接地装置的腐蚀及检查周期要求

接地装置是接地体与接地引下线的总称。在运行中主要是根据DL/T 596—1996检查接地体和接地引下线的腐蚀和接地电阻的变化。

（一）检查项目

接地装置的检查项目、周期和要求见表7-7。

表7-7　接地装置的检查项目、周期和要求

（二）接地装置的腐蚀

1.腐蚀形式

变电站接地装置事故统计表明，接地装置腐蚀是事故的主要原因之一。钢体在土壤中的腐蚀以电化学腐蚀为主，即阳极溶解。主要腐蚀形式如下：

（1）钢材表面的微观不均匀性会引起不同部位的电位差，形成腐蚀微电池。

（2）两种不同金属电气连接后形成电偶腐蚀作用，电位较负的金属发生溶解而腐蚀，有的变电站新敷设的接地装置比原来的老接地装置腐蚀得快，其中原因之一就是新老接地装置之间的电位差形成电偶腐蚀，新地网成为阳极被腐蚀，旧地网作为阴极被保护。

（3）土壤不均匀性引起金属不同区域间产生电位差，形成客观腐蚀电池，如变电站土壤压实程度不一致，就会引起接地装置的腐蚀。

（4）土壤中存在的微生物腐蚀。

2.防止腐蚀的措施

接地装置的防腐措施有热镀锌钢法、铜接地装置法、阴极保护法、外层保护法等。

（1）主接地网的防腐措施。

1）采用降阻防腐剂。试验表明，降阻防腐剂具有良好的防腐效果。表7-8列出了试片的锈蚀率。

由表7-8可见：①试片在原土中的锈蚀率大于降阻剂中的锈蚀率；②埋入6个月的两种试片，甲试片锈蚀率大，这是因为两块试片的表面积不同，甲试片表面积大，则锈蚀量也就大。

试片埋在降阻防腐剂中比原土中的腐蚀率小的原因是：

a.降阻防腐剂为弱碱性，pH值为10，原土壤为弱酸性，pH值为6，故铁的析氢腐蚀作用和吸氧腐蚀作用都无法存在。

表7-8　试片的锈蚀率比较表

b.降阻防腐剂中的阴离子（OH）－数量比原土壤大，它与铁之间的“标准电极电位差”就比较小，故可抑制铁失去电子的能力，减小了腐蚀作用。

c.降阻防腐剂中含有大量钙、钠、镁和铝的金属氧化物，它们的金属离子都比铁的“标准电极电位”低，故可起一定的阴极保护作用。

d.降阻防腐剂呈胶黏体状，它将铁紧密地包围着，使空气（氧气）无法与铁表面接触，故可防止氧化腐蚀作用。

e.降阻防腐剂与铁表面发生化学反应，生成一层密实而坚固稳定的氧化膜，使铁表面被“钝化处理”，故不易腐蚀。

f.铁的氧化物属于碱性氧化物，与水作用后生成难溶于水的弱碱，仅能与酸反应。因此，铁埋在具有弱碱性的降阻防腐剂中，受到了保护。

2）采用导电涂料BD01和锌牺牲电极联合保护，这个方法是将接地网涂两遍自制的BD01涂料，再连接牺牲阳极埋于地下。应用面积约为115cm2的试片试验表明，无涂料无牺牲阳极保护的阴极，其腐蚀率为0.0278 mm/a；无涂料有牺牲阳极保护的阴极，其腐蚀率为0.0085 mm/a；有涂料有牺牲阳极保护的阴极，其腐蚀率为0.0000 mm/a。

采用这种方法的技术条件是：有涂料和无涂料的阴极（接地网）面积和阳极面积比分别为25.7∶1和7.5∶1，保护电位至少比自然电位偏负0.237V。

采用导电涂料能降低接地电阻值，而且能使接地网的接地电阻变化平稳，比一般接地网少投资50％，能保护40年以上。

3）腐蚀情况不同的地域选用不同材料。

a.腐蚀较严重的变电站应选取铜材。美国等很多国家都采用铜做变电站接地装置，这主要是考虑到变电站接地装置的重要性和铜的耐腐蚀性和稳定性。新中国成立前也曾大量采用铜作为接地体，如天津塘沽建的110kV变电站的接地装置用的是铜材，至今仍合格。

据资料介绍，铜腐蚀不存在点蚀，属表面均匀腐蚀，铜在土壤中的腐蚀速度大经是钢材的从出土的几千年前的青铜器来看，铜的确具有很高的稳定性和抗腐蚀性。

根据我国经验，当土壤电阻率小于100Ω/m时，腐蚀性一般较严重。

应当指出，土壤情况不同的变电站应选不同的铜材。紫铜、黄铜、青铜在不同腐蚀液中的腐蚀速度是不同的。例如，在试验溶液pH值为5.8时，紫铜的腐蚀速度较快，是黄铜的1.6倍，但在pH为8.7的试验溶液中，紫铜的腐蚀速度比黄铜慢，大约是黄铜的48％。

b.腐蚀轻微的变电站宜选用钢材。因为腐蚀轻微的变电站的土壤电阻率往往也很高，工频接地电阻降不下来，可以充分利用钢材截面大、散流特性好这一优点。另外，造价也便宜。

值得注意的是，在腐蚀速度快的地域，宜选用圆断面的接地体。由上所述，在相同的腐蚀条件下，扁钢导体的残留断面减小得更快。另外，最好采用镀锌的接地体。

4）采用无腐蚀性或腐蚀性小的回填土。在腐蚀性强的地区，宜采用腐蚀性小或无腐蚀性的土壤回填接地体，并避免施工残物回填，尽量减小导致腐蚀的因素。

5）提高设计寿命。

现在变电站接地装置的设计寿命为25～30年，显得短了些。新建变电站接地装置的设计寿命应提高到50～60年，从长远看，一方面节省了接地装置改造的投资费用，另一方面也提高了可靠性。

（2）接地引下线的防腐措施。

1）涂防锈漆或镀锌。它属于一般的防腐措施。

2）采用特殊防腐措施。采用一般的防腐措施不可能满足安全运行30～50年的要求，为此，必须采取特殊的防腐措施。其中包括在接地体周围尤其在拐弯处加适当的石灰，提高pH值；或在其周围包上碳素粉加热后形成复合钢体。对于化工区的接地引下线的拐弯处，可在590～650℃范围内退火清涂应力后，再涂防腐涂料。另外，在接地引下线地下近地面10～20cm处最容易被锈蚀，可在此段套一段绝缘，如塑料等，以防腐蚀。前苏联在采用此项措施后，达到了较为满意的效果。

（3）电缆沟的防腐措施。

1）降低电缆沟的相对湿度，使其相对湿度在65％以下，以消除电化学腐蚀的条件。

2）接地体涂防锈涂料，但目前的防锈涂料只能维持两年左右。

3）接地体采用镀锌或热镀锌处理。(www.xing528.com)

4）改变接地体周围的介质，这是一种较好的办法，其具体做法是用水泥混凝土将扁钢浇注到电缆沟的壁内。由于水泥混凝土是一种多孔体，地中或电缆沟内湿气中的水分渗进混凝土后即变为强碱性的，pH值在12～14范围内。根据腐蚀理论，钢在碱性电解质中（pH≥12）表面会形成一层氧化膜，它能有效地抑制钢的腐蚀。如某电厂升压站电缆沟内的接地扁钢就浇注在电缆沟混凝土两壁，运行了30年，最大腐蚀深度小于1 mm，年腐蚀深度小于0.025 mm。某些供电局的变电所，电缆沟内的扁钢也浇注在混凝土两壁，它们都运行了20多年，暴露在空气中的一面几乎没有发现锈蚀现象，只是在个别焊点上有轻微锈点。相反，电缆的外皮及支撑电缆的角铁架已严重锈蚀，有的铁架已被锈断。因此，在电缆沟施工中宜将接地扁钢三面浇注到混凝土两壁中，对于各焊点再作特殊处理，如打掉爆渣、涂沥青或用混凝土覆盖，这样处理基本上可保证在40年内电缆沟中的接地扁钢不被腐蚀或仅有轻微腐蚀。

综上所述，接地网安全运行问题是一个综合性问题，为防止由于接地网原因引起的事故，必须采用综合措施。首先在设计、施工、运行等环节把好质量关；其次要进一步积累运行资料，弄清腐蚀的规律，论证热稳定校验时间和接地网的使用年限以及不断研究开发接地网防腐蚀的新技术、新工艺，消除由于接地网引发的各种事故。

（三）接地电阻测量

1.接地装置的试验项目与要求

接地装置的试验项目、周期和要求见表7-9。

表7-9　接地装置的试验项目、周期和要求

续表

续表

续表

注　进行序号1、2项试验时，应断开线路的架空地线。

2.接地电阻的测量方法

（1）用ZC—8接地电阻测量仪测量。ZC—8接地电阻测量仪是测量小型变电所、各种电压等级线路、独立避雷针等接地装置接地电阻的专用仪器。它是采用补偿法测量接地电阻的，其原理如图7-4所示。E、P、C点对地中零电位分别呈现电阻Rx、Rp、Rc。测量时移动滑动接点K，使得电压表的指示为零，即P支路无电流，K点电位为零，这时可以得到

I1Rx＝I2R1

图7-4　用补偿法测量接地电阻原理图

所以

实际测量接线如图7-5所示。C1、C2为电流端子，P1、P2为电压端子。在测量接地电阻时，将C2、P2并联后与接地电极G相连，C1和P1分别接电流极C和电压极P。转动手摇发电机，同时旋动测量标度盘，当指针指于中心线（即检流计指零）时，测量标度盘的读数乘以倍率标度的倍数即为所测接地电阻值。

电流极C应尽量远离接地电极G，一般取GC为40 m，电压极P则打在GC中间，即GP取为20 m。

（2）用电流电压表法测量。

1）基本原理。用电流电压表法测量工频接地电阻的接线图，如图7-6所示。图中的自耦调压器是用来调节电压的，它也可用可调电阻等进行调压。电流电压表法所采用的电源最好是交流电源，因为在直流电压作用下，土壤会发生极化现象，易使所测的数值不准确。图中的隔离变压器是考虑到经常的低压交流电源是—火—地而设置的。有了隔离变压器后，使测量所用的电源对地是隔离的（即不和地直接构成回路），若无此变压器则可能使火线直接合闸到被测接地装置上，使所需试验电源增大。图中的电流辅助电极是用来与被测接地电极构成电流回路，电压辅助电极用来取得被测接地的电位。

图7-5　用接地电阻仪测量的实际接线图

（a）4个端子；（b）3个端子

当在电流极与接地网之间施加工频电压，便有工频电流Ie通过接地网的接地电阻流通，用电压表在1、2两点间测量电流Ie在接地电阻上的压降Ue，则接地电阻R值由下式决定

图7-6　用自耦调压器调节电流大小的电流电压表法测量接地电阻的接线图

2）电极布置方式。保证测量准确度的关键在于电流辅助极和电压辅助极的位置选择得合适。我国测量接地电阻时电极的布置方式，如图7-7所示。图7-7（a）、（b）为测量变电所接地网接地电阻时电极的布置图。在图7-7（a）中从接地网边缘算起，至辅助电压极的距离为d12，至辅助电流极的距离为d13，一般取d13等于（4～5）D，D为接地网最大对角线长度。取d12为d13的50％～60％。测量时，辅助电压极沿接地网与电流极的连线移动3次，每次移动距离约为d13的5％。3次测得的电阻值互相接近，即认为辅助电压极选择得合适。如d13取（4～5）D有困难，在土壤电阻率较均匀的地区，d13可取2D，d12取D。在土壤电阻不均匀的地区或城区，d13可取3D，d12取1.7D。如当地地形对测量工作有利，也可采用图7-7（b）的布置方法，这时d12＝d13≥2D，夹角β≈30°。图7-7（c）是测量杆塔接地电阻时电极的布置图，d13一般取接地装置最长射线长度l的4倍，d12取l的2.5倍。

图7-7　压电流法测接地电阻时电极布置图

（a）、（b）测量接地网接地电阻时电极的布置图；（c）测量杆塔接地电阻时电极的布置图
1—被测接地网边缘；2—辅助电压极；3—辅助电流极；D—接地网最大对角线；l—杆塔接地最大射线长度；d12—接地网边缘距辅助电压极距离；d13—接地网边缘距辅助电流极的距离

由于这种测量方法只含有3个电极，所以通常称为三极法。近些年来，现场研究出的其他方法都源于三极法。

3）测量时的注意事项。

a.测量时接地装置宜与避雷线断开，试验完毕后恢复。

b.辅助电流极、辅助电压极应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上。

c.应避免在雨后立即测量接地电阻。测量工作应在干燥天气进行，工作完后，应记录当时的气候情况，并画下辅助电流极和电压极的布置图。

d.采用电流电压表法时，电极的布置宜采用图7-7（b）的方式，夹角宜接近29°。

e.如在辅助电流极通电以前，电压表已有读数，说明存在外来干扰，可调换电源极性进行两次测量，并按下式计算实际电压

式中　U——由测量电流产生的实际电压；

U1——接通电源后测得的电压；

U2——电源极性调换后测得的电压；

U0——未加电源前测得的干扰电压。

如果电源是三相的，也可将电源OA、OB、OC依次接入，测出三种情况下电压表读数Ua、Ub、Uc，然后按下式换算实际电压

如虽发现有干扰，但调换电源极性后测得的电压不变，即U1＝U2＝Ud或Ua＝Ub＝Uc＝Ud，则可能是外来干扰电压有不同的频率，这时可按下式校正

如根据现场情况，可能产生直流干扰，则应将电压表通过试验用电压互感器接入被测回路。

f.辅助电流极通电时，其附近将产生较大的压降，可能危及人畜安全，试验进行的过程中，应设专人看守，不要让人畜走近。

g.电源输入端应加设保险，仪器、仪表操作时宜垫橡胶绝缘。仪表读数后不宜带负荷拉掉调压器刀闸，防止电压陡度大损坏仪表。