一種變電站接地網的評估方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于變電站接地網技術領域，尤其是一種變電站接地網的評估方法。
【背景技術】
[0002] 接地技術設及接地系統電氣參數數值分析及優化設計、±壤結構參數分析、高± 壤電阻率地區的降阻技術、接地電阻科學測量、接地網的腐蝕診斷技術及接地裝置沖擊特 性等多方面問題。大量的文獻表明接地網的主要研究成果集中在=個方面。一是接地系統 參數的測試與分析及優化設計，不僅要考慮接地阻抗，還應該考慮其跨步電壓、接觸電壓及 地網上電位分布，其次還應該考慮到地網的電氣完整性、熱容量、抗腐蝕性能等參數，一般 還需要測量±壤電阻率建立±壤的分層模型，通過數值分析獲得更加精確的測量分析結果 和指導優化設計。二是接地網的狀況及其評估，根據接地網測試和分析結果判斷接地網的 安全性，主要包括接地電阻、接觸電壓、跨步電壓和接地引下線和接地網的熱容量等參數的 容限值，參照國內外的標準，對接地系統進行安全性的評估。=是接地網故障監測與診斷， 通過接地引下線測量接地系統的連通性和診斷接地網的腐蝕狀況，提出相應的整改和維護 措施，為接地網的安全運行提供保障。
[0003] 研究行之有效的接地網腐蝕檢測和故障診斷方法W及接地網可測性問題，對于正 確掌握接地網的運行狀況，評價各種接地網故障診斷算法的可行性和適用性，及時發現接 地網隱患并采取相應措施具有重要的指導意義，更有利于保障人民的生命財產和安全。
[0004] 電力系統的電氣事故中有很多與接地裝置的缺陷有關。究其原因，接地網是電力 系統深埋在地下的隱蔽設施，現場暴露的主要技術問題是接地網腐蝕、接地引下線截面偏 小和接地體之間連接不良，該些問題都給電力的故障埋下了隱患。接地網腐蝕是一個漸變 的過程，腐蝕到一定程度即進入故障狀態，可靠性降低甚至性能失效，不能滿足電力系統安 全運行的要求。我國由于資源、經濟等原因，接地網所用的材質主要為普通碳鋼，接地網腐 蝕通常呈現局部腐蝕形態，發生腐蝕后接地網碳鋼材料變脆、起層、松散、減薄，甚至發生斷 裂，所W電力接地網腐蝕嚴重是目前我國電力接地網最為突出的問題。
[0005] 按腐蝕程度的排序，最嚴重的是電纜溝中接地帶的腐蝕，其次是接地引下線的腐 蝕，最后是主接地網的腐蝕，腐蝕時間一般是在投運后5-20年，嚴重的在投運后3年即腐 蝕。隨±壤電阻率、±壤電化學特性、微生物的分布、雜散電流、氣候條件、使用的材質、施工 工藝W及防腐措施等諸多因素的不同，最大的年腐蝕速度也有差異。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種變電站接地網的評估方法。
[0007] 本發明解決其技術問題是采取W下技術方案實現的：
[000引一種變電站接地網的評估方法，該方法包括步驟如下：
[0009] (1)應用法拉第定律，推導出接地網金屬的厚度減薄速率；
[0010] 接地網材料在±壤中腐蝕過程適用于法拉第定律；A m = MQ/zF，式中，A m是溶 解了的金屬質量；M是其原子量；Q是轉移的電荷；z是金屬離子的化合價；F是法拉第常數， 借助密度能夠導出下式：
[0011] Ja= Q/St = A m/St X zF/M- A s/t X zF P s/M
[0012] 式中，Ja是金屬離子通道的陽極分反應的電流密度；S是電極的表面積；t是時間； A S是被剝離的厚度；
[001 引 W-faJA=As/t
[0014] fa二 M/zFp s= 3. 2684/z (M/g ? mol -1) (g ? cm-^ P s)mm ? a-i/mA ?畑1_2 [00巧]V = fbJA 二 A m/St
[0016] fb二 M/zF = 0. 32311/z (M/g ? mol -1) g ? cm-2 ? h-i/mA ? cm-2
[0017] 式中，W是厚度減薄速率，V是單位表面積的質量損失速率；
[001 引 W=f> (I)
[0019] fc二 f a/fb 二 1/P S二 8. 76 ((g ? cnT]/P s)mm ? a_Vg ? cm_2 ? h_i
[0020] 其中，f。、fb、f。為接地網材料換算系數；
[0021] 通過上述公式（I)及f。、fb、f。換算系數即可得出接地網金屬的厚度減薄速率；
[0022] (2)確定未考慮腐蝕時，接地線最小截面積Sg;
[0023] 根據熱穩定條件，未考慮腐蝕時，接地線最小截面積Sg(單位；mm2)為；
[0024] Sgi=Ig/c.t 6-2 (n)
[0025] 其中，在公式中Ig為流過接地線的短路電流穩定值、c為接地線材料的熱穩定系 數，t。為短路的等效持續時間；
[0026] (3)確定考慮腐蝕因素的影響時，接地線最小截面積Sg2;
[0027] Sg2= (A-2XwXn)炬-2XwXn) (III)
[002引其中，接地網是圓鋼類型時，式中，A表示接地網寬度，B表示接地網厚度，n表示運 行年限，W表示接地網材料減薄速率，單位；mm/a ;
[0029] (4)確定接地網的評估年限。
[0030] 而且，所述步驟（1)中對于f。、fb、f。換算系數，常見的接地網材料換算系數如下 表：
[0031]
【主權項】
1. 一種變電站接地網的評估方法，其特征在于該方法包括步驟如下： (1) 應用法拉第定律，推導出接地網金屬的厚度減薄速率； 接地網材料在土壤中腐蝕過程適用于法拉第定律：Am=MQ/zF，式中，Am是溶解了 的金屬質量;M是其原子量；Q是轉移的電荷；z是金屬離子的化合價；F是法拉第常數，借助 密度Ps能夠導出下式： JA= Q/St = A m/StXzF/M-A s/tXzFp S/M 式中，JA是金屬離子通道的陽極分反應的電流密度：S是電極的表面積：t是時間；As是被剝離的厚度； ff-faJA=A s/t fa= M/zFp s= 3. 2684/z (M/g ? mol-1) (g ? cnT3/ p s)mm ? a-1/mA ? cnT2 v = fbJA= A m/St fb= M/zF = 0? 3231 l/z(M/g ? mol-1) g ? cnT2 ? trVmA ? cnT2 式中，W是厚度減薄速率，v是單位表面積的質量損失速率； ff = fcv (I) fc= f a/fb= 1/ P s= 8. 76((g ? cm-3/p s)mm ? a-1/g ? cnT2 ? tf1 其中，fa、fb、f。為接地網材料換算系數； 通過上述公式（I)及fa、fb、f。換算系數即可得出接地網金屬的厚度減薄速率； (2) 確定未考慮腐蝕時，接地線最小截面積Sg; 根據熱穩定條件，未考慮腐蝕時，接地線最小截面積Sg (單位：mm2)為：Sgl=Ig/c.te-2 (II) 其中，在公式中Ig為流過接地線的短路電流穩定值、c為接地線材料的熱穩定系數， 為短路的等效持續時間； (3) 確定考慮腐蝕因素的影響時，接地線最小截面積Sg2; Sg2= (A-2XwXn) (B-2XwXn) (III) 其中，接地網是圓鋼類型時，式中，A表示接地網寬度，B表示接地網厚度，n表示運行年 限，w表示接地網材料減薄速率，單位：mm/a; (4) 確定接地網的評估年限。
2. 根據權利要求1所述的變電站接地網的評估方法，其特征在于：所述步驟（1)中對 于fa、fb、f。換算系數，常見的接地網材料換算系數如下表：
3. 根據權利要求1所述的變電站接地網的評估方法，其特征在于：所述步驟（2)的公 式（II)中Ig，c，t6的具體規定為： ①Ig為流過接地線的短路電流穩定值，單位：A，對于有效接地系統和低電阻接地系 統，考慮單項或兩項接地短路電流；對于不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統，則考慮 異點兩項接地短路電流，Ig根據系統5-10年發展規劃，按系統最大運行方式確定，Ig按變 電站母線短路電流最大值75 %計算； ②c為接地線材料的熱穩定系數，根據材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接 地線的初始溫度確定，鋼取70,銅取210,鋁取120 ; ③ &為短路的等效持續時間，單位：s，500kV的系統取0. 35s，200kV系統取0. 6-0. 7s， 110kV及以下電壓等級系統故障持續時間根據實際情況選取，考慮到繼電保護配置接近，取 220kV系統相同的水平值0. 6-0. 7s。
4. 根據權利要求1所述的變電站接地網的評估方法，其特征在于：所述步驟（4)確定 接地網的評估年限的具體方法為： ① 對于已經使用的接地網，通過實際接地網的實施規格，與Sg2的數值比較，取實施規 格數值，與計算Sg值最接近時的n值，得出實際接地網的評估使用年限； ② 對于未考慮腐蝕時，計算出的接地線最小截面積Sg，通過比較Sgl和按照不同年數計 算的Sg2的值，得出該Sgl設計值的在役壽命。
【專利摘要】本發明涉及一種變電站接地網的評估方法，包括步驟：(1)應用法拉第定律，推導出接地網金屬的厚度減薄速率；(2)確定未考慮腐蝕時，接地線最小截面積Sg；(3)確定考慮腐蝕因素的影響時，接地線最小截面積Sg2；(4)確定接地網的評估年限。本方法計算過程清晰，準確率高，為電力系統接地網的安全運行提供了理論上的有力支撐。
【IPC分類】G01N17-00
【公開號】CN104568719
【申請號】CN201510012452
【發明人】郭軍科, 于金山, 蘇展, 盧立秋, 郝春艷, 邵林, 劉鴻芳, 其他發明人請求不公開姓名
【申請人】國家電網公司, 國網天津市電力公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月12日