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變電站內接地裝置陰極保護設計方案

2012-06-01 00:00:00 作者：孔慶林來源：《腐蝕防護之友》分享至：

變電站內接地裝置陰極保護設計方案

文/孔慶林,盛祥飛·吉林省鈞林電力科技有限公司

　　接地裝置是發電廠變電站、通信站中確保工作接地、防雷接地、保護接地的必備設施。由于接地裝置長期處于地下惡劣的運行環境中,因此確保接地網免受腐蝕是保證電網穩定安全運行的主要措施。

　　電力系統接地網采用鍍鋅扁鋼,由于接地裝置是發電廠變電站、通信站中確保工作接地、防雷接地、保護接地的必備設施。出于經濟方面的考慮,接地裝置一股采用鍍鋅碳鋼(扁鋼、圓鋼)。

　　由于接地網長期埋設于腐蝕性土壤中,當接地網運行后,腐蝕形成的腐蝕產物附著在接地體的表面,就像導電不良的材料附著在接地體上,大大影響接地體與土壤的緊密接觸,使得整體接地系統接地電阻升高。在強腐蝕性區域土壤中,接地網具有較強的局部腐蝕趨向,加之電網設備運行中的泄流作用,局部腐蝕尤為嚴重,使得接地體局部嚴重減薄,影響其熱穩定性。考慮到使用50年的要求,由于鍍鋅層的缺陷和鍍鋅量的限制以及接地網排流的作用和其他鋼筋等結構物影響,采取合理的陰極保護措施是非常必要的。

　　在接地網防腐措施中,陰極保護是—種科學、可行的方法,對于業已運行的接地網,尤其是在沿海、潮濕及強腐蝕土壤地區,對電化學腐蝕嚴重的接地網實施陰極保護,施工簡單快捷,投資小,保護效果好,有其他方法所不能替代的優勢。

犧牲陽極陰極保護系統

　　根據提供保護電流的方式不同,陰極保護可分為犧牲陽極和外加電流兩種方法。犧牲陽極法陰極保護技術因其簡單易行、經濟有效、對環境產生電污染少和不干擾鄰近金屬設施等許多優點和獨特功能而獲得廣泛應用。

　　工作原理

　　根據電化學原理,從犧牲陽極材料體上通過土壤、水等電解質向被保護體如鋼質結構提供陰極電流,使被保護的鋼質結構進行陰極化,實現陰極保護。隨著電流的不斷流動,陽極材料不斷消耗掉。在其保護過程中地下金屬結構物將不會受到腐蝕。

　　犧牲陽極材料

　　工程中常用的犧牲陽極材料有鎂和鎂合金、鋅和鋅合金、鋁和鋁合金3大類。鎂基犧牲陽極具有很負的開路電位,因此被廣泛應用于土壤、海水海泥及工業水中金屬構筑物的陰極保護。

　　鋅基犧牲陽極的開路電位不如鎂基陽極那么負,但它仍能在低電阻率的土壤、海水海泥環境中用于犧牲陽極保護。

　　鋁基犧牲陽極的開路電位比鋅基陽極略負,它的理論電容量遠高于鋅基和鎂基陽極,具有許多獨特性能。但它是易鈍化的金屬材料,在其表面容易產生致密、附著性良好的連續氧化膜,甚至可能產生—層高電阻硬殼,阻礙金屬的活化溶解。目前鋁基犧牲陽極常應用于海水中保護船舶、平臺、碼頭等海洋結構物。在海泥(海底管道)、鹽水系統也獲得了成功,但尚不能用于土壤環境。

　　陽極填包料

　　由于犧牲陽極是靠自身的消耗,來提供給被保護體以陰極電流,因此,犧牲陽極必須溶解均勻,才能保持穩定的電流輸出。為了保證陽極的這—性能,需在陽極周圍填加含有保濕因子的填包料。

　　填包料的作用主要是降低陽極周圍介質的電阻率,增大陽極的輸出電流;活化陽極表面、防止陽極的腐蝕產物結痂;吸收周圍土壤中的水份,維持陽極周圍的長久的潮濕;改善陽極周圍環境,保證陽極有良好的電流效率,延長陽極使用壽命等。

　　犧牲陽極陰極保護不需外電流,保護效果好。使用壽命長,穩定性能高。對臨近金屬構筑物不會產生雜　散電流的影響。另外施工簡單、快捷。—次性投資后,無需管理維護。

設計方案及計算

　　我們以某220kv變電站為例,設計方案具體如下。

　　技術指標

　　(1)陰極保護設備和附件的使用壽命為≥50年。

　　(2)經陰極保護的全廠接地網系統,在50年使用壽命期內保護度不小于90%,不會因腐蝕而增加接地電阻。

　　(3)陰極保護系統對地下其他金屬構件不會產生雜散電流的腐蝕。

　　(4)被保護埋地接地網系統的負電位陰極保護系統投運后,在被保護的埋地接地網系統和飽和Cu/CuSO₄參比電極之間的電位差至少為-0.85Ⅴ。

　　現場的土壤狀況

　　土壤電阻率35~100Ω·m。