发电厂、变电所接地装置存在的问题和改造措施

吕俊霞
1引言接地装置是指人为设置的接地体与接地线的总称。接地装置是否良好,直接关系到人身及设备的安全以及系统的正常与稳定运行。在实际中,应对接地装置进行定期的维护与检查。接地装置的接地电阻值应该符合保护接地以及功能接地的要求,能够承受接地故障电流和对地泄露电流,并符合相应的热、动稳定要求,具有一定的机械强度或者采取机械保护,并能适应外界的影响,同时还要采取保护措施防止电腐蚀作用对接地装置本身及其他金属部分的影响。随着电力系统的发展,接地短路电流越来越大,接地装置的问题也越来越突出,由接地装置问题而引发的事故也较多。
2发电厂、变电所接地网存在的问题
2.1接地网的均压问题有关专家通过对变电所接地网电位分布的测试和图纸调查,发现大多数接地网的均压不符合要求,特别是横向电位分布,电位梯度大、跨步电压超标。这是由于在接地网设计时把工频接地电阻作为主要的技术指标,而忽略了地网的均压和散流,或只用长孔地网而很少用方孔地网,特别是沿电缆沟没有均压措施。由于地网的均压不好,在发生大的短路电流入地或冲击电流入地时就会造成地网的局部电位升高,使高压向低压反击打坏微机控制设备或低压控制回路。
2.2设备的接地与地网之间的连通问题对运行多年的发电厂和变电所进行上述检查和试验,发现设备接地与接地网不通或连接不良。这些设备既有变压器、油断路器,也有隔离开关及避雷器等。某110kV变电所,发现110kV电压互感器和避雷器间隔的接地与接地网不通,35kV电压互感器和避雷器间隔与接地网不通。该变电所曾经多次发生雷击时打坏断路器、隔离开关、互感器和套管的事故,而避雷器不动作,原因是该变电所的避雷器根本没有接地(即没有与主地网连接)。在这种情况下,就是避雷器动作,也会由于接地不良、残压过高而损坏其他设备。造成大量设备接地与地网不通,其主要原因如下。
(1)设备的接地引下线在地下与地网焊接不良,焊接头焊口长度不够,且大多为点焊,在地下恶劣环境中经过长时间的腐蚀,从焊口开路。
(2)接地网水平接地体的接头处焊接不符合要求,经过长时间的腐蚀形成电气上的开路。
(3)发电厂、变电所扩建时,并没有相应扩建接地网,而是把新上设备的接地线接到电缆沟接地带上。因为电缆沟内阴暗潮湿,极容易发生腐蚀,一旦电缆沟内接地带焊接头因为腐蚀断开,串接在其上的设备接地也就失去了与接地网的连接。
(4)设备接地引下线的截面小,经过长时间的锈蚀,从地下锈断。
(5)有些设备接地引下线与设备外壳用螺丝连接,经过长时间的锈蚀,在连接处由于生锈形成电气上的开路。
(6)通过混凝土基础或构架的内筋接地,在施工时没有进行可靠的电气连接和试验,因此造成电气上的开路。
2.3接地引下线及接地体的截面偏小不能满足短路电流的热稳定要求当接地体或设备的接地引下线不能满足短路电流的热稳定要求,发生接地短路时,接地引下线往往被烧熔烧断,使设备外壳带上较高的电压。有时向低压二次回路反击使事故扩大,某电厂就是因为设备的接地引下线截面不够,在设备发生接地短路时高压窜入低压烧坏二次保护及控制电缆,从而使事故扩大的。造成设备接地引下线或主接地体截面满足不了要求,有以下几种原因。
(1)设计时只考虑电网的短路电流,没考虑随着电网以后的迅速发展,接地短路电流迅速增加,以至于设备的接地线已经不能满足短路电流的热稳定要求。
(2)设计时只考虑接地线当时的截面能否满足接地短路电流的热稳定要求,而没有在寿命周期内做腐蚀校核。经过在地下若干年的腐蚀,接地线和接地体已经不能满足接地短路电流热稳定的要求。
(3)有些变电所是经过若干次扩建而成的,对接地网或扩建部分的设备接地引下线,在扩建时仅仅考虑了新增加部分,而对于原来的接地网和原来的设备,接地引下线没有及时进行改造,以至于一个变电所内,有部分设备的接地线和部分接地网符合要求,而又有一部分设备的接地线和部分接地网不符合要求。这类问题在不断扩建的变电所中存在较多。
(4)对接地问题重视不够。如一些设计根本就没有进行接地短路电流的热稳定校核,而是套图纸或者以减少投资为前提出发,选用截面较小的接地线。
(5)不按图施工。因接地工程是一个隐蔽性工程,一旦施工完毕就检查不出来,所以有的承包商偷工减料,不按图施工,在工程建设时就留下了隐患,以至后来发生事故。
2.4接地装置的腐蚀问题接地装置的腐蚀是一个普遍存在的问题。就发电厂变电所的接地网来说,最容易发生腐蚀的设备是接地引下线。腐蚀造成其截面满足不了接地短路电流热稳定要求,或者形成电气上的开路,使设备失去了接地。还有电缆沟内的接地带也容易发生腐蚀,尤其是各焊接头最容易发生腐蚀,如果其上串接有设备的接地引下线,则会造成若干设备或设备单元失去接地。
2.5水平接地体的埋深不符合要求在对接地装置进行全面检查时,还发现一些变电所的接地网水平接地体的埋深不符合要求,标准规定水平接地体埋深要在0.6m以下,可是通过开挖检查发现许多接地体的埋深不足0.3m,有的甚至只在地表。由于水平接地体的埋深不够,会造成以下不良后果。
(1)接地电阻受季节尤其受土壤干湿影响较大,由于表层土壤容易干燥,所以造成接地装置的接地电阻不稳定。
(2)由于水平接地体的埋深不够,接地网的均压不好,在发生设备接地短路时路面的跨步电压较大,对巡视人员的安全构成威胁。
(3)容易发生腐蚀。因上层土壤的含氧浓度较高,所以容易发生吸氧腐蚀,这也是水平接地体容易发生腐蚀的主要原因。
2.6工频接地电阻超标工频接地电阻超标的主要原因如下。
(1)先天性缺陷。由于各种条件的限制,在变电所建成时接地电阻就超标,这种情况一般发生在山区变电所,其土壤电阻率较高。比如某110kV变电所建立在丘陵上,土壤电阻率为1 300Ω•m,改造前接地电阻1.9Ω,属于先天性接地电阻超标,改造起来难度较大。
(2)后天原因造成。比如腐蚀使接地网部分和主地网断开,使接地体的接地电阻较大。如某110kV变电所,在1992年测量接地电阻时,不同的测点有不同的电阻,{zd0}的26.5Ω,最小的0.76Ω,原因是接地网因腐蚀而裂解分为几个部分。
2.7接地网的运行维护对地面的电气设备,规程规定了明确的大修和小修周期。即使实行状态检修,也要定期检查和测试设备的各种性能,如不能满足需要就要及时地安排大修和小修。由于接地装置被埋在地下,不便于检查,也很少受到人们的重视,即使试验也仅仅是到期测量工频接地电阻,这样就使许多接地装置带故障运行,有时直到事故发生后才为人们所重视。发电厂、变电所的接地装置中还存在如接地体所用钢材、设备的接触电压、电缆沟的均压和微机控制系统的接地等问题,但是主要是以上所述的七个方面的问题,这些问题如果不能很好地解决,会影响设备和人身的安全,因此必须认真地对待,按照各种规程和规范的要求对电厂、变电所的接地装置进行整改。
3发电厂、变电所接地装置的改造根据接地装置存在的不同问题,接地改造可分为全面改造和部分改造。根据所需要解决的不同问题,还可以分为降阻改造、均压改造、增容改造以及扩建改造。为了使改造能全面且高质量地完成,一般按照以下步骤进行。
3.1对原接地网进行全面的试验和检查为了做到有的放矢,对原接地网要进行下面的试验和检查。(1)测量接地装置的接地电阻,为了把接地装置的接地电阻测量准确,要根据地网的情况尽量按照规程所规定的方法测试。(2)测量原地网和周边的电位分布、跨步电压和设备接触电压。(3)测量原地网周边的土壤电阻率。因地网内测试结果受接地体的影响,故不能测试。要测量周边的土壤电阻率,以此推算发电厂、变电所的土壤电阻率。对于以降阻为目的的改造,还要找出方圆2000m2以内的土壤电阻率分布情况和上、下层土壤的电阻率。
3.2改造资料的收集接地网的各项试验和检查做完之后,还要收集以下资料。(1)根据系统5年～10年的发展,估算{zd0}运行方式下的单相接地短路电流。(2)了解发电厂、变电所附近的土壤对钢接地体的腐蚀率和土壤酸碱度。一般情况下应按当地的运行经验处理,如果没有当地数据,可以按照下列数据处理。对镀锌或镀锡的扁钢、圆钢,埋入地下的部分,其腐蚀速度取0.065mm.a(指部分厚度),但对于焊接处必须采取防腐蚀措施。如无防腐的接地线,其腐蚀速度取(指两侧厚度):ρ为50Ω•m～300Ω•m的地区,扁钢取0.1mm.a～0.2mm.a,圆钢取0.3mm.a～0.4mm.a;ρ大于300Ω•m以上的地区,扁钢取0.05mm.a～0.1mm.a,圆钢取0.07mm.a～0.3mm.a;ρ小于50Ω•m地区以及重盐碱的地区或酸性土壤地区,应专门研究。接地线和接地体的寿命按25年～30年考虑设计时,可先计算在寿命周期内的腐蚀后,再校核其热稳定。(3)了解当地土壤的干湿度,以及每年的降雨及雨水与季节的关系。(4)了解土质情况,是风化石还是沙壤土,土质是否均匀。(5)了解周边是否有可以利用的自然接地体、金属管道以及有无可做水下接地网的水资源等。
3.3改造方案的制定设计接地装置的改造方案要根据现场测试的结果和改造的目的制定。降阻改造。弄清楚原接地电阻偏高的原因、周边土壤电阻率的分布情况、地下土壤的分层情况以及附近有无可以利用的自然接地体。根据现场实际情况,认真地做好技术经济分析,决定是采用扩网、外延接地体、深埋接地体或需要采接用深井电极做成立体网还是采用复合降阻措施,一般要制定几个方案。根据要得到的接地电阻值,比较工程投资、工程难易程度、效果,以及是否便于以后的运行维护。一般情况下,应首先考虑是否可以扩网,有没有外延降阻的可能,地下有没有可以利用的较低电阻率的地层。因为深井接地及立体接地网投资大,只有在地下有较低电阻率地层的情况下才考虑采用。根据现场实际情况也可以采用综合降阻措施,这样无论是降阻还是减小投资效果都是较好的,也是经常被采用的降阻措施。扩建改造。根据扩建后发电厂、变电所的规模,考虑到5年～10年发展后{zd0}运行方式下的{zd0}接地短路电流,来确定接地装置应得到的各项技术参数。考虑到寿命期内的腐蚀,根据短路电流的热稳定来选用接地体和接地线截面。不但要对新增部分进行校核,而且对于原地网应挖开检查,测量经腐蚀以后的实际截面是否满足要求。如果不能满足要求则应在扩建时一并进行改造,以免在以后的运行中,由于原地网没有相应的改造而留下隐患。更新改造。一些地网的接地引下线或水平接地体,由于长期的腐蚀或系统的发展,已经不能满足当前接地短路电流热稳定的要求,或接地网有局部缺陷需要处理,但接地电阻和电位分布等主要指标符合要求,这时只需重新敷设接地引下线或接地体,并在改造时采取必要的防腐措施即可。局部改造。接地网由于其他原因存在有局部缺陷需要及时处理,但不需要全面修改图纸,这时需要制定局部整改措施。一旦改造的目的确定了,就要根据改造目的和现场实际情况制定改造方案,设计改造图纸。改造方案要明确如下目标:改造后的接地电阻要控制的数值以及相应采取的降阻措施计算;接地网改造后的电位分布及均压措施、改造后{zd0}跨步电压和设备接触电压的控制值;改造后接地引下线和接地装置应满足多大的接地短路电流的热稳定要求。图纸设计完成后还应制定保证质量的措施,主要有以下几个方面。(1)对水平接地体和垂直接地体的施工方法。如水平接地体施工中的深埋要求,降阻防腐剂的施工方法,垂直接地体的施工方法,降阻防腐剂的施加方法等。(2)对焊接头和焊口的要求。焊口的防腐处理方法,以及水平接地体和垂直接地体的连接要求等。(3)设备接地引线的连接要求。一般对充油设备要求实现“双接地”,并与地网的不同两点相接,以及设备接地线的防腐措施等。(4)对接地网回填土的要求,以及路面和行人经常出入地方的处理措施等。(5)整个地网的均压措施以及特殊地方,如电缆沟的均压要求。(6)对主变压器、避雷器防止冲击电位升高的措施。(7)对消弧线圈,因要长时间地流过入地接地电流,在其附近接地装置相应地采取最长时间流过电流的过热保护及防止接地电阻的腐蚀措施等。(8)接地网的防腐方法、措施及施工要求。如果采用高效膨润土降阻防腐剂,则应该说明该降阻剂的施工方法和注意事项,如果采用阴极保护法则按阴极保护的施工方法。(9)水平接地体和垂直接地体的地面标志。为了便于以后的运行维护和检查,对水平接地体和垂直接地体混凝土砌块在地面做好标志。(10)改造新铺设的接地体与原来接地网接地体的连接要求。(11)根据实际改造的情况绘制竣工图。
3.4改造方案的实施因接地工程属于隐蔽工程,应全程对工程实施技术监督,并注意以下几个环节的技术监督。(1)按图定位。按照图纸的要求,现场划定水平接地体和垂直接地体的位置。(2)待水平接地体的沟挖好后,检查沟的深度是否符合设计要求。(3)监督垂直接地体的施工。尤其是采用深井接地极和立体地网的,从开始钻井起就严格地进行技术把关。在钻井的过程中,要随时检测分析地下各层的土质情况。在深井钻好后,对垂直接地体的焊接进行严格把关,焊口的质量一定要可靠,对垂直极的材质要进行严格检查,对垂直极的腐蚀年限进行校核。采用爆破制裂的爆破要严格把关,严格控制xx的用量、间隔。爆破以后,对压力灌降阻剂认真把关,尤其是要施加足够的降阻剂,每口井施工完毕后都要检测接地电阻值。(4)对水平接地的敷设和焊接进行认真把关。敷设的水平接地体应平直、均匀、不得用再生钢材。焊口达到扁钢宽度的3倍、圆钢直径的6倍以上,不得有虚焊、假焊现象。一般采用三面焊接,不允许采用点焊、对焊,焊口xx焊药后刷沥青漆进行防腐保护。(5)降阻剂的施工要严格按照厂家的说明书进行。施加要均匀、足量,不应有脱节、少施或漏施的现象存在。(6)回填土要用细土回填,应分层夯实,不允许采用碎石或建筑垃圾回填,更不允许采用有腐蚀性的工业废渣回填,如所内没有合适的细土要从外面采土回填。(7)对于设备的接地线要严格进行监督。对接地线的材质、截面、接入地和焊口要进行严格把关,尤其是对要求“双接地”的充油设备的接地,一定要与地网的不同两点相连接。(8)检查电缆沟的接地带及其均压带是否按要求设计,每隔一定距离把接地带与地网的均压带连接一次。(9)在接地改造中可能对所内的道路、花草和树木造成了破坏,在改造施工后要对这些破坏的道路、花草和树木进行恢复。(10)在地面要对水平接地体和垂直接地体做好标记,并和工程竣工图相互对照。
3.5工程验收及试验
3.5.1验收试验接地装置改造完成后,为了考核改造效果,应对改造后的接地网进行验收试验。试验所用的方法,接线和布线应与改造前一致,一般验收试验要做如下项目。(1)工频接地电阻的测量,考核接地网的工频接地电阻是否达到设计值。(2)电位分布试验,考核地面电位分布及{zd0}跨步电压是否达到设计要求。(3)设计接触电压试验。
3.5.2工程验收待全部工程完成后要进行工程验收,验收应按国家标准GB50169-1992《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》进行验收。验收一般分为下面几项。(1)图纸资料验收。检查图纸资料是否齐全,是否按原设计进行了施工,图纸和现场是否一致。(2)试验数据验收。通过试验数据检查改造是否达到了预期的目的。(3)现场检查验收。现场主要检查接地线的连接,接地线的设备接地是否符合要求,竣工图和现场的地面标记是否一致。工程完工后对所容所貌的恢复情况等进行检查,改造工程是否还遗留其他没有解决的问题等。
3.6接地装置改造的安全注意事项(1)指定专人做安全负责人,对工程进行全过程的安全监督。安全负责人一定要熟悉该发电厂、变电所的运行情况,掌握安全规程,有丰富的管理经验,责任心强。(2)在开工前向全体施工人员进行安全教育,学习《电业安全工作全规程》的有关规定和安全注意事项,制定施工安全管理的规章制度。(3)开工前向全体施工人员交代带电部位及其相应的安全距离。地下的控制电缆和保护电缆等要做好标记,施工时要有切实的保护措施。(4)在设备区施工时,工具、材料等要平放,两人平抬,不得高举,以免接触到带电设备。(5)全体施工人员的着装要符合安全规定。(6)要严格遵守工作票和操作票,不得无票操作。(7)每日开工、收工要统一进行。每日开工前都要进行安全教育,收工时要清理好施工现场,任何人不得私自进入现场施工。(8)任何人不得触动所内的设备,不得在所内设备区打闹等。(9)在焊接设备的接地引下线时,要注意与带电部位的距离。焊接充油设备的接地引下线时,还要有防火和防止把充油设备焊漏的措施。(10)在电缆沟内施工或施工中遇到控制保护电缆时,要有保护措施,防止损坏电缆。
4结束语综上所述,发电厂、变电所接地装置存在的问题不容忽视。当发现问题时,应该尽快地查找原因,并且制定合适的改造措施,使接地装置能够起到保护作用,从而保证电力系统的正常运行。

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