变电站内接地装置阴极保护设计方案
文/孔庆林,盛祥飞·吉林省钧林电力科技有限公司
接地装置是发电厂变电站、通信站中确保工作接地、防雷接地、保护接地的必备设施。由于接地装置长期处于地下恶劣的运行环境中,因此确保接地网免受腐蚀是保证电网稳定安全运行的主要措施。
电力系统接地网采用镀锌扁钢,由于接地装置是发电厂变电站、通信站中确保工作接地、防雷接地、保护接地的必备设施。出于经济方面的考虑,接地装置一股采用镀锌碳钢(扁钢、圆钢)。
由于接地网长期埋设于腐蚀性土壤中,当接地网运行后,腐蚀形成的腐蚀产物附着在接地体的表面,就像导电不良的材料附着在接地体上,大大影响接地体与土壤的紧密接触,使得整体接地系统接地电阻升高。在强腐蚀性区域土壤中,接地网具有较强的局部腐蚀趋向,加之电网设备运行中的泄流作用,局部腐蚀尤为严重,使得接地体局部严重减薄,影响其热稳定性。考虑到使用50年的要求,由于镀锌层的缺陷和镀锌量的限制以及接地网排流的作用和其他钢筋等结构物影响,采取合理的阴极保护措施是非常必要的。
在接地网防腐措施中,阴极保护是—种科学、可行的方法,对于业已运行的接地网,尤其是在沿海、潮湿及强腐蚀土壤地区,对电化学腐蚀严重的接地网实施阴极保护,施工简单快捷,投资小,保护效果好,有其他方法所不能替代的优势。
牺牲阳极阴极保护系统
根据提供保护电流的方式不同,阴极保护可分为牺牲阳极和外加电流两种方法。牺牲阳极法阴极保护技术因其简单易行、经济有效、对环境产生电污染少和不干扰邻近金属设施等许多优点和独特功能而获得广泛应用。
工作原理
根据电化学原理,从牺牲阳极材料体上通过土壤、水等电解质向被保护体如钢质结构提供阴极电流,使被保护的钢质结构进行阴极化,实现阴极保护。随着电流的不断流动,阳极材料不断消耗掉。在其保护过程中地下金属结构物将不会受到腐蚀。
牺牲阳极材料
工程中常用的牺牲阳极材料有镁和镁合金、锌和锌合金、铝和铝合金3大类。镁基牺牲阳极具有很负的开路电位,因此被广泛应用于土壤、海水海泥及工业水中金属构筑物的阴极保护。
锌基牺牲阳极的开路电位不如镁基阳极那么负,但它仍能在低电阻率的土壤、海水海泥环境中用于牺牲阳极保护。
铝基牺牲阳极的开路电位比锌基阳极略负,它的理论电容量远高于锌基和镁基阳极,具有许多独特性能。但它是易钝化的金属材料,在其表面容易产生致密、附着性良好的连续氧化膜,甚至可能产生—层高电阻硬壳,阻碍金属的活化溶解。目前铝基牺牲阳极常应用于海水中保护船舶、平台、码头等海洋结构物。在海泥(海底管道)、盐水系统也获得了成功,但尚不能用于土壤环境。
阳极填包料
由于牺牲阳极是靠自身的消耗,来提供给被保护体以阴极电流,因此,牺牲阳极必须溶解均匀,才能保持稳定的电流输出。为了保证阳极的这—性能,需在阳极周围填加含有保湿因子的填包料。
填包料的作用主要是降低阳极周围介质的电阻率,增大阳极的输出电流;活化阳极表面、防止阳极的腐蚀产物结痂;吸收周围土壤中的水份,维持阳极周围的长久的潮湿;改善阳极周围环境,保证阳极有良好的电流效率,延长阳极使用寿命等。
牺牲阳极阴极保护不需外电流,保护效果好。使用寿命长,稳定性能高。对临近金属构筑物不会产生杂 散电流的影响。另外施工简单、快捷。—次性投资后,无需管理维护。
设计方案及计算
我们以某220kv变电站为例,设计方案具体如下。
技术指标
(1)阴极保护设备和附件的使用寿命为≥50年。
(2)经阴极保护的全厂接地网系统,在50年使用寿命期内保护度不小于90%,不会因腐蚀而增加接地电阻。
(3)阴极保护系统对地下其他金属构件不会产生杂散电流的腐蚀。
(4)被保护埋地接地网系统的负电位阴极保护系统投运后,在被保护的埋地接地网系统和饱和Cu/CuSO4参比电极之间的电位差至少为-0.85Ⅴ。
现场的土壤状况
土壤电阻率35~100Ω·m。
保护对象
主接地网及其他水平接地体、垂直接地极等。具体参数如表1所示。
表1保护对象规格参数
设计计算
(1)保护参数:平均保护电流密度为10mA//m2;保护面积为1018.2m2。
镁合金牺牲阳极参数:依据GB/T17731-2002《镁合金牺牲阳极》。开路电位≥-1.60Ⅴ ,电流效率≥45%,实际电容量≥880A·h/kg,阳极利用系数为85%。
(2)镁合金牺牲阳极规格及数量
① 接地系统阴极保护所需电流:
IA=i×S=10.182A
②接地系统所需镁合金牺牲阳极重量:
W=I×H/KQ=3577kg
(3)接地系统阴极保护所需镁合金牺牲阳极数量:
N=W/w=256套
施工方案
工程所用材料清单及范围:
工程所需的材料及其型号、数量如表2所示。
表2材料的型号及数量
其他辅材包括:热熔胶、补伤片、环氧树脂、铝热焊剂、紫铜管、电缆导管等。
主要工程量表
施工内容如表3所示。
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