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        變電站內(nèi)交直流雜散電流對接地網(wǎng)腐蝕影響研究

        2021-12-21 06:14:18聶新輝薛慶堂陳曉春
        全面腐蝕控制 2021年11期
        關(guān)鍵詞:雜散梯度電位

        聶新輝 薛慶堂 陳曉春

        (1. 國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,江蘇 南京 210031;2. 國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院,安徽 合肥 230601)

        0 引言

        變電站接地網(wǎng)的腐蝕不僅與接地網(wǎng)所處的土壤特性相關(guān),同時(shí)還與變電站現(xiàn)場環(huán)境和相關(guān)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況密切相關(guān)。與其他埋地管道相比,變電站內(nèi)還存在雜散電流和泄漏電流,必然對接地網(wǎng)材料的耐蝕性產(chǎn)生影響,這也是研究接地網(wǎng)腐蝕與防護(hù)需要特別關(guān)注的地方[1,2]。

        雜散電流可分為交流雜散電流和直流雜散電流。交流電引起的腐蝕要比直流電干擾的強(qiáng)度小得多,大約為直流電的1%[3]。雜散電流腐蝕作用與電解電池的作用過程類似,接地網(wǎng)有著明顯分開的陽極區(qū)和陰極區(qū)。如圖1所示,電流從土壤進(jìn)入金屬構(gòu)件的地方帶有負(fù)電荷,這一區(qū)域?yàn)殛帢O區(qū);由金屬構(gòu)件流出的部位帶有正電荷,這一區(qū)域?yàn)殛枠O區(qū)。

        圖1 雜散電流導(dǎo)致接地網(wǎng)腐蝕

        因此變電站雜散電流的危害主要是對接地網(wǎng)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,其電化學(xué)腐蝕過程發(fā)生如下反應(yīng):

        (1)析氫腐蝕

        陽極反應(yīng):2Fe→2Fe2++4e

        陰極反應(yīng):4H++4e→2H2↑(無氧酸性環(huán)境)

        4H2O+4e→4OH-+2H2↑(無氧中性、堿性環(huán)境)

        (2)吸氧腐蝕

        陽極反應(yīng):2Fe→2Fe2++4e

        陰極反應(yīng):O2+4H++4e→2H2O(有氧酸性環(huán)境)

        O2+2H2O+4e→4OH-(有氧中性、堿性環(huán)境)

        接地網(wǎng)在沒有雜散電流時(shí),只發(fā)生自然腐蝕,大部分屬于原電池腐蝕的模型。原電池腐蝕的驅(qū)動電位只有幾百毫伏,而所產(chǎn)生的腐蝕電流充其量不過幾十毫安的數(shù)量級。而在土壤中的雜散電流腐蝕,一般屬于電解電池腐蝕的模型,即外來的直流電流或電位差,造成了土壤溶液中金屬的腐蝕,其腐蝕量與雜散電流強(qiáng)度成正比。也就是說,假如有1A的電流通過接地網(wǎng)表面,流向土壤溶液,那么一年就會溶解鋼鐵9.13kg[4]。

        因此,對接地裝置加設(shè)測試樁,監(jiān)測雜散電流,預(yù)測接地裝置的腐蝕狀態(tài),并采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施非常必要。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 測試方法

        交流雜散電流最直觀的檢測參量就是交流電壓,SY/T 0032-2000和GB/T 50698-2011都給出了交流電壓測量的連線圖和數(shù)據(jù)處理方法,根據(jù)測量的數(shù)據(jù)可以找到測量點(diǎn)干擾電壓的最大值、最小值以及測量點(diǎn)干擾電壓隨時(shí)間變化的曲線[5]。交流電流密度可按公式(1)計(jì)算:

        式中:JAC為評估的交流電流密度,A/m2;

        V為交流干擾電壓有效平均值,V;

        ρ為土壤電阻率,Ω·m;

        d為破損點(diǎn)直徑,m。

        ρ值應(yīng)取交流干擾電壓測試時(shí),測試點(diǎn)處與接地網(wǎng)埋深相同的土壤電阻率實(shí)測值。d值按發(fā)生交流腐蝕最嚴(yán)重考慮,取0.0113m。

        直流雜散電流如圖2所示,電極相距20m,測量兩電極間的電位差ΔV,再除以兩點(diǎn)間的距離(L),即為土壤電位梯度ΔG=ΔV/L。測量時(shí),同時(shí)測量沿埋地金屬構(gòu)件垂直方向與平行方向的電位梯度,并記錄。

        圖2 雜散電流的土壤電位梯度測定方法

        1.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        參照GB/T 50698-2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,交流于擾的程度可按表1交流于擾程度的判斷指標(biāo)的規(guī)定判定。

        參照DL/T 5394-2007《電力工程地下金屬構(gòu)筑物防腐技術(shù)導(dǎo)則》,當(dāng)埋地金屬構(gòu)件任意點(diǎn)上的管地電位較自然電位偏移20mV或埋地金屬構(gòu)件附近土壤電位梯度大于0.5mV/m時(shí),確認(rèn)為直流雜散電流干擾。表2是電位梯度值判斷直流雜散電流強(qiáng)弱的指標(biāo)。

        表2 直流雜散電流強(qiáng)弱程度的判斷指標(biāo)

        1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

        采用中國科學(xué)院金屬研究所研制的SCM-4200交直流雜散電流測量儀,SCM-4200是一臺多功能雜散電流測試儀器,可以測量與雜散電流腐蝕相關(guān)的各類電極電位、腐蝕電流密度、電位梯度等直接或間接參數(shù)。

        2 結(jié)果與討論

        2009~2013年,先后多次采用監(jiān)測干擾電壓和電位梯度連續(xù)測定方法對安徽省9座500kV變電站500kV區(qū)域內(nèi)的雜散電流進(jìn)行了測試。本文僅以FC 500kV變電站測試結(jié)果為例,其他變電站詳細(xì)測試結(jié)果不一一列舉。

        2.1 交流雜散電流測試

        圖3和表3為FC變500kV區(qū)域,交流干擾電壓測試結(jié)果。

        表3 FC變500kV區(qū)域交流雜散電流判斷結(jié)果

        圖3 FC變500kV區(qū)域交流干擾電壓隨時(shí)間變化

        測得FC變500kV區(qū)域土壤電阻率為56.12Ω?m,將交流電壓均值代入公式(1),可求得交流電流密度為6.12A/m2,根據(jù)表1判斷,交流干擾程度為弱。

        表1 交流干擾程度的判斷指標(biāo)

        2.2 直流雜散電流測試

        圖4和表4為FC變500kV區(qū)域,直流雜散電流電位梯度法測試結(jié)果。

        圖4 FC變500kV區(qū)域土壤電位梯度變化曲線

        從圖4和表4中可以看出,兩組參比電極的電位差值分別在-7~-2mV和13~23mV之間,最大電位梯度為1.15mV/m,因此FC變500kV區(qū)域存在中等強(qiáng)度直流雜散電流。

        表4 FC變500kV區(qū)域土壤電位梯度測試結(jié)果

        依照上述測量及分析方法,F(xiàn)C變及其他超高壓變電站交直流雜散電流測試及判斷結(jié)果如表5所示。

        表5 安徽省9座超高壓變電站500kV區(qū)域交直流雜散電流測試及判斷結(jié)果

        由表5可以看出,9座變電站500kV區(qū)域均存在弱級別的交流雜散電流,其中ZG變交流電流密度最大,為15.6A/m2;最小是JT變,交流電流密度僅為3.23A/m2,因此由交流雜散電流引起的接地網(wǎng)腐蝕問題不用考慮。9座變電站500kV區(qū)域有6座存在中等強(qiáng)度直流雜散電流,3座存在弱級別直流雜散電流。其中FX變電位梯度值最大,為1.6mV/m;SX變最小,僅為0.35mV/m。

        3 結(jié)語

        通過對安徽省內(nèi)九座超高壓變電站內(nèi)500kV區(qū)域交直流雜散電流的干擾強(qiáng)度測量,得如下結(jié)論:

        (1)9座變電站內(nèi)均只存在弱級別的交流雜散電流,6座存在中等強(qiáng)度直流雜散電流,3座存在弱級別直流雜散電流;

        (2)以土壤電位梯度值判斷,多數(shù)變電站內(nèi)存在直流雜散電流干擾,干擾程度為中等。應(yīng)密切關(guān)注由直雜散電流產(chǎn)生的腐蝕問題,交流雜散電流產(chǎn)生的腐蝕問題暫不考慮;

        (3)加強(qiáng)變電站內(nèi)電氣設(shè)備接地設(shè)計(jì)和安裝的檢查,加強(qiáng)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況的檢查,防止由于設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀況不良導(dǎo)致的直流雜散電流腐蝕問題。

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