3(6)：56 60．
L4] 何玉龍．電化學(xué)腐蝕防護(hù)技術(shù)分析[J]．科技與企業(yè)，2ol3
(21)：356，
H E Yu—long． E1ectrochen1ica1 corrosion protection tech—
nology analysis[J]．Science and technology and enter
prise，2Ol3(21)：356．
[5] 畢武喜，劉月發(fā)，趙君，等．油氣管道陰極保護(hù)陽極干擾
檢測與分析[J]．腐蝕與防護(hù)，201 3(12)：1111一l1I 3，
11l8．
B】W U xi，I IU YUe fa．ZHAO Jun，et a1．Anode interfer
ence detection and analysis of oil and gas pipelines cathod—
ic protection[J]．Journal of corrosion and protection，
2Ol3(12)：l111—1ll3，1118．
E6] 高 健．埋地硫酸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的改造口]．腐蝕與
防護(hù)，2Ol3(12)：l】28一¨3O．
GAO Jian． Buried pipeline cathodic protection system of
sulfate transformation EJ]．Journal of corrosion and pro—
tection，2013(12)：ll28 1l 30．
[7] 趙慧萍，趙文娟，張曉芳． 金屬電化學(xué)腐蝕與防腐淺析
[J]．化學(xué)工程與裝備，2ol3(10)：l35一l36．
ZHAO H ui ping，ZHA()W en—iuan，ZHANG Xiao—fang．
M etal shallow of electrochemical corrosion and anticorro—
sion[J]．Journal of chemical engineering and equipment，
2O13(10)，135—136．
[8] 李 華．汕頭電網(wǎng)220 kV變電站接地網(wǎng)改造的研究[D]．
， 州：華南理工大學(xué)，2Ol4．
收稿日期：2015一u—O9
(本文編輯：趙艷粉)

網(wǎng)友評論 more

電力安全論文最新內(nèi)容

03-05